askn37 / multix-zinnia-sdk-modernavr

AVR-GCC, AVR-LIBC and avrdude toolkit for Arduino IDE

MultiX Zinnia Product SDK [modernAVR]

このソフトウェア開発キットは、主に新世代のAVRファミリ （Microchipブランド統合以降で発表されたもの） について、Arduino IDEでの開発を支援するために構成されている。 AVR-GCC/AVR-LIBC を用いて書かれた C/C++/アセンブラ プログラムを avrdude を用いて対象MCUにアップロードするまでの作業フローを提供する。

概要

• Arduino互換APIは提供されない。
  • ごく限られた互換性は配慮されており Blinkスケッチ（標準Lチカ）はそのままビルドできる。
  • 原則として割込や計数器/計時器周辺機能を専有せず、利用者が自由に使える。
    • 協調的マルチタスク 支援ライブラリは RTC周辺機能を必要とする。
      （任意選択：明示的インクルードで有効化）
• 超低消費電力超低速駆動対応。
  • 32768Hzの超低消費電力動作を支援。
• 安価なプログラムライタ（書込器）の利用を想定。
  • 高度なデバッグトレース機能は提供されない。シリアルコンソールだけが使える想定。
• makeコマンドによる高度なビルド進行は提供されない。
  • Arduino IDE自体が makeコマンドに対応していない。
  • Arduino IDEによる自動ビルド進行は提供される。
  • 大規模開発には不向き。
  • むしろMakefileを書かなくて良いから割り切れて簡単。
  • 単機能テスト、スクラッチビルド、先行検証、各種実験に好適。
• 改良されたブートローダーの提供。（reduceAVR以外）
  • スケッチプログラムと同時に EEPROM 領域を定数初期化/アップロード可能。
  • フラッシュメモリ領域の自己消去/書換機能を支援。
    • 余っている領域を大容量不揮発メモリストレージとして活用可能。
• 新規構築・再構築が簡単。
  • セットアップは数分で済む。公式IDEのように何GBも大量ダウンロードすることはない。
  • セミナー講習等での一斉大量導入に向く。

対応AVRアーキテクチャ

現在この SDK は複数の異なる対象アーキテクチャ向けにリポジトリを分けて提供される。

• MultiX Zinnia Product SDK [megaAVR]
  • megaAVR-0 と tinyAVR-0/1/2 系統。（Atmelブランド世代）
• MultiX Zinnia Product SDK [modernAVR] <--
  • （Microchipブランド世代）
  • AVR DA 系統
    • AVR32DA28 AVR64DA28 AVR128DA28
    • AVR32DA32 AVR64DA32 AVR128DA32
    • AVR32DA48 AVR64DA48 AVR128DA48
    • AVR32DA64 AVR64DA64 AVR128DA64
  • AVR DB 系統
    • AVR32DB28 AVR64DB28 AVR128DB28
    • AVR32DB32 AVR64DB32 AVR128DB32
    • AVR32DB48 AVR64DB48 AVR128DB48
    • AVR32DB64 AVR64DB64 AVR128DB64
  • AVR DD 系統
    • AVR16DD14 AVR32DD14 AVR64DD14
    • AVR16DD20 AVR32DD20 AVR64DD20
    • AVR16DD28 AVR32DD28 AVR64DD28
    • AVR16DD32 AVR32DD32 AVR64DD32
  • AVR DU 系統
    • AVR16DD14 AVR32DD14
    • AVR16DD20 AVR32DD20
    • AVR16DD28 AVR32DD28 AVR64DD28
    • AVR16DD32 AVR32DD32 AVR64DD32
  • AVR EA 系統
    • AVR16EA28 AVR32EA28 AVR64EA28
    • AVR16EA32 AVR32EA32 AVR64EA32
    • AVR16EA48 AVR32EA48 AVR64EA48
  • AVR EB 系統
    • AVR16EB14 AVR32EB14
    • AVR16EB20 AVR32EB20
    • AVR16EB28 AVR32EB28
    • AVR16EB32 AVR32EB32
• MultiX Zinnia Product SDK [reduceAVR]
  • 旧世代AVRのうち TPI方式に対応した系統。（Atmelブランド世代）

この分割は NVM書換プロトコルおよび/すなわちブートローダーの相互共有性による。
共通基盤の AVR-GCC/AVR-LIBC toolchain は既知の AVR 8bit 系全種に対応している。

対応するホストOS

• Windows (32bit/64bit)
• macOS (64bit)
• Linux (主にintel系64bit)

