Avr программирование на c. AVR-программирование на C: особенности и преимущества разработки для 8-битных микроконтроллеров

Почему стоит изучать архитектуру 8-битных микроконтроллеров AVR. Какие преимущества дает программирование AVR на языке C. Как устроена среда разработки Microchip Studio для AVR-микроконтроллеров. Какие особенности имеет оптимизация кода для AVR.

Содержание

Архитектура AVR: ключевые особенности 8-битных микроконтроллеров

8-битные микроконтроллеры AVR от компании Microchip (ранее Atmel) имеют ряд особенностей, которые делают их привлекательными для разработчиков встраиваемых систем:

Гарвардская архитектура с раздельной памятью для программ и данных
Быстрая однотактная выборка и исполнение большинства инструкций
32 регистра общего назначения, связанных напрямую с АЛУ
Внутрисхемное программирование флеш-памяти
Низкое энергопотребление и несколько режимов сна
Широкий выбор периферийных модулей

Понимание этих архитектурных особенностей позволяет более эффективно программировать микроконтроллеры AVR и оптимизировать код под их возможности.

Почему стоит изучать программирование AVR на C

Язык C является стандартом де-факто для программирования встраиваемых систем, в том числе микроконтроллеров AVR. Изучение программирования AVR на C дает ряд преимуществ:

Возможность писать эффективный и портируемый код
Доступ к широкому набору библиотек и готовых решений
Легкость интеграции низкоуровневого кода на ассемблере
Поддержка объектно-ориентированного программирования (в C++)
Возможность использования современных средств разработки и отладки

При этом важно понимать особенности реализации C для AVR и уметь оптимизировать код под ограниченные ресурсы микроконтроллера.

Особенности среды разработки Microchip Studio

Microchip Studio (ранее Atmel Studio) — это бесплатная интегрированная среда разработки для микроконтроллеров AVR. Ключевые возможности Microchip Studio:

Поддержка программирования на C, C++ и ассемблере

Встроенный компилятор GCC и ассемблер
Интегрированный отладчик с поддержкой симуляции и внутрисхемной отладки
Инструменты для анализа и оптимизации кода
Поддержка программаторов и отладчиков Atmel
Интеграция с другими инструментами Microchip

Microchip Studio предоставляет все необходимые инструменты для эффективной разработки проектов на основе AVR.

Оптимизация кода для AVR: особенности и подводные камни

Оптимизация кода играет важную роль при программировании AVR из-за ограниченных ресурсов микроконтроллера. Основные аспекты оптимизации:

Использование встроенных оптимизаций компилятора
Ручная оптимизация критических участков кода
Эффективное использование регистров и памяти
Оптимизация размера кода и скорости выполнения
Учет особенностей архитектуры AVR при написании кода

При этом важно помнить, что чрезмерная оптимизация может усложнить отладку программы. Нужно находить баланс между оптимизацией и читаемостью кода.

Отладка программ для AVR: инструменты и методы

Отладка является важным этапом разработки программ для AVR. Основные инструменты и методы отладки:

Использование встроенного симулятора Microchip Studio
Внутрисхемная отладка с помощью программаторов-отладчиков (например, Atmel-ICE)
Отладочная печать через UART
Использование осциллографа для анализа сигналов
Применение специализированных отладочных плат

Комбинация различных методов отладки позволяет эффективно находить и устранять ошибки в программах для AVR.

Перспективы развития 8-битных микроконтроллеров AVR

Несмотря на развитие 32-битных архитектур, 8-битные микроконтроллеры AVR продолжают активно применяться и развиваться:

Выпуск новых семейств с улучшенными характеристиками
Снижение энергопотребления и повышение производительности
Интеграция новых периферийных модулей
Улучшение средств разработки и отладки
Поддержка новых технологий (например, машинное обучение на микроконтроллерах)

8-битные AVR остаются востребованными в приложениях, где важны низкая стоимость, простота разработки и низкое энергопотребление.

