Ditching the Arduino

Wat is Arduino?

• Hardware Boards

• Embedded Software

• Ontwikkelingsomgeving

• Rapid Prototyping

Voor wie is de arduino gemaakt?

Niet voor ons

Is het Arduino platform voldoende?

Nee

Wat is de Arduino niet

Efficiënt

Licht Gewicht

Onthullend

Performant

Programmeertaal

Praktisch Voorbeeld: Memory Usage

#include <Arduino.h>

void setup()
{
    pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop()
{
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(1000);
}
    

#include <avr/io.>
#include <util/delay.h>

int main(void)
{
    DDRB = 1 << 5;
    while (1)
    {
        _delay_ms(500);
        PORTB ^= 1 << 5;
    }
  return 0;
}
    

Praktisch Voorbeeld: Efficiëntie

Snelheid digitalWrite vs bitflip

Arduino is geen taal

Arduino is C/C++

Het Arduino software framework is gebaseerd op wiring

.ino zijn "wannabe" .cpp files

main.cpp

Blink

Om een programma te generen voor een Arduino board is er nog heel wat achterliggend proces nodig. Het framework verstop dit voor ons, zodat we moeilijk een beeld kunnen schetsen van de werking.

Is Arduino geschikt voor ons?

Ja

Maar ...

A great engineer will do for a quarter what a mediocre (at best) engineer takes a dollar to do.

De kostprijs van hardware

Arduino Uno

Kostprijs ≈ 25 euro

Standalone ATmega328p

Kostprijs ≈ 2.5 euro

Wat zijn de voordelen van het Arduino platform

Out of the box features

Snel werkend prototype

Programmeren via USB

Bootloader

Hardware Abstraction Layer

Hardware Abstraction Layer

HAL Is Resuable Code

Reuable Code is Portable

Resuable Code Is Portable

Resuable Code Is Portable

Resuable Code Is Portable

Hardware Abstraction Layer

Arduino is een HAL

Dus de minpunten van een HAL zijn

Niet Efficiënt

Zwaar Gewicht

Limieten capaciteiten

Ter Conclusie:

Arduino is een goed start punt maar we moeten verder met microcontrollers

Wat is er beschikbaar?

Computer Systemen

"Full Stack"

"Bare Metal"

Computer Systemen

Server: Dell R710

Single Board Computer: Raspberry Pi

System on Chip: Diagram

Single Board Computer: Raspberry Pi

Computer Systemen

Een Microcontroller Selecteren?

Selectie Criteria

• Vereisten v/d microcontroller
• Kostprijs
• Beschikbare know-how
• Leveranciers

Selectie Fases

• Producent
• Microcontroller familie
• Type

Selectie Criteria

Selectie Criteria

Volgende Microcontroller?

Selectie Criteria

Arduino Ecosysteem

Programmer

Bootloader Based

Debugger

Niet beschikbaar op de arduino

Software Library

Arduino.h

Wiring

Arduino Ecosysteem

IDE

Java based

Toolchain

AVR GCC

Arduino Ecosysteem

Arduino Boards

Er is veel keus

Afkicken van Arduino

Welke microcontroller gaan we kiezen?

Hoe gaan we dat aanpakken?

• Werking microcontrollers in het algemeen
• Tooling
• Werking van de mcu componenten

We kiezen voor de microcontroller...

ATmega328p

Algemene werking microcontrollers

Microprocessor (CPU)

Het brein

Doet bewerkingen op data

• Haalt data op
• Rekenkundige bewerkingen

Niet standalone

Pheripherals nodig

Zilog Z80 PCB

Standalone Z80 PCB op Eurocard (16cm x 10cm)

Microcontroller

"Standalone"

Meer dan rekenkundige bewerkingen

Afmetingen 8mm x 35mm

Verschil

Z80

ATmega328p

Verschil

3 Soorten Pinnen

Adres pinnen (A0 - A15)

Data pinnen (D0 - D7)

Control pinnen (INT, WR,RD)

Microcontroller

"Standalone"

Meer dan rekenkundige bewerkingen

Afmetingen 8mm x 35mm

Bouwstenen Microcontroller

CPU

ALU

Register File

Program Counter

Stack Pointer

Status & Control

Bouwstenen Microcontroller

Analoge IO

ADC

Comperator

Kwantiseren van data

Digitale IO

HIGH

LOW

Bouwstenen Microcontroller

Timer / Counter

2 - 3 Counter

Timestamping

Event Counters

Interval Metingen

Bouwstenen Microcontroller

Interrupt Controller

Onderbreken van het programma

Speciale hardware interrupts

Intern of Extern

Memory

Program / Data Memory

DMA

Memory Types

Bouwstenen Microcontroller

Seriële Interfaces

UART

I2C

SPI

...

Central Processing Unit

ALU

Register File

Program Counter

Stack Pointer

Status & Control

Wordt aangestuurd mbv een instructieset

Instruction Set

Mnemonics & Opcodes

Opcodes

Operation Code

Bytecode dat de CPU kan interpreteren

Mnemonics

Ezelsbruggetje voor de opcode

Human Readable

ADD | ADC | ADIW | SUB | SUBI | JMP | AND | OR

Wat voor taal hebben we nu beschreven?

Assembly

Instructie Voorbeeld

Instruction Types

Arithmetic

Branch

Data

Instruction Types

Bit

Controle

High Level To Machine Code

Arduino vs C/C++ vs Assembly

Wees gerust we houden het tot C/C++

Arithmetic Logic Unit

In

Status

Opcode

2 Intgers Operands

Out

Status

Integer Resultaat

Arithmetic Logic Unit

In

Status

Opcode

2 Intgers Operands

Out

Status

Integer Resultaat

Register File

Werkgeheugen processor

Snelste memory

Index register

Instructies worden op data vanuit de register file toegepast

Program Counter

Stack Pointer

• Gereserveerd & Opeenvolgend
• Push & Pop
• FILO
• Houdt bij
• Lokaal gedeclareerde variablen
• Return address

Geheugen Types

AVR Geheugen Map

Sketch - Flash

Variablen - SRAM

EEPROM - Alleen maar wanneer aangesproken

Von Neuman Cycle

Fetch-Decode-Execute

3 Fases

1. Fetch: Ophalen Opcde
2. Decode: Decoderen van Opcode
3. Execute Uitvoeren van Opcode

Special Function Register

GPR

• General Purpose Register
• Opslagen van willekeurige data

SFR

• Special Function Register
• Vaste Locatie in het geheugen voor een specifieke functie

Special Function Register