Какой программатор выбрать для arduino uno в ide

У Вас есть Arduino? Значит у Вас есть программатор!

Все таки, поговорка «Век живи — век учись!» придумана неспроста! В свое время, начав интересоваться микроконтроллерами семейства AVR (и в частности, Arduino) я забеспокоился об инструменте для программирования оных. Т.е., программаторах. А ведь программатор (ну, может не в столь явном виде) у меня всегда был под рукой. Это плата Arduino.
ISP (In-system programming) — это способность микроконтроллера получать прошивку находясь уже непосредственно в собранной схеме. Программатором (устройством передающим прошивку от компьютера в контроллер) в нашем случае будет выступать Arduino.
Аргументы для сомневающихся (делать/не делать)
За:
1) этот шилд даст вторую жизнь «морально устаревшим» платам Arduino на Atmega8
2) У Вас появиться прекрасная возможность писать программы для микроконтроллеров серии Attiny в привычном Arduino IDE
3) это самый «копеечный» программатор (при условии наличия у Вас Arduino)
4) этот шилд ОЧЕНЬ прост в изготовлении, не содержит дефицитных деталей и не требует настройки
5) позволяет (в какой-то мере) сохранить порядок на Вашем рабочем месте ��
Против:
— я не нашел

Если готовы, то поехали.
Чтобы Arduino стала ISP программатором на нее необходимо залить специальную прошивку. Эта прошивка поставляется вместе с Arduino IDE. Напомню. Еще без какой-либо периферии Arduino подключаем к компьютеру и загружаем Arduino IDE. Выбираем [File] -> [Examples] -> [ArduinoISP]

Ну и далее, люди делают что-то примерно такое:

Кстати, я тоже так делал :). Собственно, после чего и появилась эта задумка. Вариант «клубкового» соединения, естественно, имеет право на жизнь. Но, скажем так:

-> Неудобно
-> ненадежно
-> некрасиво и все такое ��
Логично было бы предположить, что умные люди смекнули «что к чему» и наладили выпуск готовых ARDUINO ISP Shield-ов. Вот парочка примеров:

Я тоже хочу такую вещь! Но, «Это не наш метод! Мы все сделаем сами. »
Итак, я вспомнил все микроконтроллеры, с которыми мне приходилось сталкиваться. Это были Atmega8 (168/328), Atmega16, Attiny2313(4313), Attiny13(45/85). Итого, (для меня, по крайне мере) ограничимся корпусами DIP8, DIP20 и DIP28. Здоровенная Atmega16 — «пока нервно курит в сторонке». Поставим дополнительно стандартный ICSP разъем на 10 контактов, для возможности подключения внешнего адаптера. И для красоты установим светодиоды, отображающие текущее состояние программатора. Распиновку берем из скетча ArduinoISP:

Схема. Хм, конечно сложно это назвать схемой, но все же:

Разводка печатной платы много времени не заняла. Я фактически расположил нужные корпуса и разъемы на плату, подписал нужные выводы и тупо их соединял �� Вот, что получилось:

Лут:

После запайки:

Вторая сторона:

Обращаю Ваше внимание, на наличие трех SMD перемычек (резисторы 0R).

Вот готовое изделие:

. ВАЖНЫЙ МОМЕНТ. Очень рекомендую установить панельки с цанговыми контактами!

Итак, все у нас готово для проведения «ходовых» испытаний. Подключаем наш шилд к ЗАРАНЕЕ «прошитую» Ардуино
.

Проверяем работоспособность с помощью GUI оболочки для AVRDUDE:

Для «гурманов», зеленой полоской я выделил соответствующие параметры для консольного варианта ��

Обращаю ваше внимание на правильный выбор типа программатора и типа соединения. Уточнить можно в IDE (выше приведен скриншот для самопальной COM-портовой платы).

Ниже картинки для варианта с CraftDuino (у меня CraftDuino общается через виртуальный COM N14. Естественно, у Вас может быть другой)

Все хорошо!! Радуемся и хлопаем в ладоши �� (честно говоря, получившаяся плата мне ОЧЕНЬ нравится. Я пишу эту статью и верчу ее в руках).
Пара полезных ссылок, о том, как подружить микроконтроллеры Attiny со средой программирования Arduino:
Attiny13
Attiny2313
Ну а дальше уже сами �� Как говорится, Google Вам в помощь!

Весь материал проекта забираем ТУТ.
Все удачи и хорошего настроения!

Программаторы, ISP, фьюзы

В этом уроке мы рассмотрим загрузку прошивки в ардуино через внешние “программаторы”. Давайте вспомним, о чем уже говорили в одном из первых уроков: загрузка прошивки в Arduino возможна двумя способами:

• “Напрямую” во flash память микроконтроллера при помощи ISP (In System Programming) внутрисистемного программатора.
• При помощи загрузчика (bootloader), который живёт в конце Flash памяти МК, принимает программный код по протоколу TTL (UART) и записывает его во Flash память.

Загрузчик (bootloader)

Загрузчик живёт в самом конце Flash памяти МК и позволяет записывать прошивку, отправляемую через UART. Загрузчик стартует при подаче питания на МК, ждёт некоторое время (вдруг кто-то начнёт слать код прошивки по UART), затем передаёт управление основной программе. И так происходит каждый каждый раз при старте МК.

• Загрузчик позволяет прошивать МК через UART;
• Загрузчик замедляет запуск МК, т.к. при каждом запуске ждёт некоторое время для потенциальной загрузки прошивки;
• Загрузчик занимает место во Flash памяти. Стандартный старый для Arduino NANO занимает около 2 кБ, что весьма существенно!
• Именно загрузчик мигает светодиодом на 13 пине при включении, как индикация работы.

Программатор

Помимо записи прошивки во flash память, программатор позволяет:

• Считывать содержимое Flash памяти (скачать прошивку на компьютер)
• Полностью очищать чип от всех данных и настроек
• Записывать и читать загрузчик
• Считывать/записывать EEPROM память
• Читать и настраивать фьюзы (fuses, fuse-bits) и лок биты.

Программатор – ваш единственный друг при работе с “голым” микроконтроллером, то есть для его низкоуровневой настройки и загрузки прошивки.

USB-TTL (UART)

Этот способ реализован прямо на платах Arduino при помощи USB-TTL (USB-UART) преобразователя, именно поэтому мы можем подключить плату к компьютеру и загрузить код. USB-TTL позволяет только загрузку данных во flash, остальные возможности (как у ISP программатора) ему недоступны. В то же время он ограничен только возможностями загрузчика, но в этом уроке мы рассматриваем только стандартные. Также USB-TTL мост позволяет микроконтроллеру общаться с компьютером по последовательному соединению (тот самый Serial и монитор com порта). Есть платы без бортового USB-TTL, например Arduino Pro Mini. Для работы с ними нужно купить внешний USB-TTL преобразователь. Также загрузка прошивки через UART возможна и в “голый” микроконтроллер при условии наличия там загрузчика, который запишет принятый код во flash. Про запись загрузчика мы поговорим ниже. UART “загружатор” подключается к пинам RX и TX Ардуино (или микроконтроллера), RX->TX и TX->RX, также обязательно подключается земля GND. Если у прошиваемой платы нет своего питания, то подключается и питание. Загрузчик отрабатывает при запуске МК, поэтому непосредственно перед загрузкой прошивки МК должен быть сброшен (перезагружен), и для этого на платах USB-UART есть вывод DTR (Data Terminal Ready), который подключается к пину RST Reset и собственно выполняет сброс перед перед загрузкой прошивки. На платах Pro Mini есть отдельный пин DTR.