Книга «Программирование на языке C для AVR и PIC микроконтроллеров. (+ CD)»

Книги
- Художественная литература
- Нехудожественная литература
- Детская литература
- Литература на иностранных языках
- Путешествия. Хобби. Досуг
- Книги по искусству
- Биографии. Мемуары. Публицистика
- Комиксы. Манга. Графические романы
- Журналы
- Печать по требованию
- Книги с автографом
- Книги в подарок
- «Москва» рекомендует
- Авторы • Серии • Издательства • Жанр
Электронные книги
- Русская классика
- Детективы
- Экономика
- Журналы
- Пособия
- История
- Политика
- Биографии и мемуары
- Публицистика
Aудиокниги
- Электронные аудиокниги
- CD – диски
Коллекционные издания
- Зарубежная проза и поэзия
- Русская проза и поэзия
- Детская литература
- История
- Искусство
- Энциклопедии
- Кулинария. Виноделие
- Религия, теология
- Все тематики
Антикварные книги
- Детская литература
- Собрания сочинений
- Искусство
- История России до 1917 года
- Художественная литература. Зарубежная
- Художественная литература. Русская
- Все тематики
- Предварительный заказ
- Прием книг на комиссию
Подарки
- Книги в подарок
- Авторские работы
- Бизнес-подарки
- Литературные подарки
- Миниатюрные издания
- Подарки детям
- Подарочные ручки
- Открытки
- Календари
- Все тематики подарков
- Подарочные сертификаты
- Подарочные наборы
- Идеи подарков
Канцтовары
- Аксессуары делового человека
- Необычная канцелярия
- Бумажно-беловые принадлежности
- Письменные принадлежности
- Мелкоофисный товар
- Для художников
Услуги
- Бонусная программа
- Подарочные сертификаты
- Доставка по всему миру
- Корпоративное обслуживание
- Vip-обслуживание
- Услуги антикварно-букинистического отдела
- Подбор и оформление подарков
- Изготовление эксклюзивных изданий
- Формирование семейной библиотеки

Расширенный поиск

avr gcc — Использование c++ в микроконтроллерах

Вопрос задан 10 лет 2 месяца назад

Изменён 5 лет 6 месяцев назад

Просмотрен 3k раза

Подскажите пожалуйста, можно ли использовать C++ для программирования микроконтроллеров?

Есть ли при этом какие либо ограничения для языка C++?

c++
avr-gcc
микроконтроллеры

C++ не только можно, но и нужно использовать для программирования микроконтроллеров. Как тут писалось, никаких исключений и операторов new. Для отмены исключений есть даже флаг компилятора, специально для нас. Чем С++ лучше си:

Строгая типизация. Если что-то не так, получите ошибку при компиляции, а не поиск её в отладке. Наглядный пример, если в функцию передаётся тип перечисления, а вы в си вписали что-то не то (int, к примеру), то в си вы пройдёте компиляцию, в C++ получите ошибку компиляции.
Ссылки. Философия С++: «не плати за то, что тебе не нужно». Ссылки не занимают место в памяти, код с ссылками смотрится аккуратнее, чем код с указателями. Всегда можно забыть поставить * или &.
Классы (структуры). Банально удобно описывать не только саму структуру, но и действия с ней. Каждый регистр можно обернуть в классовую обёртку с методами, которые своим названием указывают, что вы делаете. Если код необходимо много комментировать, то это плохой код.
Объекты. В функцию (класс, метод класса) можно передать ссылку на объект вывода микроконтроллера, а не писать кучу дефайнов всех регистров (легко ошибиться, много исправлять, особенно для всяких stm32).
Шаблоны. Забудьте про многострочные макросы, ошибки в которых отладить крайне сложно, дебагер в них просто не войдёт. Шаблоны куда лучше препроцессора.
Оверхеда нет. Это распространённый миф. Грамотный код, написанный на с++ даёт меньший объём бинарников, натыкался на исследования, даже ролики с конференций есть на ютьюбе. (полагаю всему виной ссылки вместо указателей и оптимизация шаблонов).

использовать часто можно, но нужно смотреть на конкретную реализацию. К примеру, может не быть исключений.

С другой стороны, с++ приносит определенный оверхед, а на микроконтроллерах часто бывает важный каждый байт, это не java c большими серверами, где можно докупить планку-другую.

Но микроконтроллеры не стоят на месте и развиваются, как собственно и компиляторы. Возможно, для Вашего контроллера и Вашего случае С++ — лучший вариант.

