Arduino IDE: Δημιουργία προσαρμοσμένων πινάκων: 10 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Τους τελευταίους έξι μήνες έχω περάσει πολύ χρόνο μεταφέροντας διαφορετικές βιβλιοθήκες στον πίνακα Robo HAT MM1 που αναπτύχθηκε από την Robotics Masters. Αυτό οδήγησε στην ανακάλυψη πολλών για αυτές τις βιβλιοθήκες, πώς λειτουργούν στα παρασκήνια και το πιο σημαντικό - τι πρέπει να κάνετε για να προσθέσετε νέους πίνακες στο μέλλον.

Αυτό είναι το πρώτο σε μια σειρά εγγραφών που θα κάνω για να βοηθήσω άλλους που επιθυμούν να μεταφέρουν βιβλιοθήκες για τους πίνακες τους. Πολλές από τις πηγές πληροφοριών μπορεί να είναι ασαφείς ή δυσνόητες για τους ξένους. Ελπίζω να «απομυθοποιήσω» και να εξηγήσω πώς να επιτύχετε ένα επιτυχημένο λιμάνι για όλους.

Σήμερα, θα κοιτάξουμε την πλατφόρμα Arduino. Διαθέτει πάνω από 700, 000 διαφορετικές παραλλαγές χαρτονιού σε όλο τον κόσμο και είναι μία από τις πιο δημοφιλείς πλατφόρμες ηλεκτρονικών ειδών για την εκπαίδευση, τη βιομηχανία και τους κατασκευαστές.

Βρήκα μόνο πολύ περιορισμένες πηγές πληροφοριών για το πώς να το κάνω αυτό μετά από πολλές αναζητήσεις Google. Έτσι σκέφτηκα ότι θα γράψω για το πώς το έκανα λεπτομερώς.

Ορίστε!

Βήμα 1: Πριν ξεκινήσετε

Πριν ξεκινήσετε τη μεταφορά βιβλιοθήκης λογισμικού ή υλικολογισμικού στον πίνακα, πρέπει να γνωρίζετε μερικά βασικά σημεία για την τεχνολογία που χρησιμοποιείτε και να μπορείτε να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις.

1. Τι επεξεργαστή χρησιμοποιείς;
2. Τι αρχιτεκτονική χρησιμοποιεί;
3. Έχω πρόσβαση στο φύλλο δεδομένων για αυτόν τον μικροεπεξεργαστή;
4. Υπάρχει παρόμοιος πίνακας στην αγορά που χρησιμοποιεί τον ίδιο μικροεπεξεργαστή;

Αυτά είναι πολύ σημαντικά. Θα επηρεάσει πολλές πτυχές του τρόπου με τον οποίο προσεγγίζετε τη διαδικασία ανάπτυξης.

Οι πίνακες Arduino χρησιμοποιούν συνήθως περιορισμένο αριθμό τύπων και αρχιτεκτονικών επεξεργαστών. Το πιο συνηθισμένο είναι το εύρος ATMEGA που χρησιμοποιεί την αρχιτεκτονική AVR (Arduino Uno). Υπάρχουν νεότερες γενιές Arduinos που γίνονται πιο συνηθισμένες χρησιμοποιώντας τους επεξεργαστές SAMD (ARM) και άλλους πιο ισχυρούς επεξεργαστές. Είναι λοιπόν σημαντικό να ελέγξετε ποια χρησιμοποιείτε.

Το φύλλο δεδομένων για έναν μικροεπεξεργαστή είναι απολύτως ζωτικής σημασίας για να διασφαλιστεί ότι ο πίνακας ανταποκρίνεται όπως αναμένεται κατά τη μεταγλώττιση του υλικολογισμικού. Χωρίς αυτό, δεν θα μπορείτε να ορίσετε τις σωστές λειτουργίες εξόδου pin ή να διαμορφώσετε σειριακές θύρες.

Αφού έχετε όλες τις πληροφορίες που χρειάζεστε για τον επεξεργαστή που χρησιμοποιείτε, μπορείτε να αρχίσετε να κοιτάτε το λογισμικό και να το τροποποιείτε ώστε να λειτουργεί για τον προσαρμοσμένο πίνακα σας.

