GyverCore for ATmega328

Версия 1.7.0 от 31.08.2019
Быстрое и лёгкое ядро для Arduino IDE с расширенной конфигурацией.
Основано на оригинальном ядре Arduino версии 1.8.9, большинство функций заменены на более быстрые и лёгкие аналоги, убрано всё лишнее и не относящееся к микроконтроллеру ATmega328p, убран почти весь Wiring-мусор, код упрощён и причёсан. Добавлено несколько функций и интересных вариантов компиляции.
Разработано by Александр AlexGyver и Egor 'Nich1con' Zaharov

Установка

Автоматическая

• Открой the Arduino IDE
• Зайди в Файл > Настройки
• Вставь этот адрес в Дополнительные ссылки для менеджера плат:

  https://alexgyver.github.io/package_GyverCore_index.json
  

• Открой Инструменты > Плата > Менеджер плат...
• Подожди загрузку списка
• Листай в самый низ, пока не увидишь GyverCore
• Жми Установка
• Закрой окно
• Выбери плату в Инструменты > Плата > GyverCore > ATmega328/168 based
• Выбери в CPU & BOOT нужный вариант платы (168/328) и загрузчика (optiBoot, old bootloader, without bootloader)
• Выбери частоту (8 MHz / 16 MHz)
• Готово!
• Примечание: файлы ядра находятся по пути C:\Users\Username\AppData\Local\Arduino15\packages\GyverCore\hardware\avr\1.6.0\

Ручная

• Файлы из папки GyverCore в этом репозитории положить по пути C:\Users\Username\AppData\Local\Arduino15\packages\GyverCore\hardware\avr\1.6.0\

Изменения

Облегчено и ускорено

Время выполнения функций, мкс

Функция	Arduino	GyverCore	Быстрее в
millis	1.06 us	1.00 us	-
micros	1.19 us	1.13 us	-
pinMode	2.90 us	0.57 us	5.09
digitalWrite	2.90 us	0.57 us	5.09
digitalRead	2.45 us	0.50 us	4.90
analogWrite	4.15 us	1.13 us	3.67
analogRead	112.01 us	5.41 us	20.70
analogReference	0.00 us	0.00 us	-
attachInterrupt	1.20 us	1.18 us	1.02
detachInterrupt	0.82 us	0.57 us	1.44
tone	5.63 us	2.40 us	2.3

Занимаемое место, Flash, байт

Функция	Arduino	GyverCore	Разница, Flash
millis	26	24	2
micros	24	20	4
pinMode	114	24	90
digitalWrite	200	24	176
digitalRead	190	24	166
analogWrite	406	48	358
analogRead	32	72	-40
analogReference	0	22	-22
attachInterrupt	212	180	32
detachInterrupt	198	150	48
tone	1410	740	670
Serial.begin	1028	166	862
print long	1094	326	768
print string	2100	1484	616
print float	2021	446	1575
parseInt	1030	214	816
readString	2334	1594	740
parseFloat	1070	246	824

Примечание: analogRead и analogReference имеют расширенную функциональность и весят чуть больше
Скетч, состоящий из однократного вызова перечисленных выше функций, занимает

• Ядро Arduino: 3446 байт (11%) Flash / 217 байт (10%) SRAM
• Ядро GyverCore: 1436 байт (4%) Flash / 94 байт (4%) SRAM

Пустой скетч:

• Ядро Arduino: 444 байт (1%) Flash / 9 байт (0%) SRAM
• Ядро GyverCore: 202 байт (0%) Flash / 0 байт (0%) SRAM

Все библиотеки, работа которых зависит от стандартных функций (время, I/O), работают быстрее:

• SPI: отправка байта данных по адресу (опустить latch, отправить адрес, отправить байт, поднять latch) занимает:
  • Стандартное ядро: 14 мкс (71 кГц)
  • GyverCore: 6 мкс (164 кГц)

uart является практически полным аналогом Serial, но весит в разы меньше и работает быстрее. Список функций смотри ниже в Добавлено.