На самом деле никаких ограничений нет, просто нужен правильный скрипт линковщика с соответствующими секциями для поддержки исключений и виртуальных методов, а так-же релизация аллокаторов/деаллокаторов и STL (конечно это роскошь?). Найти какой скрипт в сети не сложно…

Посмотрите на язык Wiring, используемый в Arduino. Это C++ без стандартной библиотеки и исключений, со своей специальной библиотекой. Компилируется он, кстати, упомянутым у вас в тегах avr-gcc.

Зарегистрируйтесь или войдите

Регистрация через Google

Регистрация через Facebook

Регистрация через почту

Отправить без регистрации

Почта

Необходима, но никому не показывается

Отправить без регистрации

Почта

Необходима, но никому не показывается

Нажимая на кнопку «Отправить ответ», вы соглашаетесь с нашими пользовательским соглашением, политикой конфиденциальности и политикой о куки

AVR Embedded C Tutorial | Журнал Elektor

Главная
Проекты сообщества Elektor

Для новичков: еще одно руководство по программированию на языке Embedded C на основе 8-битных микроконтроллеров AVR с использованием Microchip/Atmel Studio (не Arduino IDE).

Вот самоучитель, задуманный как первый курс по программированию встроенных микроконтроллеров с использованием подмножества языка C под названием « C-less » (Основы языка C). « без C» был задуман, чтобы обеспечить достаточное количество C для разработки «реальных» приложений , избегая при этом ненужных сложных конструкций, которые новички могут найти непосильными.

Среда разработки программного обеспечения (приложение для ПК), используемая в этом руководстве, — Microchip/Atmel Studio IDE . Это бесплатная загрузка с веб-сайта Microchip. Не пугайтесь Atmel Studio . Хотя это гораздо более профессиональная IDE, чем Arduino, ее не намного сложнее освоить.

Примеры кодирования и упражнения предназначены для 8-разрядных микроконтроллеров Atmel AVR, в частности ATmega328P , установленных на авторских « AVR-BED / Nano » и Microchip « AVR X-mini ». «. Также поддерживаются платы Arduino Uno и Nano . В приложении A руководства описаны различные варианты подходящей аппаратной платформы.

Многие примеры программ в этом руководстве используют предварительно созданную библиотеку функций для облегчения доступа к периферийным устройствам, таким как дисплеи , таймеры, кнопки, аналоговые входы, UART и т. д. Этот подход позволяет избежать необходимости подробного понимания кода периферийного драйвера на ранних этапах обучения, когда основное внимание уделяется Синтаксис языка С.

Необходимые знания и навыки:
Курс предполагает базовые знания булевой логики и двоичной арифметики . Практические навыки работы с цифровыми электронными схемами и системы, включающие микроконтроллеры , периферийные устройства и т. д., будут полезны для изучения встроенного программирования.