USB-TTL	Arduino
DTR	DTR
RX	TX
TX	RX
GND	GND
VCC/5V/3.3V	VCC

Китайцы выпускают USB-TTL модули в широком ассортименте, но в целом они все одинаковые по своей сути. Ссылка на результат поиска на aliexpress, и ссылка на все USB-TTL в моём любимом магазине WAVGAT. Что использую я? В основном платку на CP2102. Перед заказом модуля обязательно убедитесь в том, что у него есть выход DTR, иначе этот модуль можно будет использовать только для “общения” с контроллером через COM порт. Для работы с таким преобразователем нужно установить драйвер для чипа, на базе которого собран модуль, это может быть CP2102, CH340/341, FT232, PL2303 и другие. Прошивка загружается как обычно: выбираем порт, на котором сидит преобразователь, версию загрузчика и жмём загрузить, всё! Важный момент: на некоторых китайских версиях плат Arduino Pro Mini не распаян пин DTR, т.е. он не идёт на RST и автоматический сброс перед загрузкой прошивки не выполняется. В этом случае сброс нужно производить вручную, кнопкой RST, непосредственно перед загрузкой прошивки… Загрузка прошивки посредством загрузчика (bootloader) возможна с любого UART устройства, даже через Bluetooth. Но об этом мы поговорим в отдельном уроке.

ISP программатор

USBasp

Дешёвые ISP программаторы также есть в ассортименте у китайцев, рекомендую брать USBasp как самый распространенный. Поискать на алиэкспресс, мне нравится версия в корпусе. USBasp имеет не очень удобный выход 10-пин на шлейфе, поэтому рекомендуется купить также переходник 10-пин на 6-пин, который позволяет сразу подключаться к ISP header’у, который есть на большинстве плат Arduino. Внимание! Очень часто встречается брак в виде непропая контактов, поэтому во избежание проблем рекомендуется пропаять переходник и отмыть флюс (зубная щётка + бензин калоша).

• Подключить usbasp к компьютеру
• Скачать и установить драйвера на usbasp (скачать с моего сайта, скачать с Яндекс диска, ещё есть тут и тут)
• Открыть диспетчер устройств и убедиться, что программатор определился системой
• Открыть Arduino IDE
• Выбрать usbasp в Инструменты > Программатор

Решение проблем

Решение большинства проблем с загрузкой через программатор (независимо от того, что написано в логе ошибки):

• Вытащить и обратно вставить usbasp в usb порт
• Вставить в другой usb порт
• Переустановить драйвер на usbasp
• Проверить качество соединения USBasp с МК
• Перепаять переходник и отмыть флюс

Для прошивки микроконтроллера, тактирующегося низкой частотой (менее 1 МГц внутренний клок):

• USBasp: на плате есть перемычка JP3, которая включает режим низкой скорости загрузки. В новых версиях прошивки для USBasp скорость выбирается автоматически, но китайцы продают старую версию. Как прошить новую – ищите в интернете.

Основные ошибки в логе Arduino IDE

avrdude: error: could not find USB device with vid=0x16c0 pid=0x5dc vendor=’www.fischl.de’ product=’USBasp’ Причина – компьютер не видит USB ASP

• Проверить и сменить USB порт
• Попытаться переустановить драйвер
• Проверить пайку USB разъема на плате программатора
• Проверить наличие и целостность элементов вблизи usb разъема программатора, кварцевый резонатор
• Возможно программатор криво прошит – при возможности попытаться перепрошить
• Возможно микроконтроллер на плате программатора – брак или же мертв, попытаться заменить и прошить

avrdude: error: program enable: target doesn’t answer. Причина – usbasp не видит подключаемый микроконтроллер

• Проверить правильность и целостность соединения с МК
• Попытаться снизить частоту прошивки, джампером или же указав более низкую скорость в среде программирования
• Проверить пайку разъема 10 pin и переходника 10 pin – 6 pin
• Возможно прошиваемый микроконтроллер попался с браком, или же мертв.

Arduino as ISP

Почти любая другая плата Arduino может стать ISP программатором, для этого нужно просто загрузить в неё скетч ArduinoISP:

• Открыть скетч Файл > Примеры > 11. ArduinoISP > ArduinoISP
• Всё! Ваша Arduino теперь стала ISP программатором
• Подключаем к ней другую Arduino или голый чип по схеме ниже
• Выбираем Arduino as ISP в Инструменты > Программатор
• И можем писать загрузчики, фьюзы или загружать прошивку напрямую во Flash

ISP программатор подключается к четырем пинам микроконтроллера, не считая питания: один из пинов передает сброс, остальные – для передачи данных. Чтобы плата-программатор не сбрасывалась при загрузке, на неё нужно:

Либо поставить поставить конденсатор ёмкостью

По использованию других плат Arduino в качестве программатора читай на официальном сайте.

Решение проблем

Для прошивки микроконтроллера, тактирующегося низкой частотой (менее 1 МГц внутренний клок):

• Arduino ISP: нужно изменить частоту загрузки прошивки в скетче Arduino ISP и снова прошить его в ардуино-программатор (см. строку в скетче 45 и ниже);

Работа в Arduino IDE

Прошивка загрузчика

Из Arduino IDE при помощи ISP программатора мы можем записать другой загрузчик (по факту загрузчик + фьюзы) и загрузить скетч, а также настроить/прошить фьюзы и лок-биты, но не очень удобным способом. Когда мы выбираем плату в Инструменты > Плата и загрузчик в Инструменты > Плата (загрузчик, bootloader), Arduino IDE автоматически делает “активным” нужный загрузчик. Нажимая Инструменты > Записать загрузчик мы прошиваем загрузчик, соответствующий выбранной плате и её настройкам. Также одновременно с загрузчиком прошиваются фьюзы и лок-биты, соответствующие выбранной плате в Arduino IDE. Как и где их поменять, смотрите чуть ниже. Рассмотрим на примере записи загрузчика для atmega328, стоящей на китайской плате Arduino NANO. На данный момент китайцы прошивают в МК старую версию загрузчика, которая называется old bootloader в меню платы. Оригинальные платы идут с более современным загрузчиком, поэтому при работе с китайскими платами нам приходится выбирать old bootloader для загрузки прошивки через бортовой usb порт. Подключим usbasp по схеме выше, выберем его как программатор в Инструменты > Программатор, выберем плату Arduino NANO, загрузчик для atmega328 (первый в списке). Нажмём записать загрузчик. Всё! Теперь плату можно шить через бортовой usb порт, выбирая первый загрузчик. Он кстати легче, быстрее “прошивает” и сама прошивка быстрее “запускается”.

