設(shè)置Linduino、Visual Micro和Atmel-ICE進行硬件調(diào)試

作者：Dan Eddleman and Malavika Sajikumar

Linduino 是凌力爾特的 Arduino 兼容系統(tǒng)，用于向凌力爾特集成電路的客戶分發(fā)固件庫和示例代碼。該設(shè)計基于Arduino Uno，使用Atmel ATmega328處理器，同時增加了14針QuikEval。?可插入近 100 個子板的連接器。這些電路板展示了凌力爾特的部件，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、高壓功率監(jiān)控器、溫度測量設(shè)備、射頻合成器、電池組監(jiān)控器等。

最初的Arduino Uno（可從 www.arduino.cc 獲得）包括一個很少使用的功能，使其能夠在切割PCB上的銅跡線后與Atmel硬件調(diào)試器配對。在此模式下，圍繞 Microsoft Visual Studio 構(gòu)建的免費提供的 Atmel Studio 開發(fā)環(huán)境支持廣泛的調(diào)試功能，包括逐行代碼單步執(zhí)行、斷點支持和輕松查看變量值的功能。不幸的是，在Arduino Uno的PCB走線被切斷后，只有硬件調(diào)試器才能將新固件（草圖）加載到Arduino Uno;標(biāo)準Arduino IDE通過USB電纜加載新固件的能力將丟失，直到用一點焊料重新連接走線。

當(dāng)我在2013年設(shè)計Linduino時，我增加了一個規(guī)定，讓用戶可以焊接一個3引腳針座，這樣就可以隨時在正常操作和支持硬件調(diào)試器的操作之間進行選擇，而無需進一步焊接。

雖然 Arduino IDE 是一個絕佳的環(huán)境，讓用戶在 10 分鐘內(nèi)啟動并運行凌力爾特演示板和示例代碼，但其簡單性是有代價的。它不提供更高級的 IDE 的功能，例如實時調(diào)試代碼的功能。當(dāng)我在 Linduino 上開發(fā)自己的代碼時，我會使用 Atmel Studio 和 Atmel-ICE 硬件調(diào)試器。到目前為止，將 Arduino 草圖轉(zhuǎn)換為可以使用硬件調(diào)試器進行調(diào)試的 Atmel Studio 項目是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程。

最近，Atmel Studio 的 Visual Micro 加載項簡化了此過程，因此我創(chuàng)建了本教程，以展示將 Linduino（或 Arduino）草圖轉(zhuǎn)換為可以使用 Atmel-ICE 硬件調(diào)試器進行調(diào)試的表單所需的步驟。這篇博客的長度可能令人生畏，但過程相當(dāng)簡單，我已經(jīng)努力從頭到尾包含所有步驟。

話雖如此，我不會向全新的Arduino用戶推薦此過程。如果您編寫的代碼少于 100 行，Arduino IDE 很簡單，而且可以正常工作。隨著代碼越來越大，并且您接受調(diào)試代碼所花費的時間比編寫代碼所花費的時間更多，您將欣賞硬件調(diào)試器提供的功能。但是，請理解，如果您錯誤地覆蓋了Linduino的引導(dǎo)加載程序，您可能會使Linduino變磚。引導(dǎo)加載程序可以使用 Atmel-ICE 恢復(fù)，因此 Linduino 并不是真正的磚砌，但如果您是不熟悉術(shù)語引導(dǎo)加載程序的新手用戶，這可能不適合您。

安裝 Linduino Library 和 Arduino IDE

在此處下載林杜伊諾圖書館

圖1.下載林杜伊諾圖書館。

下載完成后，打開包含 *.zip 文件的文件夾，然后右鍵單擊 LTsketchbook.zip將內(nèi)容提取到用戶的“文檔”文件夾中，如下所示。

圖2.從LT素描本中提取內(nèi)容。

圖3.用戶文檔文件夾。

在LTsketchbook.zip提取時，下載Windows Installer for Arduino IDE版本1.6.7。在編寫本文時，最新版本 1.6.10 和 1.6.11 無法使用此調(diào)試方法正常工作。

圖4.Arduino IDE.

