C'est la reprise!

Mis à part quelques sujet sur des réparations/modifications d'instruments électronique de musique, je n'ai rien publié à la suite du MakerFaire de Nantes qui s'est déroulé début juillet.

Parce-que finalement, je n'avais rien de spécial à publier. Pratiquement quatre mois après ce MakerFaire, et malgré l'enthousiasme affiché par les 'passants' sur mes présentations, force est de constater que la multitude de contacts échangés à cette occasion n'a rien donné de particulier. Reste malgé tout cet incroyable moment passé à la rencontre de personalités très variées et intéressantes.

Je continue donc, seul, mes développements et diverses expérimentations électroniques.

Lors de ce MakerFaire nantais, j'ai présenté deux thématiques principales :

- l'automatisme dédié à l'habitation, basé sur l'environnement Arduino. Le matériel exposé se composait d'un automate commercial de type Controllino, d'une carte Arduino de type UNO de ma composition, mais possédant DEUX vrais ports série, et d'un écran graphique tactile permettant de commander le tout :

Les évolutions de ce système consistent en une carte d'interface que je développe actuellement pour la carte automate Arduino. Cette interface comportera un circuit industriel capable de gérer la commande de signaux numériques en 24V, ainsi qu'un certain nombre d'entrées analogiques acceptant du 10V et du 5V. tout ceci devant permettre de sécuriser la carte Arduino vis à vis du monde extérieur et permettra de se passer de l'automate commercial Controllino.
Quelques passages en FabLab à titre de conseil en développement de solutions électroniques m'ont permis de constater à quel point il est facile de détruire les entrées/sorties du processeur quand les 'expérimentateurs/trices" ne possèdent qu'une vague notion des grandeurs physiques utilisées.

D'autre part, le type d'écran tactile utilisé à subi une évolution. Ces écrans sont maintenant plus réactifs en affichage du fait d'un système à processeur intégré plus rapide. Ils possèdent aussi une plus grande capacité mémoire, ce qui permet une montée en 'raffinements' d'affichage. Ils possèdent aussi directement l'heure temps réel. Ce qui permet de libérer le port d'extension dédié de ma carte Arduino.

Le schéma théorique de l'interface industrielle est terminé. Il reste encore à créer le circuit imprimé, ce qui sera fait dans les semaines à venir.

- L'électronique dédié aux instruments numériques était la deuxième thématique présentée au MakerFaire. Avec deux présentations matérielles. D'une part un système permettant de prendre le contrôle d'une machine pour y effectuer des diagnostiques et réparations éventuelles. En l’occurrence ce système prend la forme d'un 'émulateur' de processeur Z80, utilisé en lieu et place du processeur d'origine d'une Drumulator :

Cet émulateur de Z80 n'émule pas réellement un Z80, évidemment, mais est en mesure de prendre le contrôle des différents bus du système, et ce, dans le but de commander les différents organes de la machines afin d'en évaluer le comportement. Le gros avantage de cette solution est qu'elle ne nécessite aucun composant externe pour fonctionner. Par le fait, il devient alors possible d'effectuer un DUMP de la ROM d'origine de la machine, et même de tester le bon fonctionnement des mémoires RAM.
Mon étude initiale comportait quelques 'bugs'. Afin de la finaliser, j'ai donc corrigé les erreurs et en ai aussi profité pour changer le connecteur mini-usb en optant pour un modèle vertical. De cette façon, l'émulateur n'occupe que la place d'origine du Z80 et ne déborde plus. Je pourrai remettre en place le potentiomètre que j'avais du retirer.

La nouvelle version est à gauche!

 

Côté pile.

Côté face.

La nouvelle version est bien plus 'propre' que l'ancienne et va me permettre de continuer à développer sereinement les algorithmes de test de la Drumulator.