Как убрать загрузчик?

В стандартном “ядре” Arduino не предусмотрен вариант “без загрузчика”. Для того, чтобы вручную убрать поддержку загрузчика, нужно уметь работать с boards.txt и фьюзами: нужно будет изменить фьюз BOOTRST и подправить максимальный размер скетча. Есть более простой вариант – найти и установить ядро, в котором реализован выбор загрузчика с вариантом “без загрузчика”, например для ATmega328 это miniCore и наше GyverCore. Нужно установить поддержку ядра по рассмотренной ранее инструкции, выбрать плату, указать вариант “без загрузчика” и нажать “Записать загрузчик”. В МК будут прошиты соответствующие фьюзы.

Загрузка скетча

В Arduino IDE можно зашить скетч через программатор, для этого надо нажать Скетч > Загрузить через программатор. Это очень удобно в том случае, когда МК используется без загрузчика, или просто голый МК.

Фьюзы

Конфигуратор платы в Arduino IDE устроен следующим образом: каждой плате в Инструменты > Плата соответствует свой набор настроек, включая фьюзы, которые прошиваются вместе с загрузчиком . Некоторые из них:

• Загрузчик (путь к файлу)
• Скорость загрузки (через загрузчик)
• Объем доступной flash и sram памяти
• Весь набор фьюзов и лок-биты

Файл конфигурации называется boards.txt и найти его можно в папке с ядром Arduino: C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\boards.txt. Документацию на boards.txt можно почитать здесь. При желании можно вывести нужные фьюзы через калькулятор (читайте выше), изменить их в boards.txt (главное не запутаться, для какой выбранной конфигурации платы делается изменение) и прошить в МК, нажав Инструменты > Записать загрузчик.

• Фьюзы подписаны как low/high/extended fuses, можно вставлять полученное в калькуляторе значение.
• Локбиты работают следующим образом: unlock_bits это локбиты, которые прошьются до записи загрузчика (при нажатии на кнопку Записать загрузчик). А вот после прошивки загрузчика будут автоматически прошиты lock_bits, которые и определят доступ к памяти контроллера во время его работы. Чтобы защитить прошивку от чтения – ставим lock_bits 0x3C.

Такая работа с фьюзами максимально неудобна, но есть и другие варианты:

• Ядро GyverCore для atmega328, в нем мы сделали кучу готовых настроек фьюзов прямо в настройках платы, читайте в уроке про GyverCore. Несколько загрузчиков, включая вариант без загрузчика, выбор источника тактирования и другие настройки в один клик мышкой.
• Программа AVRdudeprog, про нее поговорим ниже

Фьюзы (Pro)

Фьюзы (фьюз-биты) являются низкоуровневыми настройками микроконтроллера, которые хранятся в специальном месте в памяти и могут быть изменены только при помощи ISP программатора. Это такие настройки как выбор источника тактирования, размер области памяти под загрузчик, настройка отсечки по напряжению и прочее. Фьюз-биты собраны по 8 штук в байты (т.н. байты конфигурации), как типичный регистр микроконтроллера AVR. Таких байтов может быть несколько, они называются low fuses, high fuses, extended fuses. Для конфигурации байтов рекомендуется использовать калькулятор фьюзов (например, вот такой), в котором просто ставятся галочки на нужных битах, и на выходе получается готовый байт в hex виде. Рассмотрим на примере ATmega328p:

Важный момент: в AVR биты у нас инверсные, то есть 1 это выкл, 0 это вкл. Расставляя галочки в калькуляторе, мы формируем байт, галочка стоит – бит включен, но в результирующем байте включенные биты являются нулями. Об этом стоит задумываться при ручном составлении фьюз-байта, при использовании калькулятора можете об этом даже не вспоминать. Что позволяют настроить биты?

• CKSEL0–CKSEL3 – выбор источника и частоты тактирования (уточняй в даташите на свой МК, какая конфигурация за что отвечает)
• SUT0–SUT1 – задержка старта МК после перезагрузки
• CKOUT – дублирование тактирования на один из пинов (см. в даташите на какой)
• CKDIV8 – делит тактовую частоту на 8
• BOOTRST – если включен, МК запускается с загрузчика
• BOOTSZ0–BOOTSZ1 – задаёт размер сектора загрузчика
• EESAVE – защита EEPROM от стирания во время выполнения полной очистки чипа
• WDTON – если включить, то Watchdog будет принудительно включен без возможности отключения
• SPIEN – опасный бит , при его отключении пропадает возможность прошивки через ISP, и возможность выключить этот бит в том числе*
• DWEN – вкл/выкл отладочный интерфейс DebugWire. На других моделях бывает и JTAG, и его бит – JTAGEN
• RSTDISBL – опасный бит , при его включении можно использовать ногу RST как обычный цифровой пин, но пропадает возможность прошивки через ISP и выключить этот бит как следствие*
• BODLEVEL0–BODLEVEL3 – настройка контроля напряжения (МК сбросится при падении ниже установленного напряжения)

* – прошивка возможна при помощи высоковольтного программатора

Лок-биты (Pro)

Лок-биты (lock-bits) позволяют управлять доступом к памяти микроконтроллера, что обычно используется для защиты устройства от копирования. Лок-биты собраны опять же в конфигурационный лок-байт, который содержит: BOOTLOCK01, BOOTLOCK02, BOOTLOCK11, BOOTLOCK12, LOCKBIT1, LOCKBIT2 (для ATmega328). Калькулятор лок-битов можно использовать этот. BOOTLOCK биты позволяют запретить самому МК запись (самопрограммирование) во flash память (область программы и область загрузчика)

А вот локбиты LOCKBIT позволяют запретить запись и чтение flash и EEPROM памяти извне, при помощи программатора, т.е. полностью защитить прошивку от скачивания и копирования:

Таким образом включив LOCKBIT1 (лок-байт будет 0x3E) мы запретим внешнюю запись во Flash и EEPROM память, т.е. при помощи ISP программатора, а включив LOCKBIT1 и LOCKBIT2 (лок-байт: 0x3C) полностью заблокируем заодно и чтение данных из памяти микроконтроллера. Повторюсь, всё описанное выше относится к ATmega328p, для других моделей МК читайте в соответствующих даташитах.

