В связи с нововведениями на сайте, решил наконец-то вылезти из подполья и написать что-нибудь полезное. Ну а поскольку я программирую разные микроконтроллеры (МК) и являюсь фанатом Eclipse, то решил про это и написать. Начну со своей истории знакомства с программированием PIC, а закончу советами тем, кто по долгу службы или в силу увлечения программирует на МК семейства PIC, хотя, впрочем, эти же советы сгодятся и для других архитектур МК.
В среду железячников я попал в 2006 году на 4-м курсе учёбы в университете, когда пошёл на производственную практику в научно-технический центр, где, собственно, и работаю по сей день. В то время в нашей компании мейнстримом было использование Keil uVision2 для МК на базе C51 и ARM. Однако мне подсовывали простые задачи под PIC, вроде контроля и управления одним сигналом (кнопка вкл-выкл), и моей первой средой разработки были блокноты — бумажный и компьютерный, плюс книжки бумажные по PIC. Выглядела моя среда разработки примерно так:
Для компиляции файлов мне выдали экзешник компилятора и bat-файл, который использовался мной совершенно бездумно — даже не знаю, что за компилятор там был. В общем, суровые были времена…
Потом был MPASM, но он убогий и мне про него почти нечего вспоминать. По-моему, под него я также писал в блокноте программки.
MPLAB IDE
По мере совершенствования своих навыков я узнал, что вместо блокнота можно использовать наикрутейшую, как мне тогда казалось, MPLAB IDE:
В её состав входят:
- CC18 и ещё какой-то компилятор, которые можно выбирать в настройках проекта;
- хороший набор библиотечных функций;
- подключаемые inc-файлы описания МК семейства PIC, заточенные под использование в ассемблере;
- встроенный отладчик и программатор;
- Но главное — поддержка языка Си — это был для меня глоток свежего воздуха!
Хотя, если присмотреться к этой среде разработки, её убогость и отсталость могут отпугнуть любого мало-мальски привыкшего к хорошим условиям программиста, но я тогда об этом не знал. Справку по встроенным библиотечным функциям надо открывать отдельно и искать, что, где и как называется. Для новичков — непосильная задача. Тем не менее, на тематических форумах люди до сих пор спрашивают, какой компилятор лучше использовать; кто-то так и продолжает использовать MPLAB IDE.
MikroC
Задачи для PIC мне подкидывали всё реже и реже, начали набирать обороты разработки с МК серии C51, ARM7 (не путать с ARMv7!), Cortex-M. Но иногда ко мне снова обращались за помощью в написании программ под PIC, а я в силу любопытства пробовал новые средства разработки.
К тому времени уже давно и активно программировал в Keil uVision3 — возвращаться к допотопному MBLAB IDE совершенно не хотелось. Так я познакомился с MikroC, который поставляется вместе с программаторами PICKit:
Набор плюшек почти такой же как в MBLAB IDE, но всё же побогаче:
- свой собственный компилятор
- встроенные библиотеки функций с удобным поиском и доступным описанием;
- подключаемые h-файлы описания МК семейства PIC;
- набор дополнительных внешних утилит
- широкий спектр примеров с исходниками
- встроенный отладчик и программатор;
- встроенные вкладки открытых файлов;
- навигация по функциям в файле
Честно, для маленьких простых проектов, которые и составляют основную нишу программ под PIC, этого вполне достаточно. Даже новички нормально разбираются с помощью справки и быстро делают рабочий код. Большинство наших разработчиков, имеющих дело с PIC, используют эту среду при разработке.
Так или иначе, сделав очередной проект в MikroC, я благополучно забыл про PIC'и и думал, что уже никогда к ним не вернусь.
Однако история любит повторяться!
Через 3 года, в 2013 году, появилась задача разработать ПО по готовой КД, в которой был заложен PIC18F4680. Честно, я даже не знал, что среди PIC'ов бывают такие монстры, всегда имел дело только с мелочью!
Задачи были нетривиальные — реализация загрузчика для внутрисхемного обновления ПО, работа в режиме жёсткого реального времени, работа с АЦП, внешними ЦАП, линиями управления, несколькими таймерами-компараторами.
