Arduino Uno blink con Atmel Studio 7

Nota
Nonostante l'uso di Atmel Studio non e' possibile effettuare il debug step by step del programma a meno che di non usare un debugger esterno (come Atmel ICE) del costo di circa 100 euro (esistono in vendita dei dispositivi tipo AVRISP Mkii che pero' risultano essere solo dei programmatori e non dei debuggers)

Negli STM32 con STLink invece si ha gia' a disposizione un  programmatore debugger a basso costo (pochi euro)
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Atmel Studio 7 si puo' scaricare dal seguente link

Si crea un progetto GCC C Executable

e si seleziona ATMega 328p

si  va al menu Tools/External tools

Si aggiunge un nuovo tool editando Command ed argomenti con (si deve avere gia' installato Arduino IDE e si fa puntare alle directory)

C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr/bin/avrdude 

-C"C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr/etc/avrdude.conf" -v -patmega328p -carduino -PCOM11 -b115200 -D -Uflash:w:"$(ProjectDir)Debug\$(TargetName).hex":i 

a questo punto si puo' editare main.c con il seguente codice (la programmazione avviene in C)

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#define F_CPU 16000000UL  //frequenza del processore

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


int main(void)
{
DDRB |= 0B00100000;
    while (1) 
    {
PORTB |= 0B00100000;
_delay_ms(1000);
PORTB &= 0B11011111;
_delay_ms(500);
    }
}

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si compila con Build Solution (tasto F7) e si fa l'upload  su Arduino Uno  con Tools/Arduino Uno Bootloader

Ma cosa vuol dire il codice sopra riportato. Si fa riferimento al Data Sheet di AVR Mega328p

DDRB (Data Direction Register= indica come settare le porte digitali (la sigla B indica le porte digitali da 8 a 13, C indica i pin analogici e D indica le porte digitali da 0 a 7) se in lettura od in scrittura

PORTB  invece come settare o leggere la porta

DDRB |= 0B00100000; imposta la porta DDB5 come output (fa un OR sul valore della porta stessa con una maschera)

ma come mai proprio la porta DDB5....perche' nella Arduino Uno e' collegata al Pin D13 a cui e' collegato il led 

dopo di cio' con PORTB (ed una serie di AND ed OR con una maschera binaria) viene settato il valore di DDB5 (e quindi del pin D13) a 0 ed 1

il corrispondente sketch Arduino e' ovviamente

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

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  
  delay(1000);                     
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    
  delay(500);                      
}
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una differenza evidente e' che il codice compilato Arduino IDE e' di 930 bytes mentre il codice C con Atmel Studio e' di soli 176 bytes

Occupazione memoria Arduino Uno

Frugando il lavoro di altri programmatori ho trovato la seguente funzione per Arduino Uno

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int freeRam () {
  extern int __heap_start, *__brkval;
  int v;
  return (int) &v - (__brkval == 0 ? (int) &__heap_start : (int) __brkval);
}
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Da questo link si puo' leggere che la funzione riporta lo spazio di memoria Ram del Atmega328 libero.

Usando questa funzione si puo' osservare come il compilatore ottimizzi il codice. Se per esempio viene dichiarata una stringa ma non viene utilizzata, il compilatore non alloca spazio di memoria per la stringa

Un altro trucco e' il seguente

Serial.print("luca");

occupa 5 byte (4 caratteri + null) mentre

Serial.print(F("luca"));

non occupa spazio in RAM perche' la stringa viene spostata nella flash memory e non nella ram. Questo trucco funziona per le stringhe statiche .. Serial.print(F(variabile_stringa)) usa lo spazio Ram

Lo sketch di seguito riportato indica uno spazio libero di 1819 bytes.
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//char str[] = "Hello, world!";

void setup() {
    Serial.begin(115200);
}


void loop() {
    //Serial.println(str);
    Serial.println(freeRam());
    delay(10000);
}

int freeRam () {
  extern int __heap_start, *__brkval;
  int v;
  return (int) &v - (__brkval == 0 ? (int) &__heap_start : (int) __brkval);
}

Gps Kalman Filter con Arduino Uno

Partendo da questo link volevo provare a testare il filtro Kalman sui dati di un GPS ma privo della contributo di una IMU (come fatto qui)

La libreria Arduino utilizzata (questo il link) e' una conversione di un codice in C originario

Mettendo a confronto la linea blu dei dati non filtrati con quella rossa dei dati filtrati e lasciando ferma l'antenna GPS si osserva che il filtro funziona ma non limita le tipiche fluttuazioni (anche molto significative) del segnale GPS

Questo test e' stato effettuato con due antenne a basso costo: un primo modulo senza marca di derivazione cinese ed una antenna con predisposizione per PixHawk denominata gygpsv5 con a bordo un Ublox NEO6M-V2

Utilizzando il codice scaricato da Internet senza particolari modifiche tutto funzionava con il modulo cinese ma non con Ublox nonostante i messaggi NMEA fossero correttamente ricevuti da Arduino.