Добавлено

• Расширена подсветка синтаксиса (вплоть до названий регистров и битов)
• Макрос bitToggle(value, bit), инвертирует состояние бита bit в байте value
• Быстрая функция digitalToggle(pin), инвертирует состояние пина
• В самом начале программы вызывается сброс watchdog, что спасёт от bootloop при настройке watchdog на старом загрузчике
• Расширенная генерация ШИМ (все частоты указаны для клока 16 МГц):
  • setPWM_20kHz(byte pin) - установить частоту ШИМ 20 кГц (8 бит) на D пинах 3, 5, 9, 10
  • setPWM_9_10_resolution(boolean resolution) - разрешение ШИМ на D пинах 9 и 10 (для режима 20 кГц): PWM_8BIT / PWM_10BIT
  • setPwmFreqnuency(pin, freq) - установить частоту ШИМ (8 бит) на D пинах 3, 5, 6, 9, 10, 11: PWM_DEFAULT / PWM_8KHZ / PWM_31KHZ
  • setPWM_default(byte pin) - настроить ШИМ по умолчанию
• Расширенная работа с АЦП
  • analogStartConvert(byte pin) - начать преобразование с выбранного пина
  • analogGet() - получить преобразованное значение (между analogStartConvert и analogGet можно выполнять действия, в отличие от ожидания в analogRead())
  • analogPrescaler(uint8_t prescl) - установить предделитель для АЦП (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128) - управляет скоростью работы АЦП (скоростью оцифровки). Prescaler:
    • 2: 3.04 мкс (частота оцифровки 329 000 кГц)
    • 4: 4.72 мкс (частота оцифровки 210 000 кГц)
    • 8: 8.04 мкс (частота оцифровки 125 000 кГц)
    • 16: 15.12 мкс (частота оцифровки 66 100 кГц)
    • 32: 28.04 мкс (частота оцифровки 35 600 кГц)
    • 64: 56.04 мкс (частота оцифровки 17 800 кГц)
    • 128: 112 мкс (частота оцифровки 8 900 Гц)
  • В функции analogRead(pin) вместо пина можно указать INTERNAL (получить значение внутреннего опорного напряжения) или THERMOMETR (получить приблизительную температуру МК). Примечание: нужно установить предделитель 128
• Добавлен очень быстрый и лёгкий UART (аналог классу Serial)
  • uartBegin() - запустить соединение по последовательному порту со скоростью 9600
  • uartBegin(baudrate) - запустить соединение по последовательному порту со скоростью baudrate
  • uartEnd() - выключить сериал
  • uartPeek() - вернуть крайний байт из буфера, не убирая его оттуда
  • uartClear() - очистить буфер
  • uartRead() - вернуть крайний байт из буфера, убрав его оттуда
  • uartWrite(val) - запись в порт
  • uartPrint(val) - печать в порт (числа, строки, char array)
  • uartPrintln(val) - печать в порт с переводом строки
  • uartAvailable() - возвразает true, если в буфере что-то есть
  • uartSetTimeout(val) - установить таймаут для функций парсинга (по умолчанию 100 мс)
  • uartParseInt() - принять целочисленное число
  • uartReadString() - принять строку
  • uartParseFloat() - принять число float
  • uartParsePacket(dataArray) - принять пакет вида $50 60 70; в массив dataArray (смотри пример)

Убарно

Убраны всякие сервисные файлы и прочий хлам, не относящийся к ATmega328 (wifi, USB), почищен код. Ядро полностью совместимо с остальными библиотеками, ничего из стандартных функций не вырезано.

Настройки платы

Bootloader - выбор загрузчика (требует перезаписи загрузчика):

• Старый old bootloader
• Новый с optiBoot, киатйцы тоже потихоньку начинают продавать платы с ним
• Вариант without bootloader для прошивки скетча во всю доступную (32 кБ) память МК

Clock - выбор частоты и источника тактирования (требует перезаписи загрузчика):

• External 16 MHz (стандартный вариант для платы Nano 16 МГц)
• External 8 MHz (стандартный вариант для платы Nano 8 МГц)
• Internal 8 MHz (внутренний генератор: можно работать с голым камнем без кварца)
• Internal 1 MHz (внутренний генератор)
• Internal 128 kHz (внутренний генератор) - загрузчик будет стёрт! Используйте without bootloader!
• Примечания:
  • Функции времени (delay/millis) скорректированы под выбранную частоту
  • После прошивки на частоту 128 кГц дальнейшая загрузка по ISP возможно только с понижением частоты ISP на стороне программатора!