Подписчики проекта

Подписаться на проект

Похожие материалы

Информационный бюллетень

Повестка дня
Последние комментарии
9
9 Имя *
Фамилия *
Псевдоним
Электронная почта *
Пароль *
Подтвердить пароль *
Программирование
C: зачем изучать 8-битную архитектуру микроконтроллера AVR?
Warwick Smith
14 марта 2022 г.
by Warwick Smith на Микроконтроллеры
Зачем изучать архитектуру 8-битных микроконтроллеров AVR?
Очень популярные микроконтроллеры ATtiny и ATmega (ранее от Atmel, теперь от Microchip) основаны на 8-битной архитектуре микроконтроллера AVR. Давайте рассмотрим некоторые причины, по которым стоит изучить и понять базовую архитектуру этих устройств.
Очень популярные микроконтроллеры ATtiny и ATmega (ранее от Atmel, теперь от Microchip) основаны на 8-битной архитектуре микроконтроллера AVR. Давайте рассмотрим некоторые причины, по которым стоит изучить и понять базовую архитектуру этих устройств.
Микроконтроллеры AVR
В то время как читатели Elektor технически склонны, и большинство из них, вероятно, интересуется тем, как работает любая электроника, есть и другие причины, по которым вам следует изучать архитектуру конкретного микроконтроллера. Один пример связан с программированием микроконтроллеров AVR с использованием языка программирования C. 8-битные микроконтроллеры AVR обычно программируются с использованием C. Поскольку эти устройства имеют небольшую память программ, оптимизация компилятора C обычно включена. Это приводит к тому, что некоторые строки кода C оптимизируются или комбинируются с другими строками кода.
Рисунок 1: Все микроконтроллеры ATtiny основаны на
8-битная архитектура AVR
При отладке оптимизированного кода с помощью аппаратного средства отладки, такого как Atmel-ICE в сочетании с Microchip Studio, невозможно поставить точку останова на каждую строку кода. Кроме того, при пошаговом выполнении кода во время отладки некоторые строки кода C не могут быть пошаговыми, а вместо этого полностью пропускаются. Причина такого поведения, конечно же, связана с оптимизацией некоторых строк кода. Отключение оптимизации может помочь при отладке, но при этом изменяется базовый машинный код, который загружается в память программы AVR. Это также приводит к тому, что этот код использует больше памяти, потому что он больше не оптимизирован. Чтобы понять, что делает этот оптимизированный код, в Microchip Studio открывается окно дизассемблирования. В этом окне показан код языка ассемблера, в который был преобразован код C в процессе сборки. Чтобы понять код на языке ассемблера AVR, необходимо понять архитектуру AVR и его набор инструкций на языке ассемблера.
Еще одним примером необходимости понимания архитектуры AVR является чтение спецификаций или заметок по применению. Нередко в документах такого типа можно встретить код, написанный на языке ассемблера.
Прежде чем рассмотреть некоторые практические примеры, помогающие понять причины изучения архитектуры AVR, давайте обсудим микроконтроллеры AVR, Microchip Studio, а также архитектуру AVR и язык ассемблера. Это позволит всем быстро ознакомиться с этой темой и определить некоторые термины, используемые во введении. После этого обсуждения приведены несколько примеров кода, а затем дополнительные причины для изучения 8-битной архитектуры AVR.
Микроконтроллеры ATmega являются одними из самых известных 8-битных микроконтроллеров благодаря их использованию на платах Arduino Uno и Arduino MEGA 2560. Меньшие по размеру и более дешевые устройства ATtiny, Рисунок 1 , также популярны среди любителей и производителей электроники. Обе линейки ATmega и ATtiny AVR имеют детали, доступные в двухрядных корпусах (DIP). Одна из причин, по которой эти устройства популярны среди любителей и производителей, заключается в том, что они доступны в этих упаковках, что позволяет легко использовать их в макетных схемах. Другая причина их популярности заключается в том, что они просты в использовании и программировании. Официальные инструменты программирования доступны от Microchip, а также множество дешевых программаторов для хобби, доступных для загрузки кода на эти устройства.
Микрочип Студия
Microchip Studio для Windows, которая ранее называлась Atmel Studio, представляет собой бесплатную полнофункциональную IDE для программирования и отладки 8-разрядных микроконтроллеров AVR. Кроме того, он поддерживает 32-разрядные микроконтроллеры AVR и устройства ARM, которые ранее были доступны от Atmel, но теперь поставляются Microchip. Эта IDE имеет встроенную поддержку цепочки инструментов GNU GCC C/C++ с открытым исходным кодом для 8-битных микроконтроллеров AVR, а также поддержку 8-битной программы ассемблера Microchip AVRASM2 для 8-битных AVR. Таким образом, программное обеспечение для AVR может быть разработано на C, C++ и ассемблере с использованием этой IDE. Эти инструменты программирования являются частью стандартной установки Microchip Studio, что упрощает начало работы с микроконтроллерами AVR. Инструменты программирования автоматически устанавливаются при установке Microchip Studio, после установки не требуется дополнительная настройка.
Что делает Microchip Studio исключительной, так это то, что она также имеет встроенный симулятор AVR и отладчик. Это означает, что программы AVR, написанные на C, C++ или языке ассемблера, можно отлаживать с помощью симулятора или внешнего USB-инструмента, такого как Atmel-ICE.
Симулятор особенно полезен для тех пользователей, которые программируют AVR с помощью программатора-любителя.