ねむいさんのぶろぐ

AVR小ネタたち

今回はAVRマイコンにまつわることをいろいろ試していきます。

●avr-gccが14になっていた
月日の流れは速いものでGCC14が少し前にリリースされていましたが
avr-gccにも適用されております。

Windows向けのものはzakkemble氏の私家ビルド版が利用可能なもの
となっております。正確なバージョンはGCC14.1.0とのこと。

zakkemble氏のビルドはAVR-LibCも2.2.0にアップしており最新の
AVRにも対応しております。もうmicrochipのサイトからDFP拾ってきて
あれやこれややらなくてよくなったのでめっちゃ楽です！

今回のGCC14の目玉はAVR64DD28とかのAVR-Dx,AVR-Ex系でフラッシュ
メモリ領域が64kBを超える品種においてPROGMEMなしで32kByteまで
constデータを配置できるようになったことです。

以前ねむいさんはリンカスクリプトを弄って32kByte分のrodataを
データ領域にマッピングする技をやっていましたがGCC14はデフォルトで
そうするように変更されております。

これでAVR64DD28やAVR128DB28とかでも32kByteまでならPROGMEM
無しでもconstデータを置きまくれることになります…！やった！

しかし…

ねむいさんが過去に公開しているAVR-Dx向けのプロジェクトは無理くそ
リンカスクリプトをいじってマッピングしている奴とぶつかってしまい
GCC14でまともにビルドできなくなってしまいました。
そこで今回後方互換性を保ちつつGCC14でもビルドできるようにmakefile
に仕込みを行いました。

#============================================================================

# Define programs and commands.

SHELL 		= sh

CC 			= avr-gcc

OBJCOPY 	= avr-objcopy

OBJDUMP 	= avr-objdump

SIZE 		= avr-size

NM 			= avr-nm

AVRDUDE 	= avrdude

REMOVE 		= rm -f

REMOVEDIR 	= rm -rf

COPY 		= cp

WINSHELL 	= cmd

# Detect GCC version

GCCVERSION:= $(shell $(CC) -dumpversion)

dot:=.

empty:=

space:= $(empty) $(empty)

GCCVERSION:= $(subst $(dot),$(space), $(GCCVERSION))

GCCMAJOR:= $(word 1, $(GCCVERSION))

GCCMINOR:= $(word 2, $(GCCVERSION))

こういやってGCCのメジャーバージョンをmakefile内で取得して…

# If GCC 14+ Add -mrodata-in-ram to get backward compatibility on AVR uC

ifeq (1,$(shell expr $(GCCMAJOR) ¥>= 14))

 ifneq ($(MCU),avr32da28)

  ifeq ($(USE_SECTOR_MIRROR),SECTOR_MIRRORED)

   CFLAGS += -mrodata-in-ram

  endif

 endif

endif

GCC14でビルドする場合はCFLAGSにrodataのマッピングを無効化する
"-mrodata-in-ram"を付与してGCC13以前と同じようにビルドするように
しております…
せっかく便利な機能ができたのにわざわざ以前の状態に戻すような愚行
をしちゃってますがまぁ時代の変遷の仇花ということで…

ちなみにmakefile中のGCCバージョン取得はこちらの方の記事を参考に
させていただきました！

まぁ新規にプロジェクト作る際は"-mrodata-in-ram"の仕込みは不要な
ようにしたいと思います。
そんなわけでAVR-Dx向けのプロジェクトもGCC14に対応してみましたので
興味ある方は覗いてみてください。

またGCC14では"-fanalyzer"なるオプションも追加されています。
これを有効にすると以下のように問題のある部分を解説してくれます。

Compiling: src/xprintf_avr.c

avr-gcc -c -mmcu=avr128da48 -std=gnu99 -g -gdwarf-2 -Os  -mrelax -mcall-prologues -fno-strict-aliasing -funsigned-char -funsigned-bitfields -ffunction-sections -fdata-sections -fno-common -fanalyzer -fno-split-wide-types -fno-tree-scev-cprop -fpack-struct -fshort-enums -Wall -Wstrict-prototypes --param=min-pagesize=0 -Wa,-adhlns=src/xprintf_avr.lst -DCURIOSITY_NANO -DMPU_SUBMODEL=¥"avr128da48¥" -DAPP_VERSION=¥"W.I.P.¥" -DF_CPU=24000000UL -DSECTOR_SEL=UL -I. -I ./inc -I ./lib/ff -MD src/xprintf_avr.c -o src/xprintf_avr.o

src/xprintf_avr.c: In function 'xvprintf':

src/xprintf_avr.c:131:27: warning: 'va_arg' expected 'char *' but received 'long unsigned int' for variadic argument 1 of 'arp' [CWE-686] [-Wanalyzer-va-arg-type-mismatch]

