Программирование микроконтроллеров *

В этом тексте я напишу о буднях программиста МК в РФ.

Что вообще пишут программисты МК и на чем?

Основной язык программирования это С. Языку С уже более 50лет. Кроме микроконтроллеров С уже практические никому не нужен. Навыки программирования на С очень слабо конвертируются. В свое время, видимо на С написали компилятор для С++ и нужда в С для desktop как таковая отпала. A сам С остался для сборки артефактов для микроконтроллеров с экстремально малыми ресурсами. Хотя и сейчас большинство компаний в ЕС уже микроконтроллерные сборки собирают на С++ 17. 

Иногда программистам MК приходится обсчитывать аналоговые цепи и вычислять какие-то сложные 8-этажные формулы и строить графики. Для этого практикуют бесплатный интерпретатор Python.

Главным образом программисты МК составляют Board Support Package, пишут драйверы для новых умных периферийных чипов, пишут загрузчики, портируют RTOS(ы) на разные процессорные ядра, пишут код-генераторы, скрипты сборки, составляют модульные тесты, изредка производят рефакторинг, часто чинят ошибки в Legacy коде, изредка что-то изменяют в коде Assembler(а), который запускается до вызова функции main().

Иногда программист МК даже ничего не пишет сам вообще. Важно уже не сколько уметь программировать сколько уметь тестировать и собирать, улучшать из готового кода из интернета. Какие-то исходники можно взять из github или ядра Linux. Там есть код на многие темы. Драйверы для множества чипов.  Важно уметь верифицировать найденные сорцы и аккуратно подключить их к нужной сборке.

Как можно CPLD JTAG пины использовать как активную часть работающего устройства?

В этом тексте написал о забытом понятии: блок-схемы для разработки электроники. В ГОСТ(е) их называли Э1 (Схема структурная). Блок-схем это хороший уровень абстракции при анализе электронного устройства или PCB. Представил несколько атрибутов, которые сформировались при создании блок-схем. Привел примеры образцовых блок-схем. 

Личные проекты – это важный элемент любой технической профессии. Они дают какую-то нить идентичности, столь востребованную в наше время – вот ты уже не следуешь вслепую по линейному конвейеру жизни, а выходишь за рамки, создаешь что-то новое, попутно расширяя свой технический кругозор и повышая квалификацию. Ну, или переводишь большую часть дохода и/или времени на очередную попытку, потому что «в этот раз точно получится, ну столько же сил вложено, куда отступать».

В этой статье я бы хотел рассказать о своем проекте, который стал причудливой амальгамацией этих двух парадигм.

Одним чудным летним вечером, обладая знаниями электроники на уровне детского электронного конструктора, я решил, что надо сделать хороший такой «железный» проект – с какой-то социальной значимостью, идеей, потенциалом, и вот этим всем. Что-то, что со временем, сможет пробить барьер между «самоделкой» и «изобретением», заодно придав мотивацию изучить технологии, необходимые для этого.

После продолжительного мозгового штурма, из всех идей была выбрана одна – пожалуй, наименее абсурдная и приближенная к реальности. Вкратце – была взята уже существующая концепция ультразвукового детектора препятствий, который ставится на ручку трости, и была совмещена с гироскопически-стабилизируемым механизмом на двух сервомоторах. Даже тогда, когда я еще не знал умных слов навроде «твердотельные решения» и «устойчивость мехатронной системы», начинали закрадываться сомнения, насколько это решение было поспешным. Но, насколько эти сомнения были верны – чуть позже.

Проблемами с постоянной нехваткой микросхем сейчас никого не удивить. Началось это всё ещё в конце 2020 года, в начале 2021 стала сильно тяжелее, с введением санкций в 2022 году стал просто кошмар!

