Bạn có thể lập trình một vi điều khiển mà không cần máy tính?

Giả sử bạn có một bộ vi điều khiển khá đơn giản và nhỏ và không có giao diện, không có máy tính, không có trình gỡ lỗi, trình biên dịch hoặc trình biên dịch. Bạn có thể viết mã của bạn trong lắp ráp, chuyển đổi nó (thủ công) thành mã máy, sau đó cấp nguồn cho các chân thích hợp bằng cách sử dụng nguồn điện áp?

Tôi hiểu bạn sẽ cần I / O và bộ nhớ phù hợp để thực sự làm bất cứ điều gì, nhưng nếu bạn rất có khuynh hướng và có thời gian, bạn có thể làm điều này không? Tôi đoán, trong lịch sử, làm thế nào điều này được thực hiện khi không có máy tính / trình biên dịch / trình biên dịch để bắt đầu? Hãy liên kết tôi với một nguồn tài nguyên bên ngoài. Cảm ơn! :)

Bạn có thể viết mã của bạn trong hội đồng, chuyển đổi nó (thủ công) thành mã máy,

Đúng!
Mã có thể được viết "ra khỏi đầu" trong nhị phân, nếu bạn muốn.
Lâu rồi (lâu rồi) đây là cách tôi bắt đầu sử dụng (sau đó) bộ vi xử lý.
Tôi và bạn bè sẽ viết mã bằng ngôn ngữ lắp ráp, biên dịch thủ công thành mã máy (một số thứ bạn có thể làm "bằng cách kiểm tra" sau một số thực hành) sau đó nhập mã vào bộ xử lý bằng nhiều cách khác nhau. Trên một hệ thống chúng tôi xây dựng, chúng tôi sẽ thiết lập địa chỉ trên các công tắc nhị phân (tắt) hoặc sử dụng tính năng tăng tự động của bộ xử lý, nhập 8 bit dữ liệu trên các công tắc nhị phân và sau đó nhấn công tắc "đồng hồ" để nhập dữ liệu vào bộ nhớ.

Chức năng tương đương có thể đạt được với ít công tắc hơn trên một vi điều khiển hiện đại sử dụng lập trình SPI nối tiếp - xem bên dưới.

... và sau đó cấp nguồn cho các chân thích hợp bằng nguồn điện áp?

Đúng!
Nhưng nó sẽ cực kỳ chậm để làm!
Nhiều bộ vi điều khiển hiện đại cho phép sử dụng giao diện "SPI" để lập trình.
Điều này thường bao gồm các dòng dữ liệu đầu vào và đầu ra và một dòng "đồng hồ" và thường là một dòng thiết lập lại.

Nhiều bộ xử lý cho phép đồng hồ và dữ liệu SPI ở trạng thái "tĩnh", điều đó có nghĩa là không có giới hạn về thời gian bạn có thể mất để thiết lập dữ liệu giữa các bit. Bạn có thể lập trình bộ xử lý như vậy bằng cách sử dụng một dòng dữ liệu và một dòng đồng hồ được điều khiển bởi các công tắc vận hành thủ công. Dòng đồng hồ cần phải "không bị trả lại" - bạn cần có thể đặt mức cao hoặc thấp trong một lần chuyển đổi cho mỗi thao tác - vì vậy một giao diện tối thiểu có thể cần bao gồm một cổng kích hoạt Schmitt. Bạn có thể "thoát khỏi" chỉ với độ trễ RC và công tắc nút nhấn, nhưng đầu vào kích hoạt Schmitt sẽ an toàn hơn. Dòng dữ liệu không cần phải được trả lại miễn phí vì trạng thái của nó chỉ được đọc ở cạnh đồng hồ.

Một số giao diện có tính tương tác - dữ liệu được bộ xử lý xuất ra trong quá trình lập trình (ví dụ: data out = MISO = Master In serial Out trên bộ xử lý AVR). Để đọc điều này, bạn cần thêm ví dụ như đèn LED và điện trở (và chỉ có thể là bộ đệm hoặc bóng bán dẫn nếu khả năng ổ đĩa thực sự thấp).

MC6800:

Từ ký ức bán mờ (gần 40 năm!)

LDI A, $ 7F ...... 86 7F ...... 1000 0110 0111 1111
STA, $ 1234 ...... B7 12 34 ... 1011 0111 0001 0010 0011 0100
LDI X, $ 2734 .. CE 27 34 ... 1100 1110 0010 0111 0011 0100
...

Ban đầu, trong các máy lập trình, các chương trình được bấm thủ công vào băng giấy hoặc thẻ. Sau đó, họ đã sử dụng một loại máy đánh chữ để thực hiện cú đấm, và thậm chí sau đó, các máy tính (như chúng đã được biết đến sau đó) có thể tự đục băng giấy.

Đó là, theo nghĩa đen, ngồi đó với một thẻ và tự tạo lỗ trên đó.

Mỗi cột là một lệnh hoặc bit dữ liệu được giải thích bởi máy trạng thái của CPU để thực hiện các tác vụ.

Bây giờ nếu tất nhiên đó là tất cả bộ nhớ flash, và vâng, việc lấy dữ liệu ở đó ngay từ đầu thường cần một máy tính để làm việc đó. Nhưng điều đó không hoàn toàn đúng 100%.

Rốt cuộc, một lập trình viên máy tính và phần cứng làm gì ngoài việc đặt trạng thái của các chân IO vào đúng thời điểm? Vì vậy, nếu bạn thực sự đủ bạo lực, bạn có thể xây dựng một hệ thống cho phép bạn gửi đúng hướng dẫn đến các chân lập trình của vi điều khiển theo đúng cách để cài đặt một số hướng dẫn vào bộ nhớ flash để thực thi.

Có thể một cái gì đó liên quan đến rất nhiều công tắc, một số thanh ghi ca, bộ tạo đồng hồ, v.v.

Tôi nhớ ở trường đại học, chúng tôi đã có một hệ thống lập trình dựa trên Z80 mới - một đơn vị kích thước của một chiếc vali với Z80, một lượng RAM nhỏ, một loạt màn hình LED 7 đoạn và một dãy công tắc lớn. Lập trình nó bằng cách tải hướng dẫn thủ công vào RAM bằng các công tắc.

Bạn đã nói "vi điều khiển nhỏ và không có giao diện, không có máy tính, không có trình gỡ lỗi, trình biên dịch hoặc trình biên dịch.". Bạn có thể nhận được mà không cần máy tính, trình gỡ lỗi, trình biên dịch hoặc trình biên dịch, nhưng bạn phải có một số loại giao diện để kết nối với vi điều khiển để tải chương trình.

Trước hết, hãy quên bất kỳ ngôn ngữ cấp cao nào như C. Sau đó, cách dễ nhất là viết chương trình của bạn bằng ngôn ngữ hợp ngữ, nhưng không sử dụng trình biên dịch để dịch nó sang mã máy. Thay vào đó, hãy tìm từng hướng dẫn lắp ráp trong hướng dẫn lập trình, tìm mã hex tương đương của chúng và viết nó xuống.

Bạn sẽ phải phân bổ các biến của riêng mình, vì vậy bạn có thể điền các địa chỉ thích hợp vào phần toán hạng của hướng dẫn. Cũng quên sử dụng stack và heap, quá nhiều công việc. Khi hoàn tất, bạn sẽ có một chương trình máy có thể được tải trực tiếp vào bộ nhớ flash của vi điều khiển - cũng không cần trình liên kết.

Do thiếu địa chỉ và dữ liệu bên ngoài trên hầu hết tất cả các bộ vi điều khiển (vì chúng sẽ chiếm quá nhiều chân cần thiết bởi các cổng I / O và các thiết bị ngoại vi), nên hầu như tất cả các bộ vi điều khiển đều được lập trình thông qua một giao diện đặc biệt như thế này:

Thông thường, "lập trình viên" bên trái sẽ được kết nối với PC, sẽ tải xuống tệp máy được tạo bởi trình biên dịch / trình liên kết.

Tuy nhiên, nếu lập trình viên có bàn phím, như bàn bên dưới:

sau đó người ta có thể nhập mã hex cho chương trình được tạo thủ công ngay vào lập trình viên và lập trình thiết bị mà không cần trình biên dịch, trình liên kết hoặc PC, đó là những gì bạn đang tìm hiểu. (Bàn phím cũng được sử dụng để chỉnh sửa các tệp hex và tạo tổng kiểm tra.)

Cấp rất ít lập trình viên có bàn phím như thế này. Điều này sẽ không phù hợp cho một người có sở thích vì nó có thể có giá vài nghìn đô la.

Lập trình viên đặc biệt này lập trình các bộ phận trước khi chúng được đưa lên một bảng; giao diện và ổ cắm có sẵn cho một số PIC và cả Atmel AVR trong số những cái khác.

Là một vấn đề thực tế, một cái gì đó như bật các chân JTAG bằng tay sẽ rất dễ bị lỗi. Để nhập một chương trình có kích thước phù hợp sẽ phải mất hàng ngàn toggles. Nhưng về mặt lý thuyết, nó có thể.

Nếu bạn được phép chuẩn bị vi điều khiển trước (hoặc viết ROM khởi động cho nó), bạn có thể dễ dàng thực hiện một cái gì đó như các công tắc bật tắt bên ngoài được sử dụng trên các máy tính lớn đầu tiên. Nếu bạn cho phép logic bên ngoài, bạn thậm chí có thể sử dụng bàn phím hex để tăng tốc mọi thứ.

Cuối cùng, mặc dù ngày nay nó không phổ biến, bạn có thể mua một bộ vi điều khiển dựa trên ROM có mã tùy chỉnh trong đó. Bạn sẽ phải cung cấp một số tiền trước và đảm bảo một khối lượng nhất định, nhưng tôi đã thấy khách hàng làm điều đó để tiết kiệm tiền cho sản xuất khối lượng cao. Trong trường hợp đó, sẽ không có tín hiệu bên ngoài nào cần thiết để lập trình vi điều khiển cả. Mã sẽ được xây dựng trong bố trí vật lý của chip.

Tất nhiên, bạn cũng có thể sử dụng một vi điều khiển chạy mã ra khỏi giao diện bộ nhớ ngoài, nhưng đó là gian lận. :-)

Chắc chắn rồi. Trên thực tế, khóa học vi xử lý đầu tiên tôi tham gia (khoảng năm 87) đã sử dụng bo mạch Motorola 68000. Chúng tôi sẽ tìm ra mã trong lắp ráp, tra cứu hex cho lắp ráp và nhập hex vào một thiết bị đầu cuối để lập trình bảng. Nếu bạn đã chỉnh sửa, bạn phải đảm bảo mã bạn đặt ngắn hơn mã bạn đang thay thế, sau đó đệm phần còn lại bằng NOP. Nếu coDE dài hơn, bạn sẽ phải gõ lại mọi thứ! Chúng tôi đã học cách thêm nhiều NOP.

Chắc chắn rồi. Khi bạn có định dạng nhị phân của các hướng dẫn thực tế (dễ thực hiện đối với các tập lệnh được chỉ định rõ), tất cả những gì bạn cần là thực hiện giao thức lập trình.

Ví dụ, lấy một cái gì đó nhỏ như một chiếc Tiny Tiny 4 . Phần 14 mô tả chi tiết giao diện lập trình bao gồm giao thức và lớp vật lý. Nó tương đối đơn giản và bạn chỉ cần một vài nút và điện trở kéo lên / xuống để gửi / nhận 1 hoặc 0. Nếu bạn cảm thấy tham vọng, hãy thêm một số đèn LED để đọc lại đầu ra.

Vấn đề cuối cùng còn lại là nếu bạn có thể làm điều đó đủ nhanh, điều may mắn là * đối với AVR Tiny 4 (phần 16), thì nó không có bất kỳ tần suất tối thiểu nào khi lập trình.

* lưu ý: theo như biểu dữ liệu chỉ định. Điều này có thể khác trong thực tế ... Tôi nghi ngờ bất cứ ai đã thử lập trình nó ở tốc độ xung nhịp mHz.

Hãy tự động hóa nó nhiều / ít quá trình như mong muốn. Đây là điều mà hầu hết các thiết bị lập trình đều thực hiện: tự động hóa quy trình.

Bằng bất cứ cách nào bạn nhập chương trình vào uC, bạn đang "giao thoa" với nó, bởi vì đó là những gì có nghĩa là giao thoa. Ngay cả một loạt các công tắc bạn lật bằng tay là một "giao diện".

Vì vậy, tôi sẽ coi câu hỏi này là "làm thế nào để tôi giao tiếp với một uC với phần cứng giao tiếp phần lớn - cơ học (trái ngược với điện tử), và theo cách tuyệt nhất có thể?"

Câu trả lời của tôi là, nhập chương trình dưới dạng cuộn piano. "Thanh theo dõi" cuộn piano từ một cây đàn piano cơ bản cung cấp cho bạn ít nhất 65 bit (tùy thuộc vào định dạng) mà bạn có thể bật và tắt độc lập dựa trên các lỗ đục trên giấy. Phần còn lại là chính xác công việc với một con dao chính xác. Nhưng ít nhất chương trình của bạn, một khi đang chạy, sẽ được lưu trữ vĩnh viễn (phần nào) (không giống như cách tiếp cận thủ công).

Không chỉ có thể lập trình một vi điều khiển mà không cần máy tính, mà bạn thực sự có thể mua một máy tính ngày nay được thiết kế đặc biệt để được lập trình với các công tắc chuyển đổi phần cứng. Bộ này được gọi là Thẻ thành viên , và nó là sự tái tạo của máy tính COSMAC Elf từ những năm 1970. Bộ này đã được mô tả trong một bài báo gần đây trên tạp chí IEEE Spectrum . Cũng có thể lập trình các phiên bản Thẻ thành viên mới hơn từ PC.

Được chứ. Làm thế nào về điều này: bạn viết chương trình trong trình biên dịch chương trình và tự tìm kiếm các opcodes, như đề xuất trước đây. Cách lấy nó trong máy tính: lấy một máy nghe băng cũ, tháo đầu phát lại, nhưng để lại con lăn capct và pinch. Đây sẽ là vận chuyển của bạn. Nếu bạn có một trình phát reel-to-reel, bạn có thể để đầu phát lại tại chỗ.

Sau đó lấy một dải giấy dài và hẹp, hoặc thậm chí tốt hơn, băng trong suốt. Đây là nơi bạn mã hóa chương trình của bạn. Bạn sử dụng nhiều bản nhạc như bạn có chân để lập trình. Trên một bản nhạc, bạn đặt các chấm đen đều đặn; đây là đồng hồ của bạn Trên các bản nhạc khác, bạn đặt các chấm hoặc dải màu đen và để trống theo dữ liệu và tín hiệu. Bạn chiếu ánh sáng vào toàn bộ vật thể và phát hiện nó bằng các phototransistors nhỏ (hoặc chiếu một đèn LED vào băng và phát hiện ánh sáng với các loại khác, tương tự) và điều khiển đồng hồ và các đường tín hiệu bằng bóng bán dẫn. Điều này chiếm một ít không gian trên trình phát băng, đó là lý do tại sao bạn có thể cần phải tháo đầu phát lại.

Tất nhiên bạn cũng có thể mã hóa tín hiệu dưới dạng âm thanh, nhưng việc giải mã sẽ phức tạp hơn một chút. Hoặc bạn có thể phát hiện phản xạ thay vì ánh sáng truyền qua. Hoặc bạn có thể đục lỗ trên băng tối, hoặc băng giấy, thay vì tạo các vết đen trên băng trong suốt. Bất cứ điều gì. Trình phát băng điều khiển băng ở tốc độ không đổi, vì vậy bạn có thể nhập tín hiệu có đồng hồ mà không cần máy tính.

Đúng. Vấn đề chính có thể là tương tác với giao diện lập trình. Nếu bạn có một địa chỉ đơn giản và bus dữ liệu, mọi thứ sẽ dễ dàng hơn một chút. Bạn đã bao giờ nhìn thấy một số máy tính thực sự sớm? Các chương trình được nhập một lệnh tại một thời điểm vào RAM với các công tắc ở mặt trước.

Các máy tính PDP-8 của Thiết bị kỹ thuật số từ hơn 40 năm trước không có khả năng khởi động tự động. Các chương trình thường được tải từ băng giấy đục lỗ nhưng bộ nạp để tải băng giấy phải được nhập thủ công trên các công tắc bảng mặt trước.

Tại các trang web của khách hàng Digital và PDP-8, chẳng hạn như các OEM đã sử dụng chúng làm bộ điều khiển nhúng trong ngày, người dùng không cần phải ghi nhớ các bộ tải khởi động và cạnh tranh với nhau trong thời gian nhanh nhất để vào boot bộ nạp vào máy. Các máy móc đã sử dụng các ký ức lõi từ tính (được xâu chuỗi ở những nơi xa xôi trên thế giới, bởi những quý cô có ngón tay nhỏ xíu, sử dụng kim và dây tóc mảnh).

Do nội dung bộ nhớ từ không biến động, bộ tải khởi động vẫn tồn tại khi tắt nguồn và chỉ cần nhập thủ công sau khi lắp ráp ban đầu, bộ nạp bị xóa bởi lỗi chương trình hoặc chương trình cần sử dụng không gian của bộ tải.

Câu trả lời là có , bạn có thể lập trình bộ điều khiển vi mô mà không cần máy tính, trình gỡ lỗi, v.v. Điều bạn cần là cung cấp các điện áp, dữ liệu, đồng hồ và trình tự lập trình khác nhau được chỉ định bởi nhà sản xuất uC (không phải là một công việc dễ dàng).