  131 |                         p = va_arg(arp, char*);

      |                           ^

  'put_dump': events 1-2

    |

    |  247 | void put_dump (

    |      |      ^~~~~~~~

    |      |      |

    |      |      (1) entry to 'put_dump'

    |......

    |  260 |         xprintf(PFSTR("%08lX "), addr);         /* address */

    |      |         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

    |      |         |

    |      |         (2) calling 'xprintf' from 'put_dump' with 1 variadic argument

    |

    +--> 'xprintf': events 3-4

           |

           |  187 | void xprintf (                  /* Put a formatted string to the default device */

           |      |      ^~~~~~~

           |      |      |

           |      |      (3) entry to 'xprintf'

           |......

           |  196 |         xvprintf(fmt, arp);

           |      |         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~

           |      |         |

           |      |         (4) calling 'xvprintf' from 'xprintf'

           |

           +--> 'xvprintf': events 5-8

                  |

                  |   96 | void xvprintf (

                  |      |      ^~~~~~~~

                  |      |      |

                  |      |      (5) entry to 'xvprintf'

                  |......

                  |  108 |                 if (!c) break;                                  /* End of format? */

                  |      |                    ~

                  |      |                    |

                  |      |                    (6) following 'false' branch (when '__result != 0')...

                  |  109 |                 if (c != '%') {                                 /* Pass through it if not a % sequense */

                  |      |                    ~

                  |      |                    |

                  |      |                    (7) ...to here

                  |      |                    (8) following 'false' branch (when '__result == 37')...

                  |

                'xvprintf': event 9

                  |

                  |  113 |                 c = PGM_READ_BYTE(fmt++);       /* Get first char of the sequense */

src/xprintf_avr.c:113:21: note: in expansion of macro 'PGM_READ_BYTE'

                  |  113 |                 c = PGM_READ_BYTE(fmt++);       /* Get first char of the sequense */

                  |      |                     ^~~~~~~~~~~~~

                  |

                'xvprintf': event 10

                  |

                  |  114 |                 if (c == '0') {                                 /* Flag: '0' padded */

                  |      |                    ^

                  |      |                    |

                  |      |                    (10) following 'true' branch (when '__result == 48')...

                  |

                'xvprintf': event 11

                  |

                  |  115 |                         f = 1; c = PGM_READ_BYTE(fmt++);

src/xprintf_avr.c:115:36: note: in expansion of macro 'PGM_READ_BYTE'

                  |  115 |                         f = 1; c = PGM_READ_BYTE(fmt++);

                  |      |                                    ^~~~~~~~~~~~~

                  |

                'xvprintf': events 12-15

                  |

                  |  121 |                 for (w = 0; c >= '0' && c <= '9'; c = PGM_READ_BYTE(fmt++))     /* Minimum width */

                  |      |                             ~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~

                  |      |                                      |

                  |      |                                      (12) following 'false' branch...

                  |  122 |                         w = w * 10 + c - '0';

                  |  123 |                 if (c == 'l' || c == 'L') {             /* Prefix: Size is long int */

                  |      |                    ~                  

                  |      |                    |

                  |      |                    (13) ...to here

                  |......

                  |  126 |                 if (!c) break;                          /* End of format? */

                  |      |                    ~                  

                  |      |                    |

                  |      |                    (14) following 'false' branch (when 'c != 0')...

                  |......

                  |  129 |                 switch (d) {                            /* Type is... */

                  |      |                 ~~~~~~                

                  |      |                 |

                  |      |                 (15) ...to here

                  |

                'xvprintf': event 16

                  |

                  |  131 |                         p = va_arg(arp, char*);

                  |      |                           ^

                  |      |                           |

                  |      |                           (16) 'va_arg' expected 'char *' but received 'long unsigned int' for variadic argument 1 of 'arp'

                  |

とこんな感じに問題の個所を詳細に解説してくれます。

●AVR-EAシリーズを使ってみる

STM32U0マイコン買ったついでに買ったのですがAVR64EA28も買ってみました。
AVR-Dxシリーズとの最大の違いは内部レギュレータが無いので電圧により動作
可能なクロック上限(MAX20MHz)があることです。
どちらかというとAVRTiny-0/1/2シリーズに近いかもしれませんね。

そんなわけでAVR64EA28を使用したプロジェクトもサクっと作ってみましたので
紹介します。1秒ごとにLEDを点滅させつつ内部温度計の現在温度をUARTで送出
するいたってシンプルな構成です。まぁ基本の基本ですね。

ところでAVR-EAとAVR-DDはヒューズ設定でUPDIやRESETピンをGPIOとして使用
できますがGPIO化した状態でUPDIを活性化させるためにはRESETに高電圧(HV)を
印加する必要があります。なおRESETピンの絶対最大定格は9Vのため、ATTINY202
の時みたいに気軽に12Vを印可してしまうと気軽に死にます･･･(AVR-DDも同じ)。