Autre sujet développé dans cette thématique instruments numérique de musique, une 'nouvelle' liaison M.I.D.I. :

Ces deux modules relient mon clavier maitre K250 et un expandeur sur lequel j'utilise différents sons de piano depuis quatre mois maintenant. Je n'ai constaté aucune erreur de communication malgré une certaine 'rapidité' des notes jouées (je prends par ailleurs des cours de clavier, histoire de me servir aussi de ce que je fabrique!). La topologie de ma liaison M.I.D.I. n'étant plus la même que celle d'origine, je développe en ce moment un switch qui me permettra de non plus faire un simple point à point, mais de créer un vrai réseau de machines. Le PCB de ce switch est créé et ne requiert 'plus' que sa fabrication puis la programmation du système.

Le principe de mise en place de ce nouveau réseau devrait être assez 'ludique', agréable, et pratique, tout en conservant l'existant. Non? si si....

Cerise sur le réseau, avec tous ces développements et matériels disponibles, j'en profite pour développer un petit système de commande pour le Juno 2 que j'ai dépanné récemment. Ce système se comportera comme un PG300 mais à partir d'un des écrans tactiles évoqués plus haut. Il permettra aussi de faire l'interface entre le nouveau réseau M.I.D.I. et les 'anciennes' prises M.I.D.I. de la machine. L'interface graphique ressemblera à ceci :

Et d'ailleurs voici ce à quoi ressemble le circuit imprimé tout fraîchement arrivé de fabrication :

Pour ce montage j'ai choisi de passer sur un processeur de type ARM de chez ST. D'une part ces processeurs sont rapides, mais surtout l'ensemble des logiciels disponibles pour ces circuits est vraiment 'facile' à utiliser. CubeMX permet en effet de configurer de façon graphique les processeurs ST puis de générer le projet contenant toutes les initialisations nécessaires. Projet qu'il suffit d'ouvrir avec System Workbench for STM32 d'AC6 par exemple pour commencer à développer le code dans un environnement Eclipse. Cela fonctionne très bien, une très grande partie du travail fastidieux d' initialisation du processeur devenant automatique.

Carte montée : 28/10/2016

Pas du grand art, mais pour du prototype, ça ira bien!

Carte partiellement testée : 05/11/2016

Pour tester mon montage, j'ai réutilisé une petite carte d'affichage réalisée en 1992 il me semble. Cet affichage faisait parti d'un système de filtrage des canaux M.I.D.I. à destination d'un JX3P.
Insérée directement sur un port d'extension de la carte ARM, elle me servira à afficher des indications sommaires lors du développement logiciel de cette carte.

Et pendant que j'y suis : publicité gratuite pour ST. Je m'empresse de suite de préciser que mon intention n'est pas de dénigrer d'autres fondeurs proposant des processeurs compatibles ARM certainement très intéressants mais je n'ai jamais poussé les essais, la plupart du temps non pas à cause des circuits heux même, mais du fait du manque de logiciels de développement 'faciles d'installation/d'utilisation'. Ce qui m'a fait pencher pour les micro-contrôleurs ST est en tout premier lieux l'application CubeMX ou plus exactement STM32cubeMX. Ce logiciel permet tout simplement de configurer tous les aspects matériels du micro-contrôleur utilisé. Pour qui souhaite développer rapidement une petite application, cet outil est indispensable. Ensuite, vient évidemment la chaîne de développement Système Workbench for STM32 d'AC6. Il s'agit d'un IDE basé sur l'incontournable Eclipse. A ceci près, que l'installation complète de la chaîne de développement se fait de façon extrêmement simple. Ce qui n'était pas encore le cas mi-2015! Je rajouterai à cela que les processeur ST sont complets, rapides et d'un prix très faible. Inutile de plus d'acquérir un programmateur au prix exhorbitant. Pour ma part, j'utilise le STlink2 présent sur une carte Nucleo, qui me permet aussi d'effectuer du deboggage en temps réel : carrément le luxe!

