PIC16F145x-Urlader - mehr als nur das!

Am einfachsten nehme man sich einen PC mit Parallelport. Man benötigt:

• Einen 25-poligen SubD-Stecker
• Eine beliebige Diode
• Etwas Draht
• Zweckmäßigerweise eine IC-Fassung
• Das Programm WinPic

Der mir überlassene GALEP-III geht dafür nicht, die Software GALEP32 kennt diesen Mikrocontroller nicht. Blöd.

Da diese Mikrocontroller verhältnismäßig viel Flash-Speicher haben, wird man sie in aller Regel in C programmieren. Will man den Urlader für Anwendungen benutzen, ist folgendes zu beachten:

• Die Konfigurationsbits können nicht geändert werden. Entsprechende #pragma-Anweisungen sind wirkungslos.
• Das Programm muss auf die Startadresse 0x200 verschoben werden, der Interruptvektor liegt bei 0x204. Mit dem Compiler xc8 oder picc erreicht man das mit dem Kommandozeilen-Schalter --codeoffset=200, mit dem neuen Compiler xc8-cc (Juni 2018) mittels -mcodeoffset=200. Mit sdcc: Siehe unten.
• Es steht ½ K×14 bit weniger Kodespeicher zur Verfügung; das ist ¹∕₁₆ des Gesamt-Flash-Speichers.
• Der Befehl reset springt effektiv auf die Adresse 0x200. Das softwaremäßige Anspringen des Urladers erfolgt durch Sprung auf die Adresse 0; dabei muss das Register PCON den Wert 0bxxxx011x haben.

• 170820 Erstausgabe
• 181129 Verzögertes Reset, MCLR-Erkennung nur wenn kein POR
• 181213 Flash-Lesen, Vollzugriff auf User-ID-Bits

• 170915 Erstausgabe
• 181128 Eingebaute Symbole für PIC16F1459
• 181218 Einzelbit-Anzeige/Änderung, Bit-Namen für PIC16F1459, Flash lesen/vergleichen, Ansprung Anwendungsprogramm
• 190110 Flash-Abnutzungszähler in User-ID-Wort 3 (geht bis 16382), wenn keine Vorgabe aus Hex-Datei existiert
• 190110 Fehlermeldung wenn Hex-Datei den Chip-Typ oder Konfigurationseinstellungen enthält, die nicht zum aktuellen Mikrocontroller passen

Um den Startup-Kode zu minimieren oder zu entfernen, muss man an der Zwischen-Assemblerdatei herumfummeln. Es geht wirklich nicht besser! Dort habe ich die Info her. Im Beispiel:

sdcc -mpic14 -p16f1459 --use-non-free -S main.c
sed -e "/^STARTUP/./goto/ d" main.asm > main.a14

Die erste Zeile compiliert die C-Datei zu einer Assemblerdatei (Option "-S"). Diese enthält die folgenden Zeilen:

STARTUP	code 0x0000
	nop
	pagesel __sdcc_gsinit_startup
	goto	__sdcc_gsinit_startup

Tatsächlich enthält also die relozierbare Assemblerdatei "main.asm" einen nicht-relozierbaren Bereich. Dieser muss weg und kann durch einen eigene Startup-Datei ersetzt werden. Das erledigt das sed-Kommando. Dabei ermöglicht die Endung "a14" das Einrichten von Text-Editoren für spezifische Architekturen. sed und awk sind bereits auf dem Computer, wenn man winavr installiert hat: Kleine Utilities (= EXE-Dateien), die keiner Installation bedürfen. Angenehm!

Das nop am Anfang ist für den Debugger reserviert. Benötigt man es nicht, wird an der Adresse 0x0002 Platz für einen weiteren Einsprung, was in Verbindung mit dem obigen Urlader interessant wird. Dazu siehe unten.

Das Programm ohne Startup-Kode kann immer noch lauffähig sein! Allerdings nur wenn es ausschließlich aus main() besteht. Initialisierungsaufgaben werden nicht ausgeführt: Statische Variablen werden nicht initialisiert oder auf Null gesetzt. Ein Unterprogramm würde vor main() aufgerufen und beim anschließenden return abstürzen. Daher ist ein eigener Startup-Kode günstig:

STARTUP code 0
	extern	_main
	pagesel _main
	goto	_main
	end

So wird an Adresse Null ein Sprung zu main() realisiert, egal wo die Funktion im Flash liegt. (pagesel ist einer der neuen Befehle der Enhanced-PICs: Compiliert zu movlp adr>>8, setzt PCLATH.) Das ist schon sehr minimalistisch.