Кстати, немного отвлекаясь от темы: только на этом проекте я в полной мере понял, что такое банки памяти в PIC, как они работают и какие ограничения накладывают на разработку ПО. К примеру, все банки у МК по 256 байт. И хоть убейся, но для PIC нельзя создать структуру, превыщающую по объёму эти 256 байт — ограничение всплыло наружу при реализации протокола обмена, ну да ладно, проехали…
К этому времени Keil uVision3 мне уже изрядно поднадоел, поскольку сложность проектов росла и мне не хватало имевшегося в Keil функционала. Где-то с 2011 года я освоил Eclipse, GCC, синтаксис makefile — и все свои проекты начал вести с использованием этих инструментов. К тому же, у меня уже был опыт применения связки Eclipse + SDCC для реализации проекта под C51 МК. После появления Keil uVision4 я его установил, протестировал пол-часика и снёс, ибо по удобству программирования он всё равно сильно отстаёт от Eclipse.
Eclipse + SDCC
В настоящее время Eclipse де-факто является стандартом в области разработки ПО для встраиваемых систем. Вот список IDE, основанных на Eclipse, от популярных брендов:
- NXP LPCXpresso IDE
- Freescale CodeWarrior
- Xilinx Platform Studio
- Texas Instruments CCS
- Android Development Tools
Автоподстановка, всплывающие подсказки по автодополнению, макросы, затемнение неактивных участков кода, удобная навигация по коду и многое-многое другое, — я не буду всё перечислять, — многие разработчики встраиваемых систем совершенно не привыкли и не знают всех этих плюшек, значительно облегчающих жизнь:
Главной проблемой чистого Eclipse для разработки на C/C++ под МК является сложность вхождения в него железячных программистов, замена привычных инструментов, работающих после установки в 1-2 клика, на какие-то плагины, требующие настройки, или, что ещё хуже, на вручную написанные makefile — всё это требует значительных первоначальных усилий по чтению и изучению документации, поиску помощи и пособий для начинающих в интернете. Говорю как человек, имеющий опыт по переводу команды программистов-железячников на Eclipse.
Однако, за месяц полностью освоив синтаксис и один раз написав качественный makefile, все остальные проекты создаются по накатанному шаблону и требуют лишь минимальной индивидуальной настройки.
Также пришлось сделать ряд дополнительных телодвижений по настройке проектов под PIC — по умолчанию Eclipse понимает синтаксис GCC. Различные макросы и директивы, встроенные в другие компиляторы (будь то СС18 или SDCC), приходится разделять на этапе компиляции и на этапе индексации проекта. Чтобы при навигации в коде редактор не выдавал ложных ошибок на неизвестные директивы, к исходникам проекта подключается файл eclipse-syntax.h:
#ifndef ECLIPSE_SYNTAX_H_
#define ECLIPSE_SYNTAX_H_
// keyword SDCC defined when compiling with SDCC compiler
#ifndef SDCC
#ifdef __SDCC_PIC18F4680
#error "SDCC not found, project compile will be with errors!"
#endif
// file not parsed through makefile - just for proper eclipse syntax
#ifndef __CC18__
#error "__CC18__ not found, use `-D__CC18__` in makefile for proper CC18 compilation!"
#define near
#define far
#define rom
#define ram
#define _asm
#define _endasm
#define Nop()
#define ClrWdt()
#define Sleep()
#define Reset()
#define clrwdt
#define nop
#define __code
#define __data
#define __xdata
#define __sfr
#define __sbit
#define __naked
#define __wparam
#define __bit char
#define __at(num)
#else // __CC18__ defined - compile stage!