Βήμα 2: Επισκόπηση

Το πιο δύσκολο μέρος οποιουδήποτε έργου είναι να βρει μια καλή αφετηρία. Αυτό δεν είναι διαφορετικό. Πάλεψα να βρω καλά σεμινάρια με αρκετές λεπτομέρειες για το πώς να δημιουργήσω προσαρμοσμένους πίνακες για το Arduino. Τα περισσότερα σεμινάρια σας δείχνουν πώς να "προσθέσετε έναν προσαρμοσμένο πίνακα" αλλά όχι πώς να "δημιουργήσετε έναν προσαρμοσμένο πίνακα". Ακολουθεί μια σύντομη περίληψη του τι περιλαμβάνει.

1. Κατεβάστε τους υπάρχοντες ορισμούς του πίνακα και αντιγράψτε
2. Ενημέρωση αρχείων ορισμού (variant.h, varient.cpp)
3. Δημιουργία καταχώρισης πίνακα (board.txt)
4. Ενημέρωση έκδοσης πίνακα (platform.txt)
5. Προετοιμασία για εγκατάσταση (json)
6. Εγκατάσταση πίνακα στο Arduino IDE

Κάθε βήμα θα εξηγηθεί λεπτομερώς παρακάτω. Θα υπάρξει επίσης εκτενής συζήτηση για το πώς κάθε αρχείο αλληλεπιδρά μεταξύ τους για να διευκρινίσει πώς λειτουργούν όλα πίσω από το Arduino IDE.

Για αυτό το σεμινάριο, θα σας δείξω πώς να δημιουργήσετε έναν προσαρμοσμένο πίνακα για επεξεργαστές SAMD. Πιο συγκεκριμένα, το SAMD21G18A - ο οποίος είναι ο μικροεπεξεργαστής που χρησιμοποιείται στην πλακέτα Robo HAT MM1 την οποία μετέφερα.

Υποθέτω επίσης ότι έχετε ήδη κατεβάσει το Arduino IDE 1.8 ή μεταγενέστερο. Χρησιμοποίησα το Arduino 1.8.9 κατά τη στιγμή της γραφής.

Βήμα 3: Λήψη υπαρχόντων πινάκων

Το πρώτο βήμα είναι να κατεβάσετε τον πλησιέστερο πίνακα Arduino που ταιριάζει με τον πίνακα σας. Για τους πίνακες SAMD, αυτό είναι το Arduino Zero.

Από το Arduino IDE 1.6, η μέθοδος για τη λήψη νέων πλακετών στο περιβάλλον ήταν η προσθήκη ειδικών αρχείων JSON που παρέχουν οι προγραμματιστές λογισμικού και στη συνέχεια η εγκατάσταση των προσαρμοσμένων πλακετών χρησιμοποιώντας το "Boards Manager". Οι προηγούμενες εκδόσεις του Arduino IDE χρησιμοποιούσαν μια διαφορετική μέθοδο που δεν θα συζητήσουμε σήμερα. Θα δημιουργήσουμε το δικό μας αρχείο JSON αργότερα σε αυτό το σεμινάριο, ωστόσο, πρέπει πρώτα να προσθέσουμε τον πίνακα Arduino Zero χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο πρώτα.

Ευτυχώς για εμάς, ο πίνακας που θέλουμε να κατεβάσουμε δεν χρειάζεται αρχείο JSON επειδή το αρχείο JSON είναι προσυσκευασμένο με Arduino IDE - οπότε πρέπει απλώς να εγκαταστήσουμε τον πίνακα από το "Boards Manager".

Για να το κάνετε αυτό, μεταβείτε στο "Εργαλεία" και στη συνέχεια επεκτείνετε το μενού "Πίνακας". Στην κορυφή του μενού "Πίνακας" θα βρίσκεται ο "Διαχειριστής πινάκων". Κάντε κλικ σε αυτήν την επιλογή μενού για να εμφανιστεί ο Διαχειριστής πινάκων.