Avrdudeprog

Avrdudeprog – утилита от русского программиста, являющаяся удобной оболочкой для avrdudue. Скачать AVRDUDE_PROG можно с официального сайта (прямая ссылка на загрузку, на всякий случай зеркало на моём ЯД и FTP этого сайта). В рамках этого урока, программа умеет следующее:

• Чтение/запись/очистка flash памяти
• Чтение/запись/очистка eeprom памяти
• Полная очистка чипа
• Калькулятор фьюзов и локбитов (чтение/запись)

Более подробный обзор на avrdudeprog можно посмотреть здесь . Давайте посмотрим на калькулятор фьюзов. Выбираем свой микроконтроллер и программатор (можно добавить другие модели микроконтроллеров и программаторов, читай тут). Переходим во вкладку Fuses, нажимаем прочитать. При успешном чтении увидим текущий набор настроек своего чипа. Можно их поменять и загрузить. Важно! Галку инверсные биты не трогаем! Лок-биты и отключение RST заблокирует микроконтроллер, не трогайте их, если такой цели нет! Можно загружать прошивку или загрузчик из .hex файла, указав путь к ней на первой вкладке в окне Flash. Очень удобная утилита для низкоуровневой работы с МК.

Arduino IDE: разбираемся с меню Tools и некоторыми другими функциями.

Итальянцы молодцы. Запустили в мир DIY настоящего монстра. С появлением экосистемы Arduino весь рынок цифрового DIY получил мощнейший толчок. Тысячи, сотни тысяч, миллионы пользователей принялись покупать оригинальные и совместимые платы для их последующего программирования и использования в своих поделках. Причина такой популярности в первую очередь связывают с низким порогом для входа в эту среду. Вам не нужно тратить много денег на приобретение плат: открытый стандарт дал дорогу на рынок множеству последователей и копировщиков. Вам так же не стоит сильно заморачиваться над программированием: поставляемая «в комплекте» Arduino IDE упрощена настолько, насколько это возможно. Пользователь просто пишет код и не задумывается о настройках компилятора, о том, что программировать при помощи Arduino IDE можно разными программаторами, а иногда и вообще голые микросхемы.

И вот, наступает момент, когда стандартная Arduino IDE становится тесновата, а ее неудобство начинает просто выбешивать, особенно, если пользователь знаком с более продвинутыми средами разработки по другим платформам и языкам программирования. Кто-то начинает мигрировать на что-то более интересное, например, на Atom или VS.Code в смеси с PlatformIO, а кто-то старается выжать из Arduino IDE все, что только можно.

Сегодня я выступлю как раз в роли подобного «особо интересующегося персонажа» и попробую вместе с читателем разобраться чуть-чуть побольше в тонкостях Arduino IDE. Все ниженаписанное более-менее соответствует версии 1.8.9 Arduino IDE.

Темная тема для Arduino IDE

Очень многих раздражает простенькое оформление Arduino IDE в корпоративных цветах Arduino. Все такое белое и «слепое». Долго работать в таком цветовом решении не всегда комфортно, особенно если это ночь, вокруг темно и все спят.

Вариант темной темы под Mac. Скриншот с GitHub.

Для такого случая сторонний разработчик разработал так называемую темную тему, тему которая позволяет вернуть знакомый с детства вариант черного фона и светлого текста на нем. Тема не идеальна, так как не позволяет полностью настроить все нюансы, но ограничение это связано не с самой темой, а с ограничениями Arduino IDE. Тему, при желании, можно подредактировать самостоятельно.

Меню Sketch

Я, как и большинство других пользователей Arduino IDE, загружаю свои скетчи в платы при помощи панели инструментов. Щелкнул на кнопку загрузки и скетч начал заливать в плату. Удобно. Но, как оказывается, меню Sketch (здесь и далее я буду использовать английский вариант интерфейса Arduino) содержит не мало интересных и полезных новшеств. Итак, кратенько пробежимся по ним.

Меню Sketch Arduino IDE

Пункты меню Very/Compile и Upload стандартны и знакомы всем. Именно они используются для проверки правильности кода и последующей нормальной загрузки. А вот пункт Upload using programmer для меня до недавнего времени оставался Terra incognita. Как оказалась, данный пункт необходимо применять при загрузки скетча без использования загрузчика (bootloader), но с использованием полноценного программатора. О загрузчиках и программаторах поговорим немного позже, пока же просто запомним этот пункт.

В этом же меню присутствует весьма полезный пункт Export compiled Binary. Применяется он в том же направлении, что и Upload using programmer. По умолчанию Arduino IDE компилирует исходный код в файл, который сохраняется во временную директорию и после завершения загрузки она должна очищаться. Временная директория находится в каких-то дебрях файловой системы, а искать там скомпилированный файл с непонятным наименованием — то еще удовольствие. Так вот функция Export compiled Binary как раз и применяется для того, чтобы сохранить уже откомпилированный скетч в виде бинарных-файлов в папке самого скетча. В дальнейшем скомпилированные скетчи могут быть прошиты при помощи внешнего программатора или же USB-TTL преобразователя.

Кстати, просмотреть папку скетча можно все через тоже самое меню Sketch при помощи пункта Show Sketch Folder. Кстати, при вызове Export compiled Binary компилируется сразу два файла: с и без загрузчика. Для чего это нужно, опять же немного ниже. При компилировании при помощи Export compiled Binary следует учитывать, что примеры из поставки Arduino так откомпилировать не выйдет. Папки, в которых хранятся эти скетчи имеют режим только для чтения, а IDE необходимо куда-то записать скомпилированные файлы (обычно в таком случае возникает ошибка «Export canceled, changes must first be saved.»). Поэтому тренируемся на своих собственных скетчах или же пересохраняем скетч в новую папку.

Меню Tools

Меню Tools в Arduino IDE дает куда больше интересного и полезного, нежели Sketch. Более того, сам вид меню зависит от того, какую платформу вы выбрали в качестве целевой.

Меню Tools Arduino IDE с выбранным микроконтроллером семейства AVR.

Начнем с общего и тех пунктов, которые есть в оригинальных платах, построенных на микроконтроллерах Atmel (ее все же купила Microchip).

Пункт Auto Format позволяет отформатировать ваш исходный текст по общепринятому в Arduino IDE стандарту. Отформатированный текст позволяет легче находить ошибки, да и сама программа выглядит опрятно. Так же, зачастую, при форматировании при помощи автоформата получается найти такие ошибки, как отсутствующие скобки, что при большом количестве вложений несколько затруднительно. Оная же функция вызывается и в самом редакторе в контекстном меню доступном по правой кнопке мышки.

Archive Sketch позволяет упростить навигацию по папке в которой хранятся все ваши скетчи. Напомню, что каждый скетч хранится в отдельной папке, куда складывается все, что к нему относится. Если скетчей у вас много, особенно если плодить версии в новых папках, то разобраться во всем этом нагромождении становится очень сложно. Для этого и можно применить функцию архивирования. Папка со скетчем будет сжата в архив ZIP, а затем стерта из каталога. Останется только архив.

Serial Plotter противовес Serial Monitor предназначен для вывода графика из данных выдаваемых в последовательный порт. Все, что от вас требуется для построения графика — выплевывать в порт цифры при помощи Serial.println(). Неплохой пример использования плоттера приведен на страницах проекта wikihandbk.