Système quasi fonctionnel : 14/12/2016

Il m'aura fallu un peu plus d'un mois pour arriver à mes fins mais ça y est, l'afficheur graphique me permet de modifier en temps réel les paramètres du Juno 2. Pour l'instant je n'ai pas encore testé la connection au 'vrai' standard M.I.D.I. puisque j'en ai équipé ma carte processeur, mais 'me suis contenté' de faire transiter les informations par mon réseau compatible M.I.D.I. avec la mise en place d'un convertisseur vers l'ancien système M.I.D.I., directement connecté au synthétiseur. Pour imager la chose, je suis maintenant en mesure de modifier les paramètres du son du Juno en live avec l'écran tactile, tout en étant distant de presque 10m, longeur du câble qui relie l'écran au synthé. Et cela fonctionne superbement bien :-)
La fonctionnalité du système étant validée, il 'ne me reste plus' qu'à programmer l'ensemble de l'application et à trouver un boitier adéquate pour loger le tout! 

Je n'ai pas précisé, mais l'émulateur de Z80 est basé sur un processeur Atmel ATmega328pb, ainsi que les modules M.I.D.I. personnels, et évidemment la carte automate compatible Arduino. Pour le switch M.I.D.I. je vais utiliser un microcontrôleur de chez Microchip de la famille PIC32MX.

S'il est possible de débuter la programmation en 'jouant' de l'IDE Arduino sur les cartes du même nom, l'étape suivante qui consiste à programmer tel ou tel type de microprocesseur avec l'IDE du 'constructeur' et un programmateur dédié n'est finalement pas beaucoup difficile, à partir du moment ou les bons outils et le bon environnement informatique est utilisé.
  
Voilà, c'est tout pour l'instant. Encore que... D'autres sujets sont plus ou moins en cours d'étude, qui aboutiront peut-être... ou pas!

ATmega168pb, le 8 bits à la fête! Aperçu du kit Atmel ATmega168 X PLAINED.

And now for something completely different…

Après avoir posté quelques billets sur différents micro-contrôleurs, notamment ceux de la famille Z8F de Zilog, les circuits 32 bits de chez Microchip dans une application bien pensée que sont les produits Maximite et Micromite, ou encore les circuits compatibles ARM0 de NXP, aujourd'hui je propose un très petit aperçu des composants 8 bits de chez Atmel. En l’occurrence le processeur ATmega168pb, nouvellement présenté et dont la découverte est facilitée par un kit d'évaluation nommé 'ATmega168 X PLAINED Mini'.

Ce qui est intéressant avec ce nouveau micro-contrôleur, bien que ce soit un processeur 8 bits, c'est qu'il propose une architecture RISC rapide, un prix très réduit malgré la présence d'un nombre assez important de périphériques embarqués, et la mise à disposition de la part d'Atmel d'un logiciel de développement/programmation intégré de bonne facture. En un mot, Ce circuit se présente un peu de la même façon que les Z8F de Zilog.

En résumé, voici ce que nous propose un ATmega168pb (extrait de la documentation Atmel):

• Up to 20 MIPS Throughput at 20MHz
• On-chip 2-cycle Multiplier
• 16KBytes of In-System Self-Programmable Flash program memory
• 512Bytes EEPROM
• 1KBytes Internal SRAM
• Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescaler and Compare Mode
• 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode
• Real Time Counter with Separate Oscillator
• Six PWM Channels
• 8-channel 10-bit ADC with Temperature Measurement
• Programmable Serial USART with Start of Frame Detection
• Master/Slave SPI Serial Interface
• Byte-oriented 2-wire Serial Interface (Phillips I 2 C compatible)
• Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator
• On-chip Analog Comparator
• Interrupt and Wake-up on Pin Change
• Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby, and Extended Standby
• 27 Programmable I/O Lines

...pour les caractéristiques essentielles, ce qui présente tout de même un certain potentiel de flexibilité dans un très petit circuit. Il pourrait se placer entre les micros de chez Zilog avec plus de rapidité d'exécution et plus de périphériques embarqués, et les 32 bits de chez Microchip en présentant certes moins de puissance de calcul, mais aussi une bien plus grande facilité dans la gestion du placement des périphériques sur les pattes de sorties.