(Δείτε εικόνες)

Όταν ανοίξει το Boards Manager, θα κοιτάξει όλα τα αρχεία JSON που έχει αποθηκεύσει στο Arduino IDE και στη συνέχεια θα κατεβάσει τις ρυθμίσεις από το αρχείο. Θα πρέπει να δείτε μια μακρά λίστα με τους διαθέσιμους πίνακες Arduino που μπορείτε να εγκαταστήσετε.

(Δείτε εικόνες)

Μας ενδιαφέρει μόνο ο πίνακας "Arduino SAMD Boards (32-bit ARM Cortex-M0+)" για αυτό το σεμινάριο, αλλά θα μπορούσατε να αποκλίσετε και να εγκαταστήσετε τον πίνακα που χρειάζεστε σε αυτό το σημείο. Αναζητήστε και εγκαταστήστε τον πίνακα "Arduino SAMD Boards (32-bit ARM Cortex-M0+)". Αυτό μπορεί να γίνει κάνοντας κλικ στο κείμενο από τη λίστα ακολουθούμενο από το κουμπί "Εγκατάσταση" στη δεξιά πλευρά που θα εμφανιστεί αφού κάνετε κλικ στο κείμενο. Θα χρειαστούν μερικά λεπτά για την εγκατάσταση.

Για περισσότερες λεπτομέρειες εγκατάστασης νέων πινάκων: Το Adafruit έχει ένα εξαιρετικό σεμινάριο εδώ που εξηγεί πώς να εγκαταστήσετε τους πίνακες Feature M0.

Τώρα που έχουν εγκατασταθεί τα αρχεία του πίνακα, μπορούμε να τα αντιγράψουμε έτσι ώστε να μπορούν να τροποποιηθούν για τον προσαρμοσμένο πίνακα σας.

Βήμα 4: Εύρεση και αντιγραφή αρχείων πίνακα

Για τα Windows, τα αρχεία του πίνακα βρίσκονται (θυμηθείτε να αλλάξετε το όνομα χρήστη στο όνομα χρήστη σας):

C: / Users / username / AppData / Local / Arduino15 / πακέτα

Σε αυτόν τον φάκελο, πρέπει να πάτε λίγο πιο βαθιά για να φτάσετε στα αρχεία που πρέπει να αντιγράψετε για να τα τροποποιήσετε. Για αυτό το σεμινάριο θα πάμε και θα πάρουμε τα αρχεία του πίνακα Arduino Zero στα οποία θα εγκατασταθούν (θυμηθείτε να αλλάξετε το όνομα χρήστη στο όνομα χρήστη σας):

C: / Users / username / AppData / Local / Arduino15 / packages / arduino / hardware / samd

Αντιγράψτε τον φάκελο με την έκδοση που βρίσκεται σε αυτόν τον κατάλογο σε έναν νέο φάκελο στο φάκελο "Έγγραφα" ή στο φάκελο της επιλογής σας. Για τους σκοπούς αυτού του σεμιναρίου, θα τα τοποθετήσω σε έναν νέο φάκελο με το όνομα «προσαρμοσμένοι πίνακες» μέσα στα Έγγραφα.

Ο φάκελος περιέχει έναν αριθμό φακέλων και καταλόγων. Αυτά που θα χρησιμοποιήσουμε σημειώνονται στον πίνακα στο στιγμιότυπο οθόνης.

Βήμα 5: Δημιουργία παραλλαγής

Είμαστε τώρα έτοιμοι να ξεκινήσουμε τη δημιουργία μιας προσαρμοσμένης καταχώρισης πίνακα. Για αυτό το σεμινάριο, θα χρησιμοποιήσω το Robo HAT MM1 ως παράδειγμα. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, είναι ένας πίνακας που βασίζεται σε SAMD, ο οποίος ταιριάζει περισσότερο με το Arduino Zero build.

Θα ξεκινήσουμε πηγαίνοντας στο φάκελο παραλλαγών και αντιγράφοντας το φάκελο arduino_zero που βρίσκεται εκεί. Θα μετονομάσουμε τη νέα παραλλαγή του πίνακα "robohatmm1". Μπορείτε να καλέσετε το δικό σας όπως σας αρέσει.

(Δείτε την εικόνα)

Μέσα στο φάκελο robohatmm1 θα υπάρχουν οι δύο ακίδες που πρέπει να ξεκινήσουμε για επεξεργασία: variant.cpp και variant.h. Άνοιξε και τα δύο.