じゃぁ何V加えたらいいのかという話ですがデータシートのどこを見ても私の
脳みそでは適切な電圧はわからず(もちろん9Vもあかんと思います)、UPDIと
RESETピンは無理にGPIOとして使用するのはやめようと思いまし、た！

AVR-EA/EBシリーズに詳しいaskn氏はHVを9Vよりちょっと低い8.2Vと
されているようですね。

20240624追:
AVR64DD28のデータシートが2024年2月付で更新されているのに今更
気づいたのですがRESET高電圧の定義がようやく明確に記されておりました…。

Typ値7.5Vですって…！！
何故こんな重要な情報を何年も公表せず放置していやがったのでしょうか(ﾋﾟｷﾋﾟｷ
AVR-Exシリーズも多分同じ感じでしょうからRESET高電圧は7.5Vくらいを
印加すればうまくいくと思いますがやっぱりUPDIとRESETピンは無理に
GPIOとして使用するのはやめようと思いまし、た！

20240624追:
AVR-EBシリーズもRESET高電圧のTyp値が7.5Vでした…(2023年秋更新)
AVR-EAのデータシートもさっさと更新してほしいんですけぉ！！

●avrdude v7.3リリース！！
☝で書いたAVR-EAシリーズのプログラムができます！！！(HV除く)
最新のパッチを当てたWindows用バイナリを公開しておりますので
どしどしご利用ください！！！！！

●avr-gccのdelay関数の変遷
avr-gccではmSec,uSec単位を待つのに便利な_delay_ms(),_delay_us()
という非常に便利な関数があります。おそらくもっともポピュラーな
関数ですがこの関数もいろんな変遷をたどっています。

①2005年くらい
_delay_ms()は262.14mSec/F_CPU(MHz)まで設定可能。
引数はdoubleなので実数も可能。
F_CPU=8000000(8MHz)の場合、32.7675mSecまでは保証される。

_delay_us()は768uSec/F_CPU(MHz)まで設定可能。
引数はdoubleなので実数も可能。

②2007年くらい
_delay_ms()は262.14mSec/F_CPU(MHz)まで設定可能
それを超えると1/10mSecに精度が落ちるがF_CPUの設定にかかわらず
6.5535Secまで設定可能。

_delay_us()は768uSec/F_CPU(MHz)まで設定可能。
それを超えると_delay_ms()が呼び出される。

③2010年前半くらい
__builtin_avr_delay_cycles()が追加された。
__HAS_DELAY_CYCLEを1にして最適化オプションを-O1以上にすると
__builtin_avr_delay_cycles()が呼び出される。
この場合_delay_ms()は4294967.295mSec/F_CPU(MHz)まで設定が可能になる。
F_CPU=8000000(8MHz)の場合、536870.911875mSecまでは保証される。
それ以上の値を設定した場合0mSecになる。
_delay_us()も4294967.295uSec/F_CPU(MHz)まで設定が可能になる。
それ以上の値を設定した場合0uSecになる。

また、__HAS_DELAY_CYCLEを0にするもしくは最適化オプションを-O0に
した場合は②と同じになる。

13年位前にXMEGA触ったときにこれに引っかかってしまってましたね。
※今では不要な対処法ですが

④2010年後半くらい
コンパイル時に__DELAY_ROUND_DOWN__,__DELAY_ROUND_CLOSEST__の
スイッチ追加。また③の機能は__DELAY_BACKWARD_COMPATIBLE__を
コンパイラに渡すと②と同じになるように変更。

⑤2011年くらい
④に加えて"-fno-hosted"と"-ffreestanding"がコンパイルオプションに
あった場合②と同じになるように変更。

⑥2013年くらい
②の_delay_us()の_delay_ms()を呼び出す仕組みにエンバグされてしまう！

⑦2020年くらい
⑥のバグようやく修正される(が、GCC13まで取り込まれていなかった)

なんと今回のAVR-GCC14くらいまで10年くらいバグが放置されていたの
ですが特殊な使い方をしない限りは誰も踏まなかったと思いますので
たぶん大丈夫だと思いました！
ねむいさんはおもいくそ踏んでしまいました！！１！！！

ちなみに具体的なコードの変遷はこちらで見ることができます。

というわけでごちゃごちゃと書きましたが2024年現在GCC14を使用する
__builtin_avr_delay_cycles()呼び出す方式でdelayしたい場合は…

・"-fno-hosted"と"-ffreestanding"をコンパイルオプションに加えない
・最適化オプションは-O1以上にする

でおっけーです。簡単に見える関数もしっかり中身理解してないと
思わぬところでハマってしまうというお話でした。

今回の修正を加えたねむいさんのAVR系のプロジェクトを更新しましたので
興味がある方はご参考に…
*ATTINY202
*AVR-Dx
*AVR-EA
*ATXMEGA128A1/A1U

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