Save EEPROM - сохранять EEPROM после перепрошивки (очистки) камня

• enable - включить
• disable - выключить

Clock Out - на пине D8 (NANO/Mini) будет продублировано тактирование с частотой источника

• disable - выключить
• enable - включить

System timer - преднастройка таймера 0:

• enable - таймер 0 настроен по умолчанию, работают функции времени delay/millis
• disable - вектор прерываний OVF таймера 0 освобождён для пользователя, delay/delayMicroseconds работают, millis/micros - нет
• Примечание: при отключенном таймере 0 функции delay и delayMicroseconds автоматически заменяются на _delay_ms и _delay_us из avr/util.h, а millis и micros заменены на 0

B.O.D. - reset при падении напряжения (требует перезаписи загрузчика):

• disable - отключен
• 1.8V - сброс при напряжении питания ниже 1.7-2.0V
• 2.7V (default) - сброс при напряжении питания ниже 2.5-2.9V
• 4.3V - сброс при напряжении питания ниже 4.1-4.5V

Initialization - инициализация периферии в начале скетча:

• light (beta) - облегчённая инициализация
• default - стандартная инициализация
• disable - инициализация отключена
• Примечание: при отключении инициализации также отвалятся функции времени! Если выбрать millis disabled в System timer - работа задержек будет восстановлена (работает на avr/util.h)

Больше контроля!

Для большего контроля за периферией микроконтроллера рекомендую попробовать следующие наши библиотеки:

• directTimers - полный контроль над таймерами/счётчиками ATmega328
• directADC - полный контроль над АЦП и компаратором ATmega328
• GyverPWM - расширенная генерация ШИМ сигнала со всеми настройками и режимами
• GyverTimer012 - очень простая и лёгкая библиотека для контроля прерываний по таймерам 0/1/2
• GyverWDT - полный контроль за WDT (прерывания, перезагрузка)

Скачать все библиотеки можно из репозитория

Версии

• 1.0.0
• 1.1.0
  • Восстановлена совместимость с некоторыми библиотеками (макросы pinToMask)
  • Добавлен выбор частоты в меню (поддержка 16/8 МГц плат с корректнным временем и портом)
• 1.2.0
  • Возвращён pins_arduino.h, который требуют некоторые библиотеки
• 1.3.0
  • Вовзращены ещё некоторые стандартные костыли, но на вес и эффективность ядра они не влияют
• 1.4.0
  • Восстановлена совместимость между номерами пинов для analogRead (A-пины и цифры)
• 1.5.0
  • Облегчён analogRead
  • Чуть исправлена инициализация watchdog
• 1.6.0
  • Пофикшен INPUT_PULLUP
  • Добавлена расширенная подсветка синтаксиса (регистры и байты)
  • Убрана поддержка ATmega168
  • Изменена логика выбора платы
  • Добавлена поддержка тактирования от внутреннего генератора:
    • 8 МГц
    • 1 МГц (только для without bootloader)
    • 128 кГц (только для without bootloader)
• 1.7.0
  • Облегчена сборка
  • Добавлено корректное время (millis/delay) для частоты 128 кГц
  • Функции millis() и micros() вырезаны при отключении таймера 0 (через меню выбора платы)
  • Функции delay() и delayMicroseconds() работают при отключении таймера 0 (через меню выбора платы)
  • Вывод в порт корректно работает при отключении таймера 0 (через меню выбора платы)
  • Ускорен uart (обычный буфер заменён на циклический) - чтение быстрее в 2 раза!
  • Добавлена настройка BOD (через меню выбора платы)
  • Добавлен Clock Out - вывод тактирования на пин D8 (через меню выбора платы)
  • Добавлена настройка Save EEPROM (через меню выбора платы)
  • Добавлена настройка Initialization отключить инициализацию периферии при старте скетча (через меню выбора платы)