Αυτό μου πήρε λίγο χρόνο για να ασκηθώ, οπότε θα το εξηγήσω εδώ για να σας εξοικονομήσω λίγο χρόνο. Το αρχείο variant.cpp περιέχει μια πολύ μεγάλη σειρά από καρφίτσες που αναφέρεται σε όλη την variant.h. Όλες οι αναφορές pin στο variant.h είναι μια αναφορά στη διαμόρφωση του pin σε μια συγκεκριμένη θέση στον πίνακα variant.cpp.

(Δείτε Στιγμιότυπο οθόνης με δύο αρχεία)

Έτσι, οι περισσότερες από τις αλλαγές σας θα πραγματοποιηθούν και στα δύο αυτά αρχεία, αλλά πρέπει να βεβαιωθείτε ότι εάν αλλάξετε τη σειρά των καρφιτσών στο variant.cpp - πρέπει να αλλάξετε τις αναφορές στο αρχείο κεφαλίδας (variants.h). Για το Robo HAT MM1, χρειάστηκα μόνο να αλλάξω μερικές από τις καρφίτσες και τις λειτουργίες. Αυτό έγινε σε παραλλαγές.h. Πρόσθεσα μερικές νέες καρφίτσες PWM αφού το SAMD21 μπορεί να χειριστεί 12 κανάλια PWM. Πρόσθεσα επίσης μερικά ονόματα για Servos, Signals (αντί για ADC/Digital) και προσαρμοσμένη αντιστοίχιση στις σωστές λειτουργίες - όπως SPI, UART και I2C.

Το σημαντικό πράγμα που πρέπει να σημειωθεί είναι να ελέγξετε ξανά ότι οι αναφορές πίνακα που χρησιμοποιείτε για τις συναρτήσεις που περιγράφονται σε variant.h ταιριάζουν με αυτές του pin στο varaints.cpp - το οποίο θα εξετάσουμε τώρα.

Το Variants.cpp είναι ένα πολύ ισχυρό και σημαντικό αρχείο. Κάνει όλη τη σκληρή δουλειά για να ρυθμίσετε τις καρφίτσες ώστε να ταιριάζουν με τις ρυθμίσεις υλικού. Ο ευκολότερος τρόπος για να το εξηγήσετε είναι με ένα παράδειγμα και εξήγηση για κάθε μέρος.

(Δείτε τον πίνακα στο στιγμιότυπο οθόνης)

Παράδειγμα (απόσπασμα από το variant.cpp)

{PORTA, 22, PIO_SERCOM, PIN_ATTR_NONE, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER, EXTERNAL_INT_NONE}, // SDA

Αυτή είναι η πρώτη καρφίτσα στον πίνακα variant.cpp για το Robo HAT MM1. Ο πίνακας από το φύλλο δεδομένων παρέχεται ως εικόνα (γκρι πίνακας).

(Δείτε εικόνες)

Αυτός ο συγκεκριμένος πείρος χρησιμοποιείται για τη λειτουργία I2C Data Pin Function. Ρίχνοντας μια ματιά στον πίνακα, μπορούμε να δούμε ότι αυτός ο πείρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καρφίτσα I2C SDA (καλή αρχή!). Ο πείρος ονομάζεται "PA22" που είναι συντομογραφία PORTA στον ακροδέκτη 22. Αμέσως μπορούμε να ορίσουμε τον αριθμό PORT και τον αριθμό καρφίτσας για αυτόν τον πείρο.

Το επόμενο πράγμα που πρέπει να κάνουμε είναι να ορίσουμε την καρφίτσα ως σειριακή θύρα επικοινωνίας. Ο πείρος έχει σειριακή επικοινωνία διαθέσιμη μέσω της συνάρτησης C (PIO_SERCOM) χρησιμοποιώντας το SERCOM 3 και το D χρησιμοποιώντας το SERCOM5 (PIO_SERCOM_ALT). Για τους σκοπούς του Robo HAT MM1, χρησιμοποιούμε το SERCOM3 για επικοινωνία I2C. Αυτό είναι στη συνάρτηση C. aka. PIO_SERCOM για το variant.cpp.