Beide Assemblerdateien werden wie folgt zu einer HEX-Datei zusammengeführt:

gpasm -c main.a14
gpasm -p 16f1459 startup.a14
gplink -o main.hex -C startup.o main.o pic16f1459.lib

Die Option "-C" unterdrückt _cinit-Warnungen. Die Prozessorangabe wird bei "main.a14" nicht benötigt, dort steht sie im Quelltext. Umgebungsvariablen müssen folgendermaßen gesetzt sein:

set SDCC_HOME=c:/programs/pic/sdcc
set GPUTILS_HEADER_PATH=%SDCC_HOME%/header
set GPUTILS_LIB_PATH=%SDCC_HOME%/non-free/lib/pic14
set GPUTILS_LKR_PATH=%SDCC_HOME%/lkr

Jetzt wäre eine brauchbare Listing-Datei zur Kontrolle hilfreich. gpdasm muss man etwas auf die Sprünge helfen, wenn auffindbare Labels eingefügt werden sollen. Dazu muss eine Label-Datei generiert werden. Aus der COD-Datei, die beim Linken entsteht, mittels gpvc. Damit füttert man dann gpdasm, und bearbeitet den Output von gpdasm nochmals, um Leerzeilen und schwachsinnige Kommentarzeilen zu entfernen.

gpvc -s main.cod | awk -- "BEGIN{print \"[CODE]\"} /address$/ {print $1=\"0x\"$3}" > main.ulist
gpdasm -p16f1459 -nt -k main.ulist main.hex | sed -e "/^$/ d" -e "/^;/ d" > main.d14

awk ist um einiges leistungsfähiger als sed. Hier geht es um das Davorsetzen von [CODE] vor die Liste.

Alternativ wäre es möglich, eine MAP-Datei als Ausgangspunkt zu verwenden. Hier stehen auch lokale (statische) Adressen. Ist aber um einiges schwieriger zu filtern.

Eine vernünftige Beschreibung dieser ulist-Datei gibt es nicht, nur eine Beispiel-Datei.

Dazu muss an 2 Stellen angesetzt werden:

• Das Linkerskript muss den Bereich 0..0x1FF sperren.
• Die absoluten Adressen von Reset (0x0000) und Interrupt (0x0004) müssen verschoben werden.

Das Linkerskript, das normalerweise so aussieht:

…
CODEPAGE   NAME=page0      START=0x0     END=0x7FF
CODEPAGE   NAME=page1      START=0x800   END=0xFFF
CODEPAGE   NAME=page2      START=0x1000  END=0x17FF
CODEPAGE   NAME=page3      START=0x1800  END=0x1FFF
CODEPAGE   NAME=.idlocs    START=0x8000  END=0x8003  PROTECTED 
CODEPAGE   NAME=.devid     START=0x8006  END=0x8006  PROTECTED 
CODEPAGE   NAME=.config    START=0x8007  END=0x8008  PROTECTED 
…

wird an der ersten Zeile verdoppelt:

CODEPAGE   NAME=boot       START=0x0     END=0x1FF   PROTECTED
CODEPAGE   NAME=page0      START=0x200   END=0x7FF

Ich habe es kurzerhand im Verzeichnis der Linkerskripte geändert.

Wie man sieht, ist der Kodespeicher in vier Abschnitte (Pages) so aufgeteilt, dass in jedem ein goto oder call lokal funktioniert. Diese Befehle haben 11-Bit-Absolutadressen. Um von einer Page zur anderen zu springen wird movlp benötigt. Nur bei sequenzieller Kode-Abarbeitung sowie beim neuen bra-Befehl (relativer Sprung) wandert man problemlos zwischen den Pages; die Pages werden bedeutungslos.

Die Verschiebung der beiden festen Adressen erfordert das Patchen der Zwischen-Assemblerdateien, wie oben angegeben. Besser geht's leider nicht!

sdcc -mpic14 -p16f1459 --use-non-free -S main.c
sed -e "s/0x0000$/0x0200/" -e "s/0x0004$/0x0204/" main.asm > main.a14

Um einen Einsprung an Adresse 0x0202 für den Urlader-Kode zu ermöglichen, muss der Startup-Kode ersetzt werden. Ungefähr so:

STARTUP code 0x0200
	extern	_main,_usbRx
	pagesel _main
	goto	_main
	pagesel	_usbRx
	goto	_usbRx
	end

Die main.asm wird dann wie folgt bearbeitet:

sdcc -mpic14 -p16f1459 --use-non-free -S main.c
sed -e "/^STARTUP/./goto/ d" -e "/0x0004$/0x0204/" main.asm > main.a14

Das entfernt den Startupkode und verschiebt den Interruptkode. Beides wird wie oben beschrieben zusammengefügt. Das Hauptprogramm muss irgendwo die Funktion usbRx() definieren.