Приведенные выше пункты стандартны. Их использование, вкупе с Library Manager должны быть известны даже неопытным пользователям. А дальше попробуем погрузиться в чащобы Arduino IDE и мир программирования микроконтроллеров.

WiFi101 / WiFiNINA Firmware Updater

Сетевое взаимодействие для оригинальных плат Arduino всегда было ахиллесовой пятой. Их просто нет в стандартной поставке, а все решения в виде внешних плат настолько ди́ки, что просто пропадает всякое желание их использовать. По этой причине многие используют платы на основе ESP8266, которые дешевле, мощнее и сразу с WiFi на борту. Но итальянцы, да и ардуинщики вообще, ребята упорные, поэтому вместо того, чтобы переходить на нормальные платы, продолжают изобретать очередные ужасы, к которым и относятся WiFi101 и WiFiNINA.

WiFi 101 Shield. Взято откуда-то с просторов сети.

Собственно этот пункт меню предназначен для обновления прошивки и сертификатов соответствующих плат.

Arduino Uno с платой WiFi под библиотеку WiFiNINO

Дичь полнейшая и подобные платы лучше не использовать, так как они до жути непопулярны, стоят дорого, потребляют уйму энергии. В общем, гораздо проще и элегантнее все решается на базе плат семейства ESP. В целом на Arduino присутствует подробный туториал, где разжевано как и что обновляется при помощи данной функции.

ESP Exception Decoder

Плагин для Arduino IDE под непонятным названием ESP Exception Decoder предназначен для более легкой отладки программ под платформу ESP8266. Exception или «исключение» обозначает возникновение ошибочной ситуации которая не была корректно обработана кодом. Например, деление на 0 однозначно вызовет исключение, и работа программы будет прервана. В языке, на котором программируют в Arduino IDE нет возможности использовать блоки try <> catch <>, соответственно работа с исключениями невозможна (точнее по синтаксису он есть, но компилятор его отвергнет, по крайней мере для плат на основе AVR). Программист обязан предусматривать и проверять данные и предупреждать возникновение подобных ситуаций. Иначе результат может быть непредсказуемым.

На первоначальной экосистеме Arduino, построенной на Atmel AVR (об этом опять же дальше) нет места исключениям. И даже несмотря на то, что язык, применяемый для программирования в Arduino IDE есть ни что иное как диалект C++, в нем так же нет исключений и они не поддерживаются компилятором, ибо в AVR нет исключений, слишком там мало места для еще и исключений. Сильно жизнь это не осложняет, просто программы пишутся куда более аккуратно. А вот в экосистеме ESP, в том числе и под Arduino, исключения присутствуют.

И в этом возникает проблема. При возникновении исключительной ситуации, того же деления на 0, микроконтроллер, например, esp8266 выдаст в последовательный порт информацию о возникновении исключения, стек вызовов функций, где оно возникло, сохранит некоторые сведения во внутренней памяти (к ним можно будет обратиться после перезагрузки).

Вот такую вот информацию сохраняет esp8266 после перезагрузки. В этом случае произошла перезагрузка по питанию.

Система в чипах ESP более замороченная, чем в AVR и при возникновении нештатной ситуации выплевывает в последовательный порт некий стек адресов, по которым можно добраться до истинной причины возникновения ошибки. Но выдаются адреса в совсем нечитаемом человеком виде. Чтобы сопоставить строчку в исходном коде с конкретным адресом, выданным в стеке, и был придумал ESP Exception Decoder.

Намеренный вызов исключения на WeMos Mini

После возникновения ошибки необходимо перенести стек в декодировщик и он выдаст «путь» по которому можно дойти до строки в годе где и возникла исключительная ситуация. В некоторых случаях функция исключительно удобная. Ознакомиться с подробной инструкцией по применению декодировщика можно на страничке проекта ESP Arduino Core.

Get Board Info

Пожалуй, самая бесполезная функция, которое позволяет, в некоторых случаях, понять, какая плата подключена к компьютеру для прошивки. В большинстве случаев вы это и так знаете. А если не знаете, то функция отобразит, опять же, в большинстве случаев информацию только об оригинальных платах.

Burn Bootloader

Наконец-то мы начинаем подбираться к действительно интересным пунктам меню. Начнем с пункта загрузки загрузчика (Burn Bootloader). Но для начала попытаемся понять, что такое bootloader и для чего он нужен. В старые далекие ламповые времена тоже существовали программируемые микросхемы. Но программировались они весьма жестким способом. Использовался специальный программатор, в который вставлялась микросхема, происходило таинство, и микросхему можно было использовать в оборудовании.

Сей способ с одной стороны достаточно прост, но с другой он очень неудобен. Ведь чтобы сменить прошивку на уже прошитой микросхеме, если это вообще возможно, ее необходимо вытащить из устройства, установить в программатор и повторить процедуру. Что далеко не всегда возможно, так как микросхема может быть впаянной в плату и без специализированного оборудования достать ее оттуда нельзя или же само устройство летает на спутнике. Именно для этих целей была придумана методика ISP (In-System Programming), что в переводе означает ни что иное как «внутрисхемное программирование». ISP не стоит путать с SPI (Serial Peripheral Interface). ISP это именно внутрисхемная прошивка, а SPI это стандарт взаимодействия между устройствами. И пусть даже вас не вводят в заблуждения сильно похожие разъемы и наименования контактов. ISP и SPI это разные вещи.

В общем случае ISP позволяет программировать микроконтроллер через любой его интерфейс и даже программироваться самостоятельно с изменением своего кода посредством своего собственного же кода. Но для осуществления подобных фокусов требуется некая программа, которая будет сидеть в микроконтроллере и управлять этим программированием. Именно она и называется загрузчиком (bootloader). И именно благодаря ей есть возможность прошивать микроконтроллеры просто подключив их к USB-порту, или же применив простейший программатор на параллельном порту компьютера (у кого они еще остались), а в некоторых случаях обновление прошивки можно загружать вообще по воздуху применяя прием OTA (Over The Air).

Вообще микроконтроллер можно прошить и без загрузчика. Именно для этих целей и предназначен соответствующий пункт в меню Sketch. В этом случае места под ваш скетч в памяти микроконтроллера будет больше. Однако, в последствии уже нельзя будет загрузить обновление прошивки обыкновенным путем. Придется при помощи программатора либо прошить загрузчик, либо далее прошивать прошивку без загрузчиков.

Для Arduino существует несколько вариантов загрузчиков. Стандартный, который прошивается еще при изготовлении платы Arduino, многие не любят. Дескать он притормаживает при загрузке устройства в ожидании передачи данных для прошивки и только спустя десять секунд запускает ваш прошитый скетч. Дело в том, что некоторые платы Arduino, в которых не реализован механизм DTR (Data Terminal Ready) / RTS (Ready To Send) действительно нужно прошивать очень быстро иначе bootloader просто передаст управление той микропрограмме, что уже находится в микропроцессоре. Вот и начали все, кому не лень, модифицировать штатный загрузчик или же писать свой собственный.

Стандартные загрузчики для плат Arduino

Где брать загрузчики? Вообще стандартный загрузчик можно загрузить прямо из Arduino. Для этих целей и предназначен пункт меню Burn Bootloader. А сами загрузчики из стандартной поставки можно найти в папке с установленным Arduino в поддиректории hardware. Если же вы используете платы отличные от Arduino AVR, например, ESP3288, то все дополнительные загрузчики и прочие инструменты можно найти в личном профиле пользователя (AppData\Local).

Загрузчик для плат семейства ESP

Но если вы скачиваете дополнительные загрузчики и хотите установить их в Arduino IDE, то можно использовать папку hardware в вашем каталоге для скетчей. После перезагрузки IDE загрузчики из этой папки так же будут доступны, однако не следует забывать про файл boards.txt который должен присутствовать в подпапках папки hardware. Если у вас вдруг нет текстового редактора или же вы испытываете трудности с редактированием boards.txt то есть решение. Один энтузиаст создал специальную программу Arduino BOARDS.TXT Editor, которая позволяет с легкостью вносить изменения в указанный файл.

Так, где же брать эти самые альтернативные загрузчики? Искать в сети. Поисковики выдают просто немыслимое количество разнообразных вариантов. Для начала можно остановиться на OptiBoot, попробовать калькулятор «формирующий» загрузчик под конкретную плату или начать просматривать ссылки с официальной страницы загрузчиков Arduino.

И подводя промежуточный итог, если нам нужно загрузить прошивку без загрузчика (так для нее останется больше места) в микроконтроллер, то подключаем его к программатору и загружаем прошивку через Sketch – Upload Using Programmer. Если же хотим вернуться к обычной и удобной загрузке скетчей через среду Arduino по USB и без прочих танцев африканских народов, то прошиваем загрузчик обратно (или же мы купили микроконтроллер без загрузчика) уже посредством Tools – Burn Bootloader. В обоих случаях незабываем про корректный выбор платы, программатора и прочих настроек.

И еще раз, если в плате установлен загрузчик, то после перезагрузки платы он первым получит управление, послушает немного выделенные порты в надежде если вдруг там кто-то хочет залить прошивку. Если признаков заливания прошивки нет, то он со спокойной душой передает управление основной программе. А если в плате нет загрузчика, то тогда управление после перезагрузки сразу передается основной программе. Все просто, по крайней мере на пальцах.

AVR и прочие

Для лучшего понимания дальнейшей информации я хочу привести некоторые сведения о самих микроконтроллерах с которых пошло-поехало Arduino. Мы уже знаем, что оригинальные Arduino построены на микроконтроллерах (больших интегральных схемах, которые можно программировать и которые могут работать и сами по себе без внешней обвязки, подавай только напряжение) от компании Atmel (нынче Microchip).

У компании Atmel наработано несколько линеек микроконтроллеров, но нас в первую очередь интересует линейка AVR (кстати, аббревиатура AVR официально никак не расшифровывается), так как именно на ней и построены оригинальные Arduino. Линейка появилась аж в 1996 году и, пожалуй, была одна из первых на рынке предложившей решение, где микроконтроллер и память (ОЗУ и ПЗУ) расположены в рамках одного единственного кристалла. Повторюсь, чтобы система работала достаточно только одной микросхемы AVR на которую подается питание. Все остальное у нее уже есть внутри.

AVR линейка делится на несколько основных групп:

• tinyAVR – с уменьшенным количеством линий ввода-вывода, уменьшенным количеством памяти всех типов, обозначается как ATtinyxxx.
• megaAVR – увеличенное количество памяти всех типов, увеличенное количество линий ввода-вывода, расширенный набор для периферии и тому подобное. Обозначается как ATmegaxxx.
• XMEGA – ко всему увеличенному у megaAVR тут еще увеличили памяти и добавили встроенный контроллер для быстрой работы с памятью. Обозначается как ATxmegaxxx.

Именно микросхемы AVR обеспечивают поддержку таких функций как АЦП, ШИМ, SPI, I2C и прочих. Arduino же просто их использует (хотя с появлением более мощных микроконтроллеров, тех же esp8266, появилась возможность эмуляции вышеназванных функций программным способом).

И вопреки возможности прошивки AVR методом ISP посредством стандарта SPI через установленный загрузчик, для программирования микроконтроллеров применяется великое множество программаторов. Как простых и собираемых на коленке, так и сложных с внешним питанием и обилием всевозможных функций. Но прежде, чем мы перейдем к рассмотрению программаторов следует пояснить еще один момент. При программировании микроконтроллера с использованием внешнего программатора (без использования загрузчика) необходимо четко понимать, что такое fuses или не трогать настройки, связанные с ними, если такого понимания нет. Fuse/фьюзы/предохранительные биты — это настройки внутри микроконтроллера, в частности AVR. Они прошиваются точно так же, при помощи внешнего программатора (без применения ISP). И обычно применяются для настройки самого микроконтроллера, например, можно включить или отключить возможность самопрошивки контроллера, включение или отключение внешнего сброса устройства (и соответственно возможности его прошивки через bootloader), включение и отключение очистки памяти при перепрограммировании чипа и тому подобное. Подробнее ознакомиться с фьюзами можно (и нужно) в документации к конкретному контроллеру. К чипу ATmega328, одному из самых популярных чипов на Arduino, документация доступна на официальном сайте производителя.

Programmer:

Пожалуй, что пункт меню Tools под кодовым названием Programmer является самым таинственным местом всего Arduino IDE. Информации по данному пункту очень мало, и она настолько скудна что может привести к разочарованию даже самого стойкого прагматика. Очевидно, что данный пункт содержит выбор программаторов для программирования плат. И кажется, что одну и ту же плату можно запрограммировать кучей разных способов и программаторов. Но, а что же нам на этот счет говорит документация к Arduino IDE? А она нам вещает о том, что данный пункт меню Tools имеет смысл только при прошивке загрузчика . Во всех остальных случаях используемый «прошивальщик» зашит в тот самый boards.txt, что обсуждался немного ранее. Причем для микроконтроллеров AVR это всегда avrdude, а для ESP это всегда esptool. Кроме того, для плат AVR может применяться, в штатной поставке, целых два различных протокола «закачки» прошивки в микроконтроллер: avr109 и arduino. Разные протоколы, как не сложно догадаться, применяются для разных загрузчиков, установленных в конкретные микроконтроллеры.

В штатной поставке Arduino IDE с подключенной инфраструктурой ESP для прошивки загрузчика можно применить несколько типов программаторов. Кратко пройдемся по ним всем. По факту все AVR в Arduino IDE прошиваются посредством приблуды AVRDUDE (бывший AVRProg) и различия между «программаторами» только в используемом протоколе и настройках AVRDUDE. На текущий момент AVRDUDE поддерживает 39 программаторов, но в Arduino IDE используется только 14. Ознакомиться с настройками каждого из них можно в файле programmers.txt в той самой директории hardware, где складируется файлик boards.txt. Информация по настройкам для каждого из программатора доступна в файле avrdude.conf (располагается обычно в Arduino\hardware\tools\avr\etc) и в куцей документации к самому AVRDUDE.

AVR ISP

AVRISP есть ни что иное как фирменный программатор от Atmel. Он позволят программировать AVR. И похоже, что на этом все. Мне ну далось найти хоть сколько-нибудь достоверной информации про данный программатор, кажется, что он сошел со сцены и осел где-то в дебрях плат у аксакалов еще до появления Интернет.

Отладочная плата Atmel STK500. Фото производителя.

Единственное, что хоть как-то проливает свет на данный программатор, так это то, что он по факту является частью STK500 (такая отладочная плата для AVR от Atmel) версии 1, которая подкачается к компьютеру посредством последовательно порта.

AVRISP mkII

А вот AVRISP mkii является актуальным программатором, подключаемым к USB. По крайней мере о нем есть информация на сайте производителя и большинство безродных программаторов, которые продаются бесчисленными компаниями как раз и являются клонами именно этого программатора.

Фирменный программатор AVRISP mkII. Фото производителя.

Тем не менее, он так же является частью отладочной платы STK500, но уже версии 2, которая подключается к компьютеру уже по интерфейсу USB. Хотя, по отзывам очевидцев и версия 1 может использовать с USB посредством конвертера COM-USB.

USBtinyISP

Это один из программаторов, который можно собрать своими руками, он прост и дешев, а в качестве «сердца» у него используется чип tinyAVR. Вот только возникает вопрос – как же его прошивать, если он сам и предназначен для прошивки AVR?

Тем не менее, программатор поддерживается Arduino IDE и весьма популярен. Программатор был разработан в Нидерландах, но в настоящее время поддерживается AdaFruit.

ArduinoISP и ArduinoISP.org

Что подразумевали под этими двумя программаторами разработчики Arduino IDE остается только гадать, да угадывать. Сайт ArudinoISP.org дает перенаправление на туториал на сайте Arduino.cc по использованию Arduino as ISP. Единственное отличие этих двух от Arduino as ISP только лишь используемый протокол. Вероятно, что они были когда-то собраны в качестве поддержки особого загрузчика, а с течением времени исчезли с лица истории. По крайней мере в документации AVRDUDE никакого упоминания ни про arduinoisp ни про arduinoisporg просто нет.

USBasp

Еще один простой программатор, который можно собрать дома на коленке. И он тоже построен на чипе от Atmel. Проект был развернут немецкий программистом, а затем подхвачен всем миром. Как и с USBtinyISP чип от Atmel для программатора необходимо запрограммировать.

Parallel Programmer

Данный тип программатора считается одним из самый простых, если не самым простым. По сути «параллельный программатор» — распиновка параллельного порта компьютера и соответствующее программное обеспечение.

Для сборки данного программатора требуется компьютер с параллельным интерфейсом (раньше по нему было модно подключать принтеры) и всего три резистора двух номиналов. Подробная схема (от руки) и описание по сборке (с фотографиями) доступна на официальном сайте Arduino.

Arduino as ISP

Поскольку платы Arduino сами по себе являются микроконтроллерами, да еще и с навороченными входами/выходами, то их вполне можно использовать в качестве программаторов.

Для этого в плату Arduino закачивается скетч из примеров под именем ArduinoISP, соединяются проводки (между платой, в которую залит скетч и платой, которую нужно прошить), и прошивается загрузчик (не забываем выбрать программатор Arduino as ISP). Подробная инструкция доступна опять же на странице официального сайта Arduino.

Arduino Gemma

Если подходить формально, то Gemma это не программатор. Это микроскопическая плата от AdaFruit предназначенная для вшивания/встраивания в одежду/обувь. Она лишь частично совместима с Arduino, так как содержит очень мало вводов/выводов. Чтобы подключить ее к USB разработчику пришлось выдумать отдельный загрузчик, и отдельный PID для USB устройства. По этой причине прошивается Gemma как отдельный программатор (в реальности там встроенный USBtiny), имеет отдельный конфиг для AVRDUDE с жестко прописанным bootloader. Другими словами, прошить этой платой ничего нельзя, но зато ее можно прошить саму загрузчиком.

BusPirate as ISP

BusPirate это не только программатор, скорее это не совсем и вовсе не программатор, а одноплатный компьютер специализированный для изучения и программирования новых и неизвестных микропроцессоров. Его конструкция такова, что на одной плате собраны все мыслимые и не очень интерфейсы для исследования того, что же попало к вам в руки. Штука интересная и если вы уж работаете с таким, то должны знать, что с AVRDUDE у компьютера могут быть определенные проблемы, связанные с прошивкой самого BusPirate. Обходятся они, естественно, настройками AVRDUDE и некоторым шаманством с железом.

Atmel STK500 development board

Та самая отладочная плата, что упоминается в AVR ISP и AVR ISP mkII. В Arduino IDE не делается различия между версиями и предполагается, что AVRDUDE самостоятельно определит версию протокола обмена и осуществит самонастройку. Если же этого не происходит, то в programmers.txt нужно четко прописать stk500v1 или stk500v2 в качестве применяемого протокола.

Atmel JTAGICE3 (ISP mode) и Atmel JTAGICE3 (JTAG mode)

JTAGICE3 — современное решение для отладки чипов семейств AVR, SAM и Cortex. Разумеется, только тех чипов, что поддерживают внутричиповую отладку. Попутно эта коробочка еще и программирует их всех.

Atmel JTAGICE3 отладчик/программатор.

Продукт актуальный, у производителя имеется документация. Разница между программаторами только в применяемых протоколах. В ISP режиме применяется протокол JTAG3ISP, а в JTAG просто JTAG3.

Atmel-ICE (AVR)

Так же активный продукт Atmel и его можно купить. Как и JTAGICE3 он позволяет не только производить отладку у чипов, поддерживающих такую функцию, так и программировать их. Для прошивки используется протокол atmelice_isp. В общем использовать программаторы на подобие JTAGICE3 или Atmel-ICE только для прошивки 8-битных микроконтроллеров это как стрелять из пушки по клопам. Слишком уж мощные и дорогие решения для задачи, которая решается куда проще.

Обширное семейство ESP

Выше мы рассмотрели специфику прошивки контроллеров семейства AVR. Но при этом обойти не менее многочисленное и популярное семейство контроллеров ESP было бы просто некрасиво. Тем более, что при выборе одного из семейства, меню Tools значительно увеличивается в объеме. Пройдемся по меню и попробуем понять, что каждый из пунктов увеличенного меню означает. Здесь и далее я рассматриваю SDK ESP версии 2.5.0.

Меню Tools в Arduino IDE при выборе одной из плат семейства ESP.

Часть меню все же остается тем же самым, что и прежде, поэтому излишне повторяться не будем.