Δεδομένου ότι σκοπεύουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον πείρο μόνο ως I2C SDA, δεν χρειάζεται να ορίσετε καμία από τις άλλες λειτουργίες. Όλες μπορούν να οριστούν ως "Όχι" ή "Όχι" από τον προηγούμενο πίνακα. Ωστόσο, αν θέλαμε να χρησιμοποιήσουμε τις άλλες συναρτήσεις - θα μπορούσαμε να περάσουμε από το φύλλο δεδομένων και να τις βάλουμε όλες στους σωστούς χώρους. Είναι όλα στο φύλλο δεδομένων.

Η τροποποίηση των παραλλακτικών αρχείων μπορεί να διαρκέσει λίγο. Να είστε προσεκτικοί και πάντα τριπλός έλεγχος.

Βήμα 6: Δημιουργήστε έναν ορισμό πίνακα

Μόλις έχετε έτοιμα τα παραλλακτικά αρχεία σας, θα πρέπει να είναι κατευθείαν από εδώ. Το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας θα είναι η αντιγραφή και επικόλληση ή η τροποποίηση και η ενημέρωση αρχείων.

Ξεκινώντας με το boards.txt.

(Δείτε την εικόνα)

Θα θέλετε να αντιγράψετε και να επικολλήσετε έναν ορισμό του πίνακα που υπάρχει ήδη. Θα συνιστούσα ξανά το Arduino Zero.

Για λόγους απλότητας, αλλάξτε μόνο το όνομα του πίνακα (πρώτη γραμμή), usb_product, usb_manufacturer και παραλλαγή (robohat). Μπορείτε αργότερα να προσαρμόσετε τα άλλα επιχειρήματα που ταιριάζουν στις ανάγκες σας - όπως ένα προσαρμοσμένο πρόγραμμα εκκίνησης ή διαφορετικά VID/PID USB για τον προσδιορισμό της πλακέτας σας.

Η παραλλαγή του πίνακα πρέπει να ταιριάζει με το όνομα που δόθηκε στο φάκελο που δημιουργήθηκε στην αρχή. Για αυτό το σεμινάριο το ονόμασα ‘robohatmm1’.

Θα συνιστούσα επίσης να αλλάξετε το πρώτο μέρος κάθε γραμμής για να ταιριάζει με το όνομα του πίνακα σας. Στο στιγμιότυπο οθόνης έχει αλλάξει σε 'robo_hat_mm1'. Θα πρέπει να επιλέξετε ένα όνομα για τον πίνακα σας με την ίδια μορφή.

Αυτό είναι όλο για το boards.txt εκτός αν θέλετε να κάνετε περαιτέρω τροποποιήσεις που αναφέρονται παραπάνω αργότερα.

Βήμα 7: Ενημέρωση έκδοσης πίνακα

Στο platforms.txt αλλάξτε το όνομα στο όνομα της προσαρμοσμένης πλακέτας σας. Αλλάξτε επίσης τον αριθμό έκδοσης. Θυμηθείτε σε τι θέσατε αυτό, θα το χρειαστούμε αργότερα.

Βήμα 8: Δημιουργήστε αρχείο πακέτου JSON

Για να εγκαταστήσετε την πλακέτα σας στο Arduino IDE, θα χρειαστεί να δημιουργήσετε ένα αρχείο JSON που θα εισαγάγετε. Το αρχείο JSON λέει στο Arduino IDE πού να βρείτε τα αρχεία για να εγκαταστήσετε τον πίνακα, ποια επιπλέον πακέτα χρειάζονται και μερικά άλλα κομμάτια μεταδεδομένων.

Είναι πολύ σημαντικό να αποθηκεύσετε αυτό το αρχείο εκτός του φακέλου στον οποίο εργαζόμαστε.

Το μεγαλύτερο μέρος του αρχείου μπορεί να αντιγραφεί και να επικολληθεί στο δικό σας. Θα χρειαστεί να αλλάξετε μόνο την ενότητα "πίνακες" και τα άλλα μεταδεδομένα στην κορυφή του αρχείου. Δείτε το στιγμιότυπο οθόνης για το τι πρέπει να ενημερωθεί.