Der Urlader ist so gemacht, dass man die USB-Routinen samt Deskriptoren und Puffer im Anwendungsprogramm wiederverwenden kann. Dazu sind folgende Vorkehrungen zu treffen:

• Die RAM-Bänke 0 und 1 sind für eigene Variablen tabu und durch ein verändertes Linkerskript zu sperren. Die VCP-Routinen benötigen die 160 Byte für Puffer und Verwaltung.
• Einsprungpunkte sind:
  • 0x0001 = usbInit() = Initialisierung der PLL sowie der Pufferspeicher
  • 0x0002 = usbPoll() = zyklisch aufzurufen. Diese Routine beachtet kein Power-Management:
    • USB-Tiefschlaf (= Bei ausbleibenden SOF muss die Stromaufnahme vom USB unter 0,5 mA fallen)
    • Self-Powered Device (= autonome Stromversorgung oder Stützakku) ohne gerade aktiven USB-Anschluss
    • Ladegeräte (die USB D+ und USB D- verbinden, das ergibt SE1)
  • 0x0003 = usbTx(len) = Sendedaten in TxBuf absenden, Länge in W. Diese Funktion blockiert, bis ein vorhergehender Datenblock zum Host übertragen wurde
  • 0x0202 = usbRx(len) = Empfangsdaten liegen in RxBuf bereit, Länge in W (wird von usbPoll() aufgerufen, vom Anwendungsprogramm zu stellen)
• RAM-Adressen sind:
  • byte RxBuf[64] = 0x40..0x6F (48 Byte in Bank 0) + 0xA0..0xAF (16 Byte in Bank 1) = 0x2020..0x205F (linear)
  • byte TxBuf[64] = 0xB0 .. 0xEF (64 Byte in Bank 1) = 0x2060..0x209F (linear)

Zu beachten ist, dass ein Datenpaket von usbTx(len) erst dann bei Windows/Linux ankommt, wenn es kürzer als 64 Byte lang ist. 64-Byte-Pakete werden hingegend von der USB-Treiberschicht zu einem längeren Block zusammengesetzt; ein ReadFile() bzw. read() bleibt blockiert, selbst wenn nur 64 Byte oder weniger gelesen werden sollen, denn das Zerstückeln übernimmt eine andere, höher liegende Treiberschicht. Daher merke: Endet das letzte Paket eines Blocks mit genau 64 Byte, muss ein 0-Byte-Paket zum Abschluss abgesendet werden.

Da (die gesichteten) C-Compiler ein einzelnes Byte-Argument in W übergeben, können usbTx(byte len) und usbRx(byte len) direkt als eine solche Funktion deklariert werden; es wird kein Assembler-Stub benötigt.

Alle Einsprungpunkte liefern nichts, also void.

Für PIC18F2550 und PIC18F25K50 wäre das gleiche zu implementieren. Wegen ihrer 16-Bit-Struktur und der fehlenden Von-Neumannisierung ist das Assemblerprogramm erheblich umzustrukturieren. Andererseits ist deren Urlader-Bereich mit 1 KWord (2 KByte) doppelt so groß, was das zusätzliche Anbieten von HID und/oder WinUSB/WebUSB ermöglicht.

Unter Linux könnte man ja das Python-Skript verwenden, wenn da nicht jedesmal das Problem der fehlenden serial-Bibliothek wäre! Denn üblicherweise geht die Installation nur für Python3, und die gängigen Skripte sind Python2.7. Und Python3 ist zu Python2.7 so gut wie niemals kompatibel! Weniger noch als C und C++!

Unter den vielen vermeintlichen Lösungen fand ich (unter Ubuntu 2022) nur diese funktionierend:

cd /usr/local/lib/python2.7/dist-packages
sudo ln -s ../../python3.8/dist-packages/serial serial

Klar, der Vorschlag war Kopieren, aber ich will immer noch Platz sparen und nicht nur kopieren, daher ln -s = symbolischen Link erstellen.