La page du site d'Atmel ou il est possible de commander le kit d'évaluation :

http://store.atmel.com/PartDetail.aspx?q=p:10500404#tc:description

Avant toute tentative d'utilisation de ce kit, il convient de télécharger le logiciel de développement Atmel Studio 6. Et de constater que le package d'installation constitue un joli pavé de près de 700Moctets de données, auxquelles il conviendra de rajouter 200Moctets de mises à jours diverses et variées à la date de ce billet. Bien plus que ce que Propose Zilog avec son logiciel de développement. Point intéressant : l'application de programmation en Flash du micro-contrôleur fait parti du logiciel de développement. Inutile donc de chercher sur la toile, une solution tierce 'gratuite' susceptible de ne pas fonctionner correctement, comme ce qui aurait pu être mon cas avec le logiciel FlashMagic si les développeurs de cet utilitaire n'avaient pas réagi très rapidement à ma demande de correction pour son bon fonctionnement avec le processeur NXP LPC810.

Une fois Studio 6 installé et la carte d'évaluation connectée dans un port USB libre de la machine de développement, le premier lancement de Studio 6 fait apparaître l'environnement de développement ainsi qu'un onglet affichant le matériel compatible Studio découvert :

http://synthelectro-fr.blogspot.com

Rapidement, l'envie d'en savoir un peu plus sur le fonctionnement de l'environnement de développement et sur le micro-contrôleur pousse à tenter une première programmation. Sur le site d'Atmel, se trouve un programme d'exemple appelé 'Morse' censé présenter par le clignotement de la LED utilisateur présente sur la carte d'évaluation, le code Morse correspondant à ce que l'on aura fournit au processeur par l'intermédiaire de son port Série. C'est d'ailleurs cette application qui est programmée dans le kit d'évaluation permettant, à défaut de savoir dans un premier temps de quoi il s'agit, de constater qu'il y a de la vie lorsque l'on connecte la carte au PC. C'est déjà ça.

Une constatation intéressante concernant le mode de programmation de la Flash du micro-contrôleur, concerne le fait que celui-ci s'effectue par le port SPI du circuit. Laissant ainsi libre le port série pour tout type d'expérimentations. Cela peut peut-être paraître anodin, mais il m'est arrivé quelques mésaventures avec un circuit LPC1114 répondant 'synchronized' à une suite d'octets envoyés sur son port série, alors qu'il n'était nullement en mode programmation, le système de détection automatique de 'baud rate' du LPC1114 se déclenchant à 'l’insu de mon plein gré' !!!

Plutôt que de compiler de nouveau cette application et de la re-programmer dans le processeur, j'ai préféré partir de zéro et écrire un programme simple envoyant quelques caractères par le port série.

Et voici le 'programme du siècle', ou plus simplement un 'Hello World' un peu plus évolué que l'habituel clignotement d'une LED :

/*
 * TestCom.c
 *
 * Created: 23/12/2014 10:34:39
 *  Author: eric
 */ 

#include <avr/io.h>

#define F_CPU                   16000000UL  // Oscillateur interne à 16MHz
#define LED_ON                  PORTB |=  (1<<PORTB5)
#define LED_OFF                 PORTB &= ~(1<<PORTB5)
#define USART_BAUDRATE          9600
#define BAUD_PRESCALE           (((F_CPU / (USART_BAUDRATE * 16UL))) - 1)

void InitSystem(void);

int main(void)
{
unsigned long Temp;
 
 InitSystem();
 
    while(1)
    {
     //TODO:: Please write your application code 
        while (!(UCSR0A & (1<<UDRE0)));
        UDR0 = 'D';
        for (Temp = 10000000; Temp; Temp--);
        while (!(UCSR0A & (1<<UDRE0)));
        UDR0 = 'F';
    }
}

void InitSystem(void)
{
 DDRB |= (1<<PORTB5);                   // PB5 en sortie (LED0)
 PORTB |= (1<<PORTB5);                  // PB5 pullUp
 LED_OFF;                               // start with the LED off

 UCSR0B = (1 << RXEN0)  | (1 << TXEN0); // Autorisation RX/TX
 UCSR0C = (1 << UCSZ00) | (1 << UCSZ01);// Mode 8 bits

 UBRR0H = (BAUD_PRESCALE >> 8);         // Baud rate LSB du registre UBRR
 UBRR0L = BAUD_PRESCALE;                // Baud rate MSB du registre UBRR
}

Rien de bien compliqué en somme si ce n'est qu'en guise de clignotement de LED, le caractère 'D' est envoyé par le port série puis, après une boucle vide comptant jusqu'à 10.000.000, le caractère 'F' est envoyé à la console, le tout, dans une boucle sans fin. Ce simple programme m'a permis de constater que la boucle de comptage s'effectue en 6 secondes.