#endif // __CC18__
#define __inline
#define __asm
#define __endasm
#define __interrupt(x)
#define INTERRUPT(x)
#define USING(x)
#define CRITICAL
#define CRITICAL_START
#define CRITICAL_END
#define _REENTRANT
#else // if SDCC defined
#define INTERRUPT(x) __shadowregs __interrupt (x)
//#define USING(x) __using (x)
#define USING(x)
#define CRITICAL __critical
#define CRITICAL_START __critical {
#define CRITICAL_END }
#endif // SDCC defined
#endif /* ECLIPSE_SYNTAX_H_ */
Кроме того, в SDCC у меня не получилось слинковать большой проект в готовый бинарник — потребовалось также настроить GPUtils, в состав которого входят gpasm, gpdasm, gplink и скрипты .lkr карт памяти МК PIC. Правда, из-за одного найденного мной бага в SDCC на этапе отладки кода я в итоге вернулся на CC18 компилятор и линковщик. Тем не менее, SDCC и GPUtils были полностью настроены — для страждущих привожу часть makefile, касающуюся опций запускаемых компиляторов и линковщиков CC18, SDCC, GPUtils:
###########################################################
# project-specific compile options
###########################################################
# Project definitions
CHIP = 18F4680
DEFINES := -DPIC$(CHIP)
#DEFINES += -D__SDCC_PIC$(CHIP) # use SDCC compiler
DEFINES += -D__CC18__ # use MPLAB CC18 compiler
#DEFINES += -DOPTIMIZE_BITFIELD_POINTER_GET # SDCC memory optimize for bitfield structures
###########################################################
# common part for all sdcc-based projects
###########################################################
SDCC_BASE = c:/DevTools/SDCC
CC = "$(SDCC_BASE)/bin/sdcc.exe"
LD = "$(SDCC_BASE)/bin/sdcc.exe"
ELF2HEX = "$(SDCC_BASE)/bin/packihx.exe"
HEX2BIN = "$(SDCC_BASE)/bin/makebin.exe"
###########################################################
# common part for all MPLAB MCC18-based projects
###########################################################
MPLAB_BASE = c:/DevTools/CC18
CC_MPLAB = "$(MPLAB_BASE)/bin/mcc18.exe"
AS_MPLAB = $(MPLAB_BASE)/mpasm/mpasmwin.exe
LD_MPLAB = $(MPLAB_BASE)/bin/mplink.exe
###########################################################
# GPUtils used with SDCC for linking project
###########################################################
GPUTILS_BASE = c:/DevTools/GNUPICutils
GPASM = "$(GPUTILS_BASE)/bin/gpasm.exe"
GPDASM = "$(GPUTILS_BASE)/bin/gpdasm.exe"
GPLINK = "$(GPUTILS_BASE)/bin/gplink.exe"
###########################################################
# C preprocessor flags for MPLAB MCC18 compiler
###########################################################
#optimization parameters (default = full optimization)
OPT_ENABLE_ALL := -O+ # Enable all optimizations (default)
OPT_DEBUG :=-Ou- -Ot- -Ob- -Op- -Or- -Od- -Opa-
OPT :=$(OPT_ENABLE_ALL)
#OPT :=$(OPT_DEBUG)
CFLAGS_MPLAB := -p $(CHIP)
CFLAGS_MPLAB += -I $(MPLAB_INC_DIR)
CFLAGS_MPLAB += -nw=2066 # suppress Warning [2066] type qualifier mismatch in assignment
CFLAGS_MPLAB += -ml # Large memory model
CFLAGS_MPLAB += -ls # large stack (can span multiple banks)
#CFLAGS_MPLAB += -scs # Enable default static locals
#CFLAGS_MPLAB += -sco # Enable default overlay locals (statically allocate activation records). Ignored if set --extended
CFLAGS_MPLAB += --extended # generate extended mode code
COMPILE_MPLAB_STRING=$(CC_MPLAB) $(CFLAGS_MPLAB) $< -fo=$@ $(DEFINES) $(OPT)
AFLAGS_MPLAB := /y
AFLAGS_MPLAB += /rDEC # set default radix HEX/DEC/OCT
AFLAGS_MPLAB += /l- # disable listing file