(Δείτε την εικόνα)

• Κόκκινο τμήμα: Πρόκειται για μεταδεδομένα που οι χρήστες μπορούν να χρησιμοποιήσουν για την εύρεση βοήθειας. Έχει πολύ μικρή τεχνική συνάφεια.
• Μπλε τμήμα: Όλα αυτά είναι σημαντικά. Εμφανίζονται στο Arduino IDE. Όνομα, Αρχιτεκτονική και Έκδοση θα εμφανιστούν σε όποιον προσπαθεί να εγκαταστήσει το πακέτο. Εδώ πρέπει να βάλετε τον αριθμό έκδοσης από το platforms.txt. Η δεύτερη μπλε ενότητα είναι η λίστα με τους πίνακες που περιλαμβάνονται στο πακέτο. Θα μπορούσατε να έχετε πολλούς πίνακες.
• Πράσινο τμήμα: Αυτή η ενότητα χρειάζεται περαιτέρω επεξήγηση.

(Δείτε τον Πίνακα στις Εικόνες)

Αφού δημιουργήσετε το αρχείο zip, λάβετε το άθροισμα ελέγχου του αρχείου zip και το μέγεθος του αρχείου, μπορείτε πλέον να ανεβάσετε το αρχείο zip σε μια τοποθεσία. Θα πρέπει να βάλετε αυτήν τη διεύθυνση URL στο πεδίο "url". Εάν το όνομα ή οποιαδήποτε από τις παραπάνω λεπτομέρειες είναι λανθασμένες, η προσαρμοσμένη πλακέτα σας δεν θα εγκατασταθεί.

Φροντίστε επίσης να ανεβάσετε το αρχείο package_boardname_index.json σε δημόσια τοποθεσία στο διαδίκτυο. Το GitHub είναι μια καλή επιλογή.

Το προσαρμοσμένο αρχείο πλακέτας Robo HAT MM1 μπορείτε να το βρείτε εδώ.

Βήμα 9: Το τελευταίο βήμα - Εγκαταστήστε την προσαρμοσμένη πλακέτα σας

Όλα πάνε καλά, θα πρέπει τώρα να μπορείτε να συμπεριλάβετε το αρχείο JSON στο Arduino IDE και να εγκαταστήσετε τον προσαρμοσμένο πίνακα σας.

Η συμπερίληψη του αρχείου JSON είναι εύκολη! Στο Arduino IDE - απλώς μεταβείτε στο "Αρχείο"> "Προτιμήσεις" και αντιγράψτε και επικολλήστε τη θέση (διεύθυνση URL) του package_boardname_index.json στην ενότητα "Πρόσθετες διευθύνσεις διευθύνσεων πίνακα" στο κάτω μέρος του μενού Προτιμήσεις.

(Δείτε την εικόνα)

Στη συνέχεια, πατήστε OK.

Εκτελέστε τις παραπάνω οδηγίες για την εγκατάσταση νέων πινάκων, αν το έχετε ξεχάσει. Θυμηθείτε να αναζητήσετε τον προσαρμοσμένο πίνακα σας αυτή τη φορά!

(Δείτε την εικόνα)

Για περισσότερες λεπτομέρειες εγκατάστασης νέων πινάκων: Το Adafruit έχει ένα υπέροχο σεμινάριο εδώ που εξηγεί πώς να εγκαταστήσετε τους πίνακες Feature M0.

Βήμα 10: Συμπέρασμα

Αυτό ήταν διασκεδαστικό δημιουργώντας προσαρμοσμένους πίνακες Arduino. Υπάρχουν ακόμη πολλά για να πειραματιστώ στο μέλλον (προσθέτοντας επιπλέον σειριακές θύρες), αλλά ήταν μια εξαιρετική εμπειρία εκμάθησης!

Ρίξτε μια ματιά και στην καμπάνια Crowd Supply. Λήγει στις 11 Ιουνίου 2019.

www.crowdsupply.com/robotics-masters/robo-…

Ελπίζω ότι αυτό σας βοήθησε ή διασκεδάσατε διαβάζοντας!

Ευχαριστώ!