Une fois ce programme compilé, un simple démarrage de session de débogage permet de lancer la programmation de la flash du composant puis de démarrer le programme interne. Il est tout à fait plaisant de constater que dès lors, toutes les opérations permettant l'évolution en pas à pas du programme ainsi que la visualisation des variables et des mémoires internes au processeur sont accessibles simplement, et en temps réel, ainsi que la gestion des points d'arrêts. Je retrouve ici tout ce qui fait l'efficacité de la solution Zilog.

Session typique de débogage sous Studio 6. 

Un petit mot sur le processeur lui-même : il s'agit, donc, d'un processeur 8 bits. De ce fait, il ne présente pas la complexité d'un circuit même 'simple' de type ARM comme le LPC1114FN28 de NXP. Les mnémoniques assembleur utilisées sont très simples ainsi que l'architecture des registres. Lors de l'élaboration du programme ci-dessus, je n'ai absolument pas utilisé quelque librairie Atmel que ce soit. J'ai programmé directement les registres concernés par mon 'application', tout simplement. Je retrouve avec ce système, comme je l'ai rappelé précédemment, toute la facilité et la rapidité de développement que propose les circuits Zilog, tout en offrant un peu plus de puissance et de périphériques embarqués, notamment l'EEPROM, totalement absente des circuits Z8F.

Et puisque j'évoque la 'puissance' de ce processeur, j'ai comparé le résultat de ce programme avec ceux obtenus lors d'un test précédent sur des machines fonctionnant sous interpréteur Basic. En 'force brute', l'ATmega168pb exécute un simple comptage à une vitesse supérieure à 350 fois le même type de test effectué sur un processeur PIC32 à 50MHz sous interpréteur Basic, le Micromite. Le Micromite étant lui-même 130 fois plus rapide que le bon vieux Tandy PC-2. L'ATmega168pb est donc près de 50 000 fois plus rapide que le PC-2. Évidement, cette comparaison est 'tendancieuse', les environnements de ces trois processeurs étant très différents les uns des autres.

Cependant, si l'on considère les outils disponibles aujourd'hui pour une personne désireuse de se lancer dans la réalisation de matériels embarqués, force est de constater qu'il y a vraiment de quoi faire petit, économe en énergie, tout en étant vraiment très performant. Le tout pour un budget minimal puisqu'à considérer que la phase la plus lente dans tout le processus d'élaboration est celle du chargement du logiciel Studio 6, il est tout à fait possible d'imaginer utiliser cette chaîne de développement sur un portable équipé d'un simple processeur Core 2 Duo. C'est mon cas, avec un Core 2 à 2.10 MHz. Ce type de Portable se trouve aujourd'hui en occasion à moins de 200€, à comparer aux 3500 Francs nécessaires pour acquérir un Sharp PC 1500 (TRS80-PC2) à l'époque de sa sortie. Les outils de développement sont fournis gracieusement par Atmel.

Le tout pour moins de 200€ ?....

Conclusion : je me suis laissé tenter par une publicité Atmel,vantant tous les avantages du circuit ATmega168pb, proposé sur une carte de développement minimale mais pratique au prix de de 8,88$ hors frais de port (24/12/2014). Je pensais être en présence d'un circuit minimaliste, il n'en est rien. Bien qu'en version 8 bits, et sous réserve que le besoin en calculs intensifs ne soit pas l'objectif, ce circuit est très flexible, puissant et pratique à programmer/debugger avec les outils Atmel. Au delà de la découverte, il serait dommage de ne pas l'utiliser dans une application concrète…