#AFLAGS_MPLAB += /l$(OBJDIR_MPLAB) # enable listing file
AFLAGS_MPLAB += /o # specify path for object files
#AFLAGS_MPLAB += /o$(OBJDIR_MPLAB) # specify path for object files
#AFLAGS_MPLAB += /q # enable quiet mode
AFLAGS_MPLAB += /d__LARGE__ # define symbol
AFLAGS_MPLAB += /p$(CHIP) # set processor type
#ASSEMBLE_MPLAB_STRING=$(AS_MPLAB) $(AFLAGS_MPLAB) %<
# used linker script
LDFLAGS_MPLAB := $(CHIP)_g.lkr
# objects to compile
LDFLAGS_MPLAB += $(OBJS_MPLAB)
LDFLAGS_MPLAB += $(MPLAB_LIBS)
# specify chip for proper linking
LDFLAGS_MPLAB += /p$(CHIP)
# verbose mode operation
#LDFLAGS_MPLAB += /v
# generate report file for stack analysis
LDFLAGS_MPLAB += /g
# generate .LST file and no .COD file
LDFLAGS_MPLAB += /i
# do not invoke MP2COD (no .COD or .LST file)
LDFLAGS_MPLAB += /w
# link MPLAB libs
LDFLAGS_MPLAB += /l $(MPLAB_LIB_DIR)
# generate MAP file
LDFLAGS_MPLAB += /m $(EXEDIR)/$(PROJECT_NAME)_mplab.map
# set output file
LDFLAGS_MPLAB += /o $(EXEDIR)/$(PROJECT_NAME)_mplab.hex
###########################################################
# C preprocessor flags for SDCC v.3.3.0 compiler
###########################################################
# ----- processor selection -----
CFLAGS := -m$(ARCH)
CFLAGS += -p$(CHIP)
# ----- preprocessor options -----
CFLAGS += $(INCS)
CFLAGS += $(DEFINES)
# ----- verbose & dependancy generate -----
# CFLAGS += -M # generate dependencies
# CFLAGS += -E #
# CFLAGS += -C # dont discard comments
CFLAGS += -c # dont link file (i.e. have multiple source files)
CFLAGS += $(DEBUG)
# ----- common settings -----
#CFLAGS += --nostdinc # This will prevent the compiler from passing on the
# default include path to the preprocessor.
#CFLAGS += --nostdlib # This will prevent the compiler from passing on the
# default library path to the linker.
#CFLAGS += --less-pedantic # Disable some of the more pedantic warnings.
CFLAGS += --stack-auto # All functions in the source file will be compiled as reentrant.
# It automatically implies --int-long-reent and --float-reent.
CFLAGS += --int-long-reent # Integer (16 bit) and long (32 bit) libraries have been compiled as reentrant.
CFLAGS += --float-reent # Floating point library is compiled as reentrant.
#CFLAGS += --no-peep
#CFLAGS += --funsigned-char # The default signedness for every type will be unsigned.
#CFLAGS += --cyclomatic # This option will cause the compiler to generate an information
# message for each function in the source file. The message contains
# the number of edges and nodes the compiler detected in the
# control flow graph of the function, and most importantly
# the cyclomatic complexity.
# ----- optimization options -----
#CFLAGS += --nogcse # Will not do global subexpression elimination, this option may be used
# when the compiler creates undesirably large stack/data spaces to store
# compiler temporaries.
#CFLAGS += --noinvariant # Will not do loop invariant optimizations.
#CFLAGS += --noinduction # Will not do loop induction optimizations.
#CFLAGS += --nojtbound # Will not generate boundary condition check when switch statements
# are implemented using jumptables.
#CFLAGS += --noloopreverse # Will not do loop reversal optimization.
#CFLAGS += --nolabelopt # Will not optimize labels (makes the dumpfiles more readable).
CFLAGS += --nooverlay # The compiler will not overlay parameters and local variables of any function.
CFLAGS += --peep-asm # Pass the inline assembler code through the peep hole optimizer.