Upload speed

Позволяет выбрать скорость, с которой будет происходить загрузка прошивки и других частей в микроконтроллер. Платы семейства ESP могут комплектоваться мегабайтами памяти (в то время как AVR речь идет в лучшем случае о сотнях килобайт) и загрузка на скорости 9600 может занять непростительно долгий отрезок времени.

Поддерживаемые скорости прописываются для каждой из плат индивидуально.

CPU Frequency

Многие платы семейства ESP могут из коробки работать сразу на нескольких частотах. В Arduino регулировать частоту процессора можно при прошивке микроконтроллера. Опять же, доступные варианты указываются для каждой из плат отдельно.

Flash Size

Здесь указывается каким образом разделять всю доступную ПЗУ для хранения кода программы и для файлов. Микроконтроллеры ESP поддерживают память SPIFFS (Serial Peripheral Interface Flash File System). По сути, SPIFFS это файловая система для последовательного доступа. И у программиста есть возможность определить, сколько памяти отводить для файловой системы (туда можно записать, например, HTML-файлы или картинки) и сколько для своего скетча. Но тут есть некоторая тонкость. На текущий момент, насколько мне известно, как минимум платы EPS8266 не могут закачать скетч размерностью более 1 мегабайта. Есть обходные пути, но ведь еще нужно умудриться написать скетч, который в компилированном виде будет занимать более 1 мегабайта. Поэтому рекомендуется использовать как можно больший SPIFF, дабы уменьшить время загрузки скетча.

В тоже самое время есть сведения от потерпевших, что платы ESP32 могут испытывать проблемы связанные с «не хватает места для скетча». Но проблемы эти всего лишь из-за еще сырой поддержки плат EPS32 в инфраструктуре ESP для Arduino.

Debug port

Пункт может принимать значения Disabled, Serial и Serial1. Данная настройка предназначена для вывода отладочной информации в последовательный порт (хотя включить ее можно и программно, например, через Serial.setDebugOutput(true)). Если в скетче инициализируется соответствующий порт (Serial или Serial1), то в него могут выводиться отладочные сообщения, которые не мешают выводу в этот же порт другой информации.

При инициализации и включении вывода отладочной информации рекомендуется устанавливать максимальную скорость работы порта. В противном случае, при большом объеме вывода могут наблюдаться фризы исполнения программы или же сброс буфера вывода. Подробнее о выдаче отладочных сообщений можно прочитать в статье на сайте проекта ESP8266 Core.

У ESP обычно присутствует два последовательных порта. Первый, Serial использует UART0 и GPIO1 (TX) с GPIO3(RX). Второй, Serial1 использует UART1 и только GPIO2 (TX). Соответственно Serial1 не может быть использован на прием. Тем не менее, в обоих случаях есть возможность программного переназначения пинов, как и скорости, четности и прочих характеристик.

Debug Level

Настройка позволяет выделить те отладочные сообщения, которые важны пользователю. Выбор комбинаций оставляют огромное пространство для маневра, но при этом обязательно должна быть включена предыдущая функция.

lwIP Variant

Настройка предназначена для выбора варианта реализации сетевого стека IP. Прошу обратить внимание, тут именно lwIP (lightweight IP), первая буква L, а не i.

Вариант выбора IwIP

По умолчанию используется самый верхний вариант, уменьшающий использование памяти. Но если ваш микроконтроллер активно работает с сетью, то можно пожертвовать памятью и получить наивысшую скорость. Аналогично можно включить поддержку IPv6 или вернуться на стек версии 1.4, где такой поддержки не было вообще. Под features тут понимается всякого рода ICMP, IGMP и прочие навороты, без которых можно обойтись. Основная документация по версии ветки 2.х доступна на сайте разработчика. Постоянно растущий Wiki по теме lwIP доступен на страницах проекта FanDom.

VTables

Под VTables в IDE подразумевается механизм виртуальной таблицы для позднего связывания объектов. Не буду вдаваться в подробности, о них можно задумчиво почитать в Википедии. Остановлюсь лишь на самих доступных опциях, а их всего три:

• Flash – постоянное запоминающее устройство, таблицы хранятся в файловой системе. Метод по умолчанию в репозитарии GitHub.
• Heap – куча, оперативная память предназначенная для динамического выделения памяти.
• IRAM – внутренняя память микроконтроллера.

Понятно, что самый быстрый способ хранения и обработки виртуальных таблиц это IRAM, а самый медленный Flash. Но тут следует так же смотреть на то, как активно работает программа с объектами, есть ли множественное наследование и как часто объекты создаются и уничтожаются. В обычных применениях такая таблица и вовсе может быть статической и отлично проживать на Flash, с другой стороны, она может быть весьма крупной и просто не влезать в IRAM (область ОЗУ для хранения кода программы).

Exceptions

Пункт меню позволяет включить или отключить использование исключительных ситуаций. О них мы уже рассуждали выше, в том числе и в разделе об ESP Exception Decoder. При включении исключений программист в коде уже может использовать структуры try <> catch <>, что увеличивает потребление памяти, но позволяет легче программировать сложные алгоритмы. Напомню, что try-catch будет работать только для плат семейства ESP. Отрадно замечать, что программисты работающие над библиотеками для семейства ESP для Arduino уже начали использовать механизм try <> catch <> в своем коде на GitHub.

Erase Flash

Пункт предлагает стирать внутреннюю память микроконтроллера в следующих пропорциях:

• Only Sketch – стирает только пространство отведенное под скетч. Остальное остается нетронутым.
• Sketch + WiFi Settings – пространство для скетча и настройки WiFi. Дело в том, что при подключении к точке доступа микроконтроллер запоминает параметры подключения и в следующий раз подключается к той же точке быстрее.
• All Flash Contents – стирается все, включая файловую систему.

Прочее по ESP

В заключение статьи хотелось бы добавить, что при прошивке загрузчика в ESP всегда используется прошивальщик esptool. И всегда применяется один и тот же загрузчик eboot. Чтобы пользователь там не выставил в Programmer.

Статья получилась весьма увесистая, но я полагаю, что она даст ответы на некоторые животрепещущие вопросы. Подавляющее большинство информации приходилось искать по крупицам в Сети. Похоже, что с течением времени возрастает сложность даже такого простого инструмента как Arduino IDE и в скором времени может случиться так, что начинающий быстрее плюнет, чем начнет разбираться с мегатоннами документации, техник, приемов и способов, тем более что большинство из них поддерживается энтузиастами, что ведет к повышенному почкованию указанных техник, методик, документаций.

Однако, хочу надеться, что авторы Arduino IDE все же смогут удержать свое творение в приличных рамках и оставить его все таким же легким в освоении инструментом. Заодно хочу им напомнить, что документировать свое творение стоит постоянно иначе получается «не только лишь все, сегодня могут в завтра».

Update: разбираясь глубже с тем как настраивать свои собственные платы или же добавлять новые платы к Arduino IDE, наткнулся на исчерпывающую документацию по этому поводу.