Salvando i dati si capisce il motivo

Neo 6P
$GLGSV,3,3,09,88,20,181,*56
$GNGLL,4347.03855,N,01113.80955,E,132645.00,A,A*7C
$GNRMC,132646.00,A,4347.03855,N,01113.80955,E,0.030,,270319,,,A*6B
$GNVTG,,T,,M,0.030,N,0.055,K,A*3E
$GNGGA,132646.00,4347.03855,N,01113.80955,E,1,08,1.35,42.1,M,45.5,M,,*76
$GNGSA,A,3,12,24,25,32,,,,,,,,,2.61,1.35,2.23*1E
$GNGSA,A,3,68,86,77,87,,,,,,,,,2.61,1.35,2.23*12

GPS
$GPGSV,2,2,08,32,33,290,40,14,26,308,23,31,04,310,,34,,,*47
$GPRMC,133332.000,A,4347.0429,N,01113.8140,E,0.21,175.07,270319,,,A*60
$GPGGA,133333.000,4347.0428,N,01113.8140,E,1,5,1.55,36.1,M,47.6,M,,*6E
$GPGSA,A,3,12,25,24,29,32,,,,,,,,1.83,1.55,0.98*00
$GPGSV,2,133,37,25,58,293,33,24,46,141,33,29,37,207,25*75
$GPGSV,2,2,08,32,33,290,39,14,26,308,22,31,04,310,,34,,,*48
$GPRMC,133333.000,A,4347.0428,N,01113.8140,E,0.35,175.07,270319,,,A*65
$GPGGA,133334.000,4347.0427,N,01113.8141,E,1,5,1.55,36.1,M,47.6,M,,*67
$GPGSA,A,3,12,25,24,29,32,,,,,,,,1.83,1.55,0.98*00


Il modulo cinese usa delle frasi NMEA che iniziano per GP***** mentre Ublox usa frasi che usaon un prefisso GN****. La libreria TinyGPS riconosce solo il primo prefisso e quindi non sa come trattare i dati dell'Ublox ...e' stato sufficiente editare la libreria sostituendo le stringhe per rendere compatibile TinyGPS con UBlox.....ma come mai questa differenza

GN e' un prefisso generico che si usa per qualunque sorgenti date (Gps americano, Beidu, Glonass etc) mentre il prefisso GP e' relativo solo al GPS americano. (Glonass per esempio ha il prefisso GL).

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#include <SoftwareSerial.h>
#include <TinyGPS.h>
#include <GPSFilter.h>

#define RXPIN 2
#define TXPIN 3

#define GPSBAUD 9600

TinyGPS gps;
SoftwareSerial uart_gps(RXPIN, TXPIN);

GPSFilter f(2.5);

unsigned long lastUpdate;
unsigned long lastSentence;
float c;

void setup()
{
 Serial.begin(9600);
 uart_gps.begin(GPSBAUD);
 lastSentence = millis();
 lastUpdate = millis();
}


void loop()
{
 while(uart_gps.available()) {    
   char c = uart_gps.read();
    
   if(gps.encode(c)) {
     int year;
     byte month, day, hour, minute, second, hundredths;
     unsigned long age;
     gps.crack_datetime(&year,&month,&day,&hour,&minute,&second,&hundredths,&age); //Get the date from the GPS
     unsigned long date; 
     gps.get_datetime(&date,0,0);
     if(date == TinyGPS::GPS_INVALID_DATE){
        Serial.println(F("Invalid Age"));
         continue;
     }
     if(age == TinyGPS::GPS_INVALID_AGE) {
         Serial.println(F("Waiting for more valid data"));
         continue;
     }
     float latitude, longitude;
     double dlat,dlong;
     gps.f_get_position(&latitude, &longitude);

     double ulat,ulong;
     ulat = (double)latitude;
     ulong = (double)longitude;
     c = (millis() - lastSentence)/1000;
     f.update_velocity2d(ulat,ulong,c);
     lastSentence = millis();
  
     if((millis() - lastUpdate) >= 500 || lastUpdate == NULL){
          f.get_lat_long(&dlat,&dlong);
         Serial.print(latitude,8);
         Serial.print(";");
         Serial.print(longitude,8);
         Serial.print(";");
         Serial.print(dlat,8);
         Serial.print(";");
         Serial.println(dlong,8);     
        
         }
          lastUpdate = millis();
   }
 }
}

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