#CFLAGS += --opt-code-speed # Optimize for code speed rather than size
#CFLAGS += --opt-code-size # Optimize for code size rather than speed
CFLAGS += --fomit-frame-pointer # Frame pointer will be omitted when the function uses
# no local variables.
CFLAGS += --use-non-free # Search / include non-free licensed libraries and header files
# ----- special options for pic16 port of SDCC -----
CFLAGS += --pstack-model=large # use stack model 'small' (default) or 'large'
# don't use extended instruction set - SDCCman, $4.6.20.1 Known Bugs
#CFLAGS += -y --extended # enable Extended Instruction Set/Literal Offset Addressing mode
#CFLAGS += --pno-banksel # do not generate BANKSEL assembler directives
CFLAGS += --obanksel=2 # set banksel optimization level (default=0 no)
CFLAGS += --denable-peeps # explicit enable of peepholes
CFLAGS += --no-optimize-goto # do NOT use (conditional) BRA instead of GOTO
CFLAGS += --optimize-cmp # try to optimize some compares
CFLAGS += --optimize-df # thoroughly analyze data flow (memory and time intensive!)
#CFLAGS += --preplace-udata-with=udata_shr # Place udata variables at another section: udata_acs, udata_ovr, udata_shr
#CFLAGS += --ivt-loc= # Set address of interrupt vector table.
#CFLAGS += --nodefaultlibs # do not link default libraries when linking
#CFLAGS += --use-crt= # use <crt-o> run-time initialization module
#CFLAGS += --no-crt # do not link any default run-time initialization module
#CFLAGS += --mplab-comp # enable compatibility mode for MPLAB utilities (MPASM/MPLINK)
#CFLAGS += --asm= # Use alternative assembler
#CFLAGS += --link= # Use alternative linker
CFLAGS += --debug-xtra # show more debug info in assembly output
CFLAGS += --debug-ralloc # dump register allocator debug file *.d
CFLAGS += --pcode-verbose # dump pcode related info
CFLAGS += --calltree # dump call tree in .calltree file
#CFLAGS += --gstack # trace stack pointer push/pop to overflow
###########################################################
# linker flags
###########################################################
#gputils (GNU PIC Utils) used to link objects and libs.
GPLINK_FLAGS = -c -m -w -r -I $(LIBDIR) -s $(GPUTILS_BASE)/lkr/$(CHIP)_g.lkr
#SDCC linker not used
#LDFLAGS := -m$(ARCH)
#LDFLAGS += $(DEBUG)
#LDFLAGS += --profile
#LDFLAGS += --code-size $(FLASH_SIZE) # Code Segment size
#LDFLAGS += --code-loc $(FLASH_LOC) # The start location of the code location, default value is 0
#LDFLAGS += --iram-size $(IRAM_SIZE) # Internal Ram size
#LDFLAGS += --xram-loc $(XRAM_LOC) # The start location of the external ram, default value is 0
#LDFLAGS += --xram-size $(XRAM_SIZE) # External Ram size
#LDFLAGS += --stack-loc $(STACK_LOC) # By default the stack is placed after the data segment.
# Using this option the stack can be placed anywhere in the
# internal memory space of the 8051.
##############################################################################
# MPLAB CC18 compiler - linker
$(HEX_MPLAB): $(OBJS_MPLAB) Makefile
@echo "--- CC18 Linking objects to $(HEX_MPLAB) ..."
@$(LD_MPLAB) $(LDFLAGS_MPLAB)
##############################################################################
# SDCC compiler - linker
$(HEX): $(OBJS) Makefile
@echo "--- SDCC Linking objects to $(HEX) ..."
$(GPLINK) $(GPLINK_FLAGS) -o $(HEX) $(OBJS) $(LIBS)
$(GPDASM) -p$(CHIP) $(HEX) > $(DASM)
Эпилог
Как видно, в итоге я пришёл к использованию связки Eclipse с внешними компиляторами. Изучение опций компиляции — дело нужное и не столь сложное, чтобы просто так от него отказываться — любой программист сможет их изучить и применить при необходимости. Думаю, в итоге у меня получилась идеальная связка, доступная на сегодняшний день для создания проектов под PIC.
Собирая воедино все средства разработки, вот список компиляторов, которыми я пользуюсь в связке с Eclipse и получаю от этого истинное удовольствие при программировании:
- CC18 для PIC
- SDCC для C51
- gnu-arm-embedded для ARM7 и Cortex-M
- MinGW для x86
Очевидно, при необходимости список может легко дополняться.
Надеюсь, прочитав мою историю, кто-то решится наконец для себя сойти со старых IDE и освоить новые.
Дерзайте!
Автор: