AVR128DA/DBシリーズとかATMega4809とか使ってみる

●買ったはいいものの肥やしになりそうなのでやるなら今しかねぇ…

昨年末に正統進化系のAVR128DAシリーズを入手しましたがようやくいじる機会が
出来たので紹介します。

AVR128DA48 Curiosity Nanoというキットで購入しました。値段は2000円ちょっとです。

AVR DA/DBファミリーに位置付けられるこの品種はなんと動作電圧1.8V~5.5Vの範囲で
24MHz駆動を保証しておりUARTとかも待望のフラクタルディバイダなんかも装備して
おりなにより過去の品種と比べてもはるかに安価であるという超進化を遂げております。

が、フラッシュメモリアクセス(後述します)とI/Oのトレラントは従来のままなのでもう
ちょっとがむばってほしいですね。


なお今回のブログ記事作成に当たり下記先達のサイトを参考にさせていただきました。
みなぎ様
なんでも独り言様
KemushiComputer様



●最初に立ちはだかるUPDI難民問題
そしてフラッシュの書き込み方式はAVR-0/1系と同じくUPDIというプロトコルに従って
書き込みを行います。これ実態は半二重のUARTなのですがLUFAとか簡単に対応が
できるんじゃないのと思っていたのですがXMEGAのPDIとも勝手が違うらしく、従来の
自作系ライタとは相性が悪くて実装例はあまりなくて普及が進まない状態となっている
と感じております。

でその中でとれる方法は大きく分けて4つ
ヾ冉阿靴ATMELICE/PICKITを買ってMicrochipの開発環境から読み書きする
安価な評価ボード(XPlained/Curiosity)のファームを書き換えてUPDI専用にする
jtag2updiで専用のavrdudeで書き込む
ぜ詑屬枠焼鷭UARTなので仮想COMでせこせこ自作する(pyUPDIとかも一例)


ねむいさんは値段対費用効果が高いと思われる△諒法をとりました。ATTINY202の
時にATTINY104XplainedをUPDIプログラマ化してAvrdudeで書き込んでいます。
い硫樵COM使う方法でavrdudeが対応するのが最良なのですが首を長くして待ってます。
みなぎ氏のサイトではそれに近いことにちゃれんぢされているようですごく期待してます☆
ぁ、なんかいつの間にか薄い本同人のネタにしますって書き換わってる・・・・


avrdudeは現状はAVR128DA/DBなどの128kbフラッシュを持つ品種に対応しておらず、
パッチを充てる必要があります。ちなみにCuriosityNanoにも対応してくれてすごく
助かります♥

avrdudeを使って書いてみたところはこんな感じになります

> "C:¥Devz¥Coreutils¥bin¥make.exe" program
C:/Devz/AVR/avrdude/avrdude -v -p avr128da48 -P usb -c pkobn_updi -U flash:w:main.hex

avrdude: Version 6.3-20171130
Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
Copyright (c) 2007-2014 Joerg Wunsch

System wide configuration file is "C:¥Devz¥AVR¥avrdude¥avrdude.conf"

Using Port : usb
Using Programmer : pkobn_updi
avrdude: Found CMSIS-DAP compliant device, using EDBG protocol
AVR Part : AVR128DA48
Chip Erase delay : 0 us
PAGEL : P00
BS2 : P00
RESET disposition : dedicated
RETRY pulse : SCK
serial program mode : yes
parallel program mode : yes
Timeout : 0
StabDelay : 0
CmdexeDelay : 0
SyncLoops : 0
ByteDelay : 0
PollIndex : 0
PollValue : 0x00
Memory Detail :

Block Poll Page Polled
Memory Type Mode Delay Size Indx Paged Size Size #Pages MinW MaxW ReadBack
----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
signature 0 0 0 0 no 3 0 0 0 0 0x00 0x00
prodsig 0 0 0 0 no 125 125 0 0 0 0x00 0x00
fuses 0 0 0 0 no 9 16 0 0 0 0x00 0x00
fuse0 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse1 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse2 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse4 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse5 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse6 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse7 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse8 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
lock 0 0 0 0 no 4 1 0 0 0 0x00 0x00
data 0 0 0 0 no 0 0 0 0 0 0x00 0x00
flash 0 0 0 0 no 131072 512 0 0 0 0x00 0x00
eeprom 0 0 0 0 no 512 1 0 0 0 0x00 0x00

Programmer Type : JTAGICE3_UPDI
Description : PKOB nano (nEDBG) in UPDI mode
ICE hardware version: 0
ICE firmware version: 1.17 (rel. 514)
Serial number : MCHP3280031800001375
Vtarget : 3.31 V
JTAG clock megaAVR/program: 0 kHz
JTAG clock megaAVR/debug: 0 kHz
JTAG clock Xmega: 0 kHz
PDI clock Xmega : 100 kHz

avrdude: Partial Family_ID returned: " "
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: Device signature = 0x1e9708 (probably avr128da48)
avrdude: NOTE: "flash" memory has been specified, an erase cycle will be performed
To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "main.hex"
avrdude: input file main.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (2462 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.79s

avrdude: 2462 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against main.hex:
avrdude: load data flash data from input file main.hex:
avrdude: input file main.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file main.hex contains 2462 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 0.44s

avrdude: verifying ...
avrdude: 2462 bytes of flash verified

avrdude done. Thank you.


> Process Exit Code: 0
> Time Taken: 00:02



CuriosityNanoに搭載されているnEDBGはpkobn_updiと指定するようですね。
また、Xplainedの時みたいに無理やりファーム書き換えなくてもupdiがそのまま
使用可能なのもうれしいです。これで2000円ちょっとならよい買い物かも!?


●今度はAVR128DB28だ!

さて今度はキット上ではなく別の品種にも書けるか確かめてみました。
AVR128DB28です!!これもかつてのmega8系の上位互換となっていくでしょう。

と思いきやはじめはXplainedから改造したupdiプログラマから書き込み失敗して
焦りました。どうやらCuriosityNanoのファームではないとAVR128DA/DBシリーズの
フラッシュ書き込みに対応していないと考えられます。


CuriosityNanoで書いたところです。
> "C:¥Devz¥Coreutils¥bin¥make.exe" program
C:/Devz/AVR/avrdude/avrdude -v -p avr128db28 -P usb -c pkobn_updi -U flash:w:main.hex

avrdude: Version 6.3-20171130
Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
Copyright (c) 2007-2014 Joerg Wunsch

System wide configuration file is "C:¥Devz¥AVR¥avrdude¥avrdude.conf"

Using Port : usb
Using Programmer : pkobn_updi
avrdude: Found CMSIS-DAP compliant device, using EDBG protocol
AVR Part : AVR128DB28
Chip Erase delay : 0 us
PAGEL : P00
BS2 : P00
RESET disposition : dedicated
RETRY pulse : SCK
serial program mode : yes
parallel program mode : yes
Timeout : 0
StabDelay : 0
CmdexeDelay : 0
SyncLoops : 0
ByteDelay : 0
PollIndex : 0
PollValue : 0x00
Memory Detail :

Block Poll Page Polled
Memory Type Mode Delay Size Indx Paged Size Size #Pages MinW MaxW ReadBack
----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
signature 0 0 0 0 no 3 0 0 0 0 0x00 0x00
prodsig 0 0 0 0 no 125 125 0 0 0 0x00 0x00
fuses 0 0 0 0 no 9 16 0 0 0 0x00 0x00
fuse0 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse1 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse2 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse4 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse5 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse6 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse7 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse8 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
lock 0 0 0 0 no 4 1 0 0 0 0x00 0x00
data 0 0 0 0 no 0 0 0 0 0 0x00 0x00
flash 0 0 0 0 no 131072 512 0 0 0 0x00 0x00
eeprom 0 0 0 0 no 512 1 0 0 0 0x00 0x00

Programmer Type : JTAGICE3_UPDI
Description : PKOB nano (nEDBG) in UPDI mode
ICE hardware version: 0
ICE firmware version: 1.17 (rel. 514)
Serial number : MCHP3280031800001375
Vtarget : 3.31 V
JTAG clock megaAVR/program: 0 kHz
JTAG clock megaAVR/debug: 0 kHz
JTAG clock Xmega: 0 kHz
PDI clock Xmega : 100 kHz

avrdude: Partial Family_ID returned: "AVR "
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: Device signature = 0x1e970e (probably avr128db28)
avrdude: NOTE: "flash" memory has been specified, an erase cycle will be performed
To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "main.hex"
avrdude: input file main.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (2398 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.79s

avrdude: 2398 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against main.hex:
avrdude: load data flash data from input file main.hex:
avrdude: input file main.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file main.hex contains 2398 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 0.43s

avrdude: verifying ...
avrdude: 2398 bytes of flash verified

avrdude done. Thank you.


> Process Exit Code: 0
> Time Taken: 00:02



●最後にATMega4809を試す

こちらは3月くらいに秋月さんから販売されだしたmegaAVR-0シリーズの品種になります。
AVRDA/DBと比べると1世代前の品種になります。こちらもフラッシュ書き込みはUPDIと
なっています。


とりあえずCuriosityNanoで書いてみる
> "C:¥Devz¥Coreutils¥bin¥make.exe" program
C:/Devz/AVR/avrdude/avrdude -v -p atmega4809 -P usb -c pkobn_updi -U flash:w:main.hex

avrdude: Version 6.3-20171130
Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
Copyright (c) 2007-2014 Joerg Wunsch

System wide configuration file is "C:¥Devz¥AVR¥avrdude¥avrdude.conf"

Using Port : usb
Using Programmer : pkobn_updi
avrdude: Found CMSIS-DAP compliant device, using EDBG protocol
AVR Part : ATmega4809
Chip Erase delay : 0 us
PAGEL : P00
BS2 : P00
RESET disposition : dedicated
RETRY pulse : SCK
serial program mode : yes
parallel program mode : yes
Timeout : 0
StabDelay : 0
CmdexeDelay : 0
SyncLoops : 0
ByteDelay : 0
PollIndex : 0
PollValue : 0x00
Memory Detail :

Block Poll Page Polled
Memory Type Mode Delay Size Indx Paged Size Size #Pages MinW MaxW ReadBack
----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
signature 0 0 0 0 no 3 0 0 0 0 0x00 0x00
prodsig 0 0 0 0 no 61 61 0 0 0 0x00 0x00
fuses 0 0 0 0 no 9 10 0 0 0 0x00 0x00
fuse0 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse1 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse2 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse4 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse5 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse6 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse7 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse8 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
lock 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
data 0 0 0 0 no 0 0 0 0 0 0x00 0x00
usersig 0 0 0 0 no 64 64 0 0 0 0x00 0x00
flash 0 0 0 0 no 49152 128 0 0 0 0x00 0x00
eeprom 0 0 0 0 no 256 64 0 0 0 0x00 0x00

Programmer Type : JTAGICE3_UPDI
Description : PKOB nano (nEDBG) in UPDI mode
ICE hardware version: 0
ICE firmware version: 1.17 (rel. 514)
Serial number : MCHP3280031800001375
Vtarget : 3.31 V
JTAG clock megaAVR/program: 0 kHz
JTAG clock megaAVR/debug: 0 kHz
JTAG clock Xmega: 0 kHz
PDI clock Xmega : 100 kHz

avrdude: Partial Family_ID returned: "mega"
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.07s

avrdude: Device signature = 0x1e9651 (probably m4809)
avrdude: NOTE: "flash" memory has been specified, an erase cycle will be performed
To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "main.hex"
avrdude: input file main.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (5344 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 2.07s

avrdude: 5344 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against main.hex:
avrdude: load data flash data from input file main.hex:
avrdude: input file main.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file main.hex contains 5344 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 1.02s

avrdude: verifying ...
avrdude: 5344 bytes of flash verified

avrdude done. Thank you.


> Process Exit Code: 0
> Time Taken: 00:03



最後にファーム入れ替えたXplainedから。えらいにぎやかになりました。
ATmga4809はXplainedでも書けます。
> "C:¥Devz¥Coreutils¥bin¥make.exe" program
C:/Devz/AVR/avrdude/avrdude -v -p atmega4809 -P usb -c xplainedmini_updi -U flash:w:main.hex

avrdude: Version 6.3-20171130
Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
Copyright (c) 2007-2014 Joerg Wunsch

System wide configuration file is "C:¥Devz¥AVR¥avrdude¥avrdude.conf"

Using Port : usb
Using Programmer : xplainedmini_updi
avrdude: Found CMSIS-DAP compliant device, using EDBG protocol
AVR Part : ATmega4809
Chip Erase delay : 0 us
PAGEL : P00
BS2 : P00
RESET disposition : dedicated
RETRY pulse : SCK
serial program mode : yes
parallel program mode : yes
Timeout : 0
StabDelay : 0
CmdexeDelay : 0
SyncLoops : 0
ByteDelay : 0
PollIndex : 0
PollValue : 0x00
Memory Detail :

Block Poll Page Polled
Memory Type Mode Delay Size Indx Paged Size Size #Pages MinW MaxW ReadBack
----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
signature 0 0 0 0 no 3 0 0 0 0 0x00 0x00
prodsig 0 0 0 0 no 61 61 0 0 0 0x00 0x00
fuses 0 0 0 0 no 9 10 0 0 0 0x00 0x00
fuse0 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse1 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse2 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse4 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse5 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse6 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse7 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
fuse8 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
lock 0 0 0 0 no 1 0 0 0 0 0x00 0x00
data 0 0 0 0 no 0 0 0 0 0 0x00 0x00
usersig 0 0 0 0 no 64 64 0 0 0 0x00 0x00
flash 0 0 0 0 no 49152 128 0 0 0 0x00 0x00
eeprom 0 0 0 0 no 256 64 0 0 0 0x00 0x00

Programmer Type : JTAGICE3_UPDI
Description : Atmel AVR XplainedMini in UPDI mode
ICE hardware version: 0
ICE firmware version: 1.13 (rel. 43)
Serial number : ATML2678020200007560
Vtarget : 5.00 V
JTAG clock megaAVR/program: 0 kHz
JTAG clock megaAVR/debug: 0 kHz
JTAG clock Xmega: 0 kHz
PDI clock Xmega : 0 kHz

avrdude: Partial Family_ID returned: "mega"
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.09s

avrdude: Device signature = 0x1e9651 (probably m4809)
avrdude: NOTE: "flash" memory has been specified, an erase cycle will be performed
To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "main.hex"
avrdude: input file main.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (5344 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 1.72s

avrdude: 5344 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against main.hex:
avrdude: load data flash data from input file main.hex:
avrdude: input file main.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file main.hex contains 5344 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 1.38s

avrdude: verifying ...
avrdude: 5344 bytes of flash verified

avrdude done. Thank you.


> Process Exit Code: 0
> Time Taken: 00:04



こんな感じで市販のライタをそのまま流用もしくはファームだけ入れ替えという
アマチュアリズムに反する行為になってしまいましたが2000円ちょっと出して電圧
変換機能付きのUPDIプログラマ買えるのならもうこれでいいかなと思いまし、た!



●残る問題、フラッシュ領域のリードはどうなった?
そういえばMicrochip体制のtinyAVRからフラッシュ領域のアドレスがデータ領域のアドレスに
変換され割り振られPROGMEMを使わなくても一般的なC言語のconstのように定義したら自動的に
コンパイラが割り当ててくれるようになってくれるはずですが実際にアセンブルリストと
照らし合わせてみてみましょう。


まずATMega1284p
main.cのグローバルにconst charの文字列リテラルをPROGMEMとか使わず定義した場合、
フラッシュ領域のアドレス(0x800000以降)に配置されてしまいます。
このままLPMとか使わずに参照してしまった場合はコンパイラがRAMから読み出すような
ルーチンに変えてしまいます。


続いてATMega4809の場合、ごらんのとおりデータ領域のアドレスに配置されるようになり
ます(実際のデータはプログラムアドレス0x800000以降にある)


AVR128DA/DBは御覧の通り従来のAVRと同じになってしまいます。実はATmega4809と違って
制約があり、データ領域は64KB以内のアドレスしか参照できないためさらにI/Oの分も
差っ引かれて実際には最大4832kByte分しか参照できないことからくると考えられます。
まぁこれAVRのアーキテクチャーの宿命なので仕方がないのですけど128kByte分フルに参照
せしめるためには10年前にねむいさんが行った手法でもってしてやないといけません
※みなぎ氏の調査によるとAVR32DAとか32kbの品種だとだと4809と同じようになるそうです。

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