下載完成后，運行 Windows 安裝程序并接受所有默認設(shè)置。安裝完成后，打開Arduino應(yīng)用程序并選擇文件→首選項。

圖5.打開 Arduino。

按“素描簿位置”旁邊的“瀏覽”按鈕，然后選擇新提取的 LT素描簿文件夾。此外，在“在檢查編譯和上傳期間顯示詳細輸出”旁邊，然后按“確定”。

圖6.提取的LT素描本。

選擇素描本→實用工具→MyBlink

圖7.我的眨眼。

圖8.我的眨眼上傳。

將Linduino連接到USB端口，如果出現(xiàn)提示，則允許安裝驅(qū)動程序。然后，選擇“工具→端口→COMx”，其中 COMx 對應(yīng)于已分配給 Linduino 的 COM 端口。在下圖中，它是 COM3。如果列出了多個端口，則可能很難確定哪個端口對應(yīng)于您的Linduino。在這種情況下，請斷開 Linduino 的連接，然后再次選擇“工具→端口”以查看已刪除的 COM 端口。重新連接 Linduino 并選擇該端口。

圖9.Linduino 到 USB 端口。

接下來，按箭頭按鈕編譯并上傳到林杜伊諾。完成后，您將在Arduino IDE中看到“完成上傳”消息，Linduino的LED將開始閃爍。

圖 10.編譯并上傳我的眨眼。

配置視覺微

請仔細遵循接下來的幾個步驟，即使您尚未完全了解其目的。這些步驟對于 Visual Micro 的正確操作非常重要，原因?qū)⒃陂_始使用硬件調(diào)試器后變得清晰。

關(guān)閉所有打開的Arduino IDE應(yīng)用程序。使用 Windows 文件資源管理器，導(dǎo)航到 Documents/LTsketchbook/Utilities/MyBlink。在該文件夾中，將 MyBlink.ino 復(fù)制到 MyBlink.cpp。

圖 11.復(fù)制MyBlink.ino。

接下來，從MyBlink.ino中刪除所有內(nèi)容并將其保留為空文件。清除內(nèi)容的最簡單方法是雙擊 MyBlink.ino .Arduino IDE使用MyBlink打開MyBlink.ino.cpp在第二個選項卡中加載。清除MyBlink.ino的所有內(nèi)容（鍵入Ctrl-A并按鍵盤上的刪除）。保存文件，然后再次按上傳箭頭。MyBlink.cpp的內(nèi)容將被編譯并上傳到Linduino中。

雖然這里沒有顯示，但最好在 MyBlink.ino 文件中添加注釋。

/* 此文件 MyBlink.ino 故意留空，代碼已移至 MyBlink.cpp。從 ino 文件中刪除所有代碼允許此項目與 Arduino IDE 和 Atmel Studio、Visual Micro 加載項和硬件調(diào)試器正常工作。*/

圖 12.編譯并上傳了MyBlink.cpp。

關(guān)閉 Arduino IDE 并下載 Atmel Studio Web 安裝程序。

圖 13.愛特梅爾工作室安裝程序。

運行安裝程序并接受所有默認值。安裝程序可能需要很長時間才能完成，可能需要一個小時或更長時間。如果 Atmel Studio 提示需要某些 Windows 更新，請嘗試使用其提供的鏈接安裝更新。

Atmel Studio 安裝完成后，打開 Atmel Studio 并選擇“工具→擴展和更新”。

圖 14.擴展和更新。

從“擴展和更新”窗口的左側(cè)面板中，選擇“可用下載→全部”。從中央面板中，下載并安裝 Atmel Studio 7 的 Arduino IDE。Atmel Studio 可能會要求您注冊一個帳戶。完成后，按“立即重新啟動”按鈕。

圖 15.Arduino IDE for Atmel Studio 7.

Atmel Studio 重新啟動后，將打開一個 Visual Micro 配置窗口，該窗口由上一步中用于 Atmel Studio 7 擴展的 Arduino IDE 安裝。接受默認值。將草圖位置和電路板管理器字段留空，然后按確定 如果配置窗口未自動打開，請選擇 vMicro→IDE 并從下拉菜單中選擇配置管理器。

圖 16.接受默認值。

此時，Arduino IDE和Atmel Studio已經(jīng)安裝了許多USB驅(qū)動程序。我建議重新啟動 Windows 以確保正確注冊所有新驅(qū)動程序。

重新啟動 Windows 后，將 Atmel-ICE3 的電纜插入 USB 端口。您將看到一條消息，指出正在設(shè)置新設(shè)備。

圖 17.設(shè)備設(shè)置安裝。

修改林杜伊諾進行硬件調(diào)試

如果尚未修改，這將是修改Linduino以進行硬件調(diào)試的好時機。拔下Linduino上的所有連接，將其翻轉(zhuǎn)并剪切如下所示的痕跡。

圖 18.切斷痕跡。

圖 19.剪切跟蹤細節(jié)。

然后，將 1mm 3 針接頭焊接到 Linduino 中，并在未標(biāo)有 NORM 的引腳上放置跳線。

當(dāng)跳線處于如下所示的位置時，Linduino 處于調(diào)試模式，需要硬件調(diào)試器和 Atmel Studio 對 Linduino 進行編程。Arduino IDE將無法在調(diào)試模式下對Linduino進行編程。當(dāng)跳線處于NORM位置時，Linduino將與Arduino IDE一起正常工作，但硬件調(diào)試器則不能正常工作。如果沒有可用的 1mm 3 針接頭，上面顯示的切割將啟用調(diào)試模式。焊接在切口或跳線孔上的 NORM 引腳將重新啟用正常工作。

圖 20.焊接在 NORM 引腳上。

圖 21.JTAGICE3 連接器。

按如下所示的方向?qū)?Atmel-ICE 的 6 針連接器插入 Linduino 的 6 針 ISP 接頭上。

圖 22.Atmel-ICE 的 6 針連接器位于 Linduino 的 6 針 ISP 接頭上。

對于那些熟悉Arduino電路和操作的人來說，在調(diào)試模式下，ATmega328P的RESET引腳用于傳輸有關(guān)內(nèi)存，寄存器值，斷點等的所有數(shù)據(jù)，而不會中斷IO引腳。Arduino的自動復(fù)位（從FTDI的USB到串行DTR引腳耦合的交流電）與ATmega328P斷開連接。對于普通用戶來說，沒有必要了解這些細節(jié)就可以有效地使用硬件調(diào)試器。

配置我的眨眼

重新啟動 Windows 后，將 Atmel-ICE3 的電纜插入 USB 端口。您將看到一條消息，指出正在設(shè)置新設(shè)備。

圖 23.新設(shè)備設(shè)置。

如果您尚未這樣做，請重新連接PC和Linduino之間的USB電纜。

重新啟動 Atmel Studio。選擇vMicro→打開現(xiàn)有Arduino項目。

圖 24.打開現(xiàn)有的 Arduino 項目。

導(dǎo)航到 Documents→LTsketchbook→Utilities→MyBlink 文件夾，然后選擇 MyBlink 文件。如上所述，在使用Visual Micro打開任何Arduino項目之前，最好將*.ino文件復(fù)制到*.cpp文件，并從*.ino文件中刪除所有內(nèi)容。我們在本教程的上一步中為 MyBlink 做到了這一點。如果不創(chuàng)建 *.cpp 文件，Visual Micro 將創(chuàng)建一個新的臨時文件夾，并將您的項目復(fù)制到該文件夾中。生成的復(fù)制更難與硬件調(diào)試器一起使用。

圖 25.選擇“我的眨眼”。

Linduino 與 Arduino/Genuino Uno 板兼容，因此請選擇 vMicro→Board→Arduino/Genuino Uno。

圖 26.Arduino/Genuino Uno.

選擇“vMicro→Compiler→Verbose”以在編譯步驟中顯示更多信息。

圖 27.詳細編譯器選項。

選擇 vMicro→Uploader→Programmer→Atmel Studio Device Programming，指定應(yīng)使用 Atmel-ICE3（或其他與 Atmel Studio 兼容的硬件調(diào)試器）對 Linduino 進行編程。

圖 28.愛特梅爾工作室設(shè)備編程。

此外，選擇vMicro→Uploader→始終使用Programmer進行上傳（而不是端口/IP）。

圖 29.始終使用程序員進行上傳。

選擇 vMicro→Debugger→Atmel Studio Debugger 以指示將使用硬件調(diào)試器。

圖 30.愛特梅爾工作室調(diào)試器。

接口設(shè)置

選擇“調(diào)試”→“啟動調(diào)試并中斷”。

圖 31.開始調(diào)試并中斷。

應(yīng)出現(xiàn)一個窗口，詢問接口設(shè)置。選擇 Atmel-ICE、ATmega328P 和 ISP，然后按“應(yīng)用”。

圖 32.接口設(shè)置。

如果您收到一條消息，請選擇連接的工具和界面，然后重試，請繼續(xù)。

圖 33.連接的工具和界面。

在要出現(xiàn)的下一個窗口中，選擇 Atmel-ICE3 和 debugWire。debugWire是一種調(diào)試模式，允許使用微控制器的RESET引腳傳輸所有信息。啟用后，固件將使用調(diào)試線加載到微控制器。

如果在啟用調(diào)試線時嘗試使用 Arduino IDE 加載固件，上傳將失敗。為了將來參考，如果遇到此問題，請選擇“調(diào)試→禁用調(diào)試線并關(guān)閉”以重新啟用Linduino的默認引導(dǎo)加載程序。如果該菜單選項灰顯，則可能需要在 Atmel Studio 中加載項目才能使其可選。

圖 34.選擇“調(diào)試器/程序員”。

選擇“調(diào)試”→啟動調(diào)試并再次中斷。如果“設(shè)備編程”窗口再次出現(xiàn)，您可能還必須關(guān)閉該窗口。

此時，您可能會收到一條消息，通知您即將啟用 debugWire。盡管該消息看起來是一個錯誤，但這是 Atmel Studio 讓您知道它即將啟用 debugWire 的方式。如果演示板連接到Linduino的QuikEval連接器，請在按“是”按鈕之前將其卸下。您可以在啟用調(diào)試線后重新插入演示板。

圖 35.啟動失敗。

啟用 debugWire 后，將顯示一條消息，提示您切換目標(biāo)電源。要切換電源，請從 Linduino 上拔下 USB 電纜，然后重新插入。如果您使用的是 12V 交流電源，請同時斷開它以從 Linduino 上卸下所有電源。

圖 36.已啟用調(diào)試線。

首次啟用 debugWire 后，可能需要再次選擇“調(diào)試→啟動調(diào)試和中斷”。如果“設(shè)備編程”窗口再次出現(xiàn)，您可能還必須關(guān)閉該窗口。等待構(gòu)建和寫入完成，如 Atmel Studio 窗口底部的狀態(tài)吟游詩人所示。

圖 37.狀態(tài)欄。

加載并執(zhí)行程序

MyBlink 草圖加載到 Linduino 中，并在 init（） 語句處暫停。如果按 F5，程序?qū)?zhí)行。您還可以通過 MyBlink 放置斷點或單步，其方式與使用 Microsoft Visual Studio 調(diào)試其他軟件的方式相同。

圖 38.MyBlink Debugging AtmelStudio.

請注意，當(dāng)您退出 Atmel Studio 時，debugWire 會自動禁用。禁用debugWire后，將3針接頭移動到NORM位置可恢復(fù)正常操作，Linduino可以再次與標(biāo)準Arduino IDE一起使用。但是，Atmel Studio 有時無法自動禁用 debugWire。在這種情況下，可以通過在 Atmel Studio 中打開項目并選擇“調(diào)試→禁用調(diào)試線并關(guān)閉”來手動禁用調(diào)試線。

為避免混淆，建議您在關(guān)閉 Atmel Studio 之前始終禁用 debugWire。

結(jié)論

Arduino IDE簡化了新手用戶的固件開發(fā)，同時為更高級的用戶提供了一個交換代碼的通用環(huán)境。但是Arduino IDE的簡單性是通過避開更高級的IDE的功能來實現(xiàn)的。本教程介紹了 Linduino 如何通過添加跳線來實現(xiàn) Atmel Studio IDE、Visual Micro 加載項和 Atmel-ICE3 硬件調(diào)試器提供的高級功能。

凌力爾特的 Linduino 不隸屬于官方 Arduino 團隊，但凌力爾特認識到，Linduino 之所以成為可能，是因為 Arduino 團隊對開源社區(qū)的承諾。請考慮在 www.arduino.cc 支持他們。

故障 排除

在“設(shè)備編程”窗口中，如果在單擊“應(yīng)用”時看到如下所示的連接問題，一個可能的原因是您在打開項目時選擇了 .cppproj 而不是 .atsln 文件。

無法連接。

下圖顯示了關(guān)閉“設(shè)備編程”窗口后的錯誤消息。

設(shè)置失敗。

如果無法讀取設(shè)備簽名，請確保連接器已正確插入。

無法讀取設(shè)備。

如果需要固件更新，請允許其完成。

需要固件更新。

審核編輯：郭婷