Солнечные батареи кажутся мне одним из самых интересных изобретений XIX века, значительно опередивших свое время. В них сочетается простейшая, бионическая по сути идея (будем ловить солнечную энергию напрямую, как это делается в солнечных листьях) и монструозная материально-техническая составляющая, пока во многом девальвирующая эту идею. Солнечные батареи оказались громоздким, недолговечным и уязвимым источником энергии. А с учетом мер по их переработке и захоронению они, к тому же, и не слишком экологичны. Но, в конце концов, солнечные батареи отлично прижились как на «Мире», так и на МКС – поскольку лучше всего подходят для работы в космосе. Ведь там нет ни облачности, ни пыли, ни снега, а главное – нет иных источников энергии, зато круглый год светит солнце, и лучи его не рассеиваются в атмосфере за неимением таковой. Но на поверхности Земли технология солнечных батарей по-прежнему страдает от множества «детских болезней». Интересное направление НИОКР, значительно повышающее эффективность солнечных батарей – дальнейшее обогащение их подлинно растительными чертами. Правильная солнечная батарея должна быть гелиотропом – то есть, поворачиваться в течение суток, следуя за солнцем. Также она должна сворачиваться в плохую погоду, как цветок. Именно о таких разработках пойдет речь под катом.    

Драйвер для STM32 для реализации протокола адресных светодиодов (WS2812, WS2811, SK6812, и т.д.), с рациональным использованием буферной памяти и DMA.

Традиционно матричные клавиатуры подключают к платам Ардуино ( и другим) по следующей схеме (см. https://habr.com/ru/post/460409/ )

Газета "Коммерсантъ" опубликовала важный материал "Британия морозит «Байкал». Российские процессоры лишаются доступа к технологиям". К сожалению, авторы заметки никогда не видели то, о чем они написали, то бишь semiconductor IP, и не понимают его природы. Зато его видел я. Поэтому я решил написать к их заметке своего рода толкование:

1. Что именно британские компании ARM и Imagination продают российским лицензиатам, таким как Байкал? (Спойлер: не патенты, хотя патенты в картину входят)

2. Чем Apple отличается от Байкала в лицензировании semiconductor IP?

3. Сколько стоят лицензии на ядра и сколько стоит архитектурная лицензия?

4. Как компания-разработчик semiconductor IP может обнаружить, что произведенный кем-то чип использует ее ядро?

5. Были ли прецеденты подобных высоких отношений с китайскими компаниями?

6. Почему в статье упоминается МЦСТ (Эльбрус)? Они же вроде сами спроектировали CPU собственной архитектуры? (Спойлер: а GPU?)

7. Могут ли британские патенты стать проблемой для разработчиков российcких ядер с архитектурой RISC-V?

8. Что логично ожидать от российских полупроводниковых стратегов?

Ознакомившись с работой JTAG в общих чертах и написав файл BSDL для воображаемой микросхемы в предыдущей статье, можно рассмотреть работу модуля JTAG внутри микросхем более детально. Для этого мы напишем прошивку для микроконтроллера и для ПЛИС (на «Си» и на «SystemVerilog»), которые позволят считывать/устанавливать логические уровни на отдельных выводах микросхемы через данный интерфейс.

Язык Go благодаря своей простоте, возможности компиляции в выполняемый образ и встроенной поддержке многозадачности стал, в некотором смысле, "серебряной пулей" для создания высокопроизводительных инструментов и, совместно с Rust, сформировал современный технологический ландшафт для DevOps. Но в действительности, благодаря поддержке набора инструментов LLVM, стало возможным использовать Go и для встраиваемых систем, например при создании мобильных приложений для Android/iOS (например, проекты android-go или gomobile) или микроконтроллеров. В этой статье мы поговорим о возможностях проекта TinyGo, его преимуществах по сравнению с C++ для Arduino и других микроконтроллеров, рассмотрим несколько примеров по работе с оборудованием (на примере реализации драйвера шины SPI для светодиодной ленты WS2812).

Когда у меня появился умный чайник Xiaomi Mi Smart Kettle Pro - у меня возник тот же вопрос, что и у многих его пользователей: почему его нельзя включить удаленно? Чайник позволяет подключиться к нему через блютуз, задать температуру которую он будет поддерживать и еще пару незначительных параметров, но его невозможно удаленно включить, что нивелируют его ценность как компонента умного дома.