対応する主なプログラムライタ

完成品として販売されている製品以外の、工場出荷状態ではブートローダーが書き込まれていないため何らかの書込器準備は必要。

• UPDI4AVR -- このSDKでもメンテナンスされている。JTAG2UPDI上位互換。
  • HV書込 とUSB-USARTパススルーに対応可。（要外部回路）
  • ゼロからこれを自作する場合は 卵と鶏 の関係になるため注意。
• SerialUPDI -- 一般のUSB-UARTと簡易な回路による高速書込環境。
  • 準備にはいくらかの部品と配線準備が必要だが難易度は低い。HV書込は望めない。
  • 対象MCUの UART通信とは回路が排他で外部切替が必要。（自動切替は要外付制御回路）
  • avrdude 7.2 では AVR_DU/EA/EB には非対応。（AVR_EA/EB は 7.3以降、AVR_DU は 7.4以降で対応予定）
• PICkit4 -- 公式のプログラム書込装置兼 デバッグトレース 装置。
  • 使用開始前に MPLAB X によるFWアップデートが要求される。購入状態での対応範囲不明。
  • フルスペックの公式開発環境が別途必須なのでエンドユーザーのPC環境によっては難がある。
    Arduino IDEの動作スペックより数倍大きなディスク空容量やハードウェア性能とIDE操作習熟が必要。
• JTAG2UPDI(Clone)
  • Arduino UNO やその派生バリアント製品を無改造で UPDI対応プログラムライターに転換するファームウェア。
  • リンク先の "Clone" バリアントは、AVR_DA/DB/DDと、AVR_DU/EA/EB に暫定対応する。（UPDI4AVR からのバックポート）
• プログラムライタ内蔵完成市販品 -- これらはブートローダー書込不要。（あるいは対応不可）
  • Microchip Curiosity Nano Series の一部 -- AVR DA/DB + nEDBG

導入方法

• Arduino IDE の「環境設定」「追加のボードマネージャーのURL」に以下のリンクを追加
  • https://askn37.github.io/package_multix_zinnia_index.json
• 「ボードマネージャー」ダイアログパネルを開き、検索欄に "multix" と入力
• 目的のアーキテクチャを選択して「インストール」
  megaAVR modernAVR reduceAVR

Developer Preview

• 上記リンクは更新がある程度まとまってから差し替えられるため、公開リポジトリより古い場合がある。 なる早で Arduino IDE に更新を取り込みたい場合は、下記リンクを使用されたい。
  • https://askn37.github.io/package_multix_zinnia_index_preview.json

ボード選択メニュー

SDK種別と対象ブートローダー使用の有無をここで選ぶ。

• MultiX Zinnia Product SDK [megaAVR]
• MultiX Zinnia Product SDK [modernAVR] <--
  • AVR DB with Bootloader
  • AVR DA with Bootloader
  • AVR DD with Bootloader
  • AVR DU with Bootloader
  • AVR EA with Bootloader
  • AVR EB with Bootloader
  • (separator) 以上28ピン以上製品専用、以下14ピン製品専用
  • AVR DD 14pin with Bootloader
  • AVR EB 14pin with Bootloader
  • (separator) 以下ブートローダーなし
  • AVR DB w/o Bootloader
  • AVR DA w/o Bootloader
  • AVR DD w/o Bootloader
  • AVR DU w/o Bootloader
  • AVR EA w/o Bootloader
  • AVR EB w/o Bootloader
• MultiX Zinnia Product SDK [reduceAVR]

ボード選択サブメニュー

Arduino IDE でこのSDKを選択すると、 サブメニューでは以下のオプションが選択可能となる；

FUSE設定の変更は 書換器使用時に反映。ブートローダー書込時は変更不能。

• Variant -- 具体的な製品型番を選択。（必須）
  • 外囲器ピン数＋型番＋フラッシュメモリ量＋SRAM量別になっている。
• Clock(Dx) -- AVR_DA/DB/DD/DU用の主装置動作基準周波数選択（F_CPUマクロ初期値） -- 既定値は定格内最高速度
  • F_CPUマクロを参照しないプログラムでは効果なし
  • FUSE無関係に常時どれでも変更可能
  • 高周波内蔵発振器による 24MHz〜1MHz
  • 高周波内蔵発振器のオーバークロック 32MHz、28MHz（AVR_DA/DB/DDでは定格外、AVR_DUでは定格内）
  • 超低消費電力発振器による 32.768kHz (OSC-ULP)
• Clock(Ex) -- AVR_Ex専用の主装置動作基準周波数選択（F_CPUマクロ初期値） -- 既定値は定格内最高速度
  • F_CPUマクロを参照しないプログラムでは効果なし
  • 20MHz系列と16Mhz系列は FUSE書込依存で排他選択
  • 高周波内蔵発振器による 20MHz/10MHz/5MHz -- 20MHz系列用
  • 高周波内蔵発振器による 16MHz/8MHz/4MHz/1MHz -- 16MHz系列用
  • 高周波内蔵発振器による 2MHz -- FUSE設定非依存
  • 超低消費電力発振器による 32.768kHz (OSC-ULP) -- FUSE設定非依存
• BOD Mode -- Brown Out Detect（FUSE設定）
  • BOD Disabled -- 無効 -- 既定値
  • BOD Enabled -- 有効
  • BOD Sampled -- 各個別データシート参照のこと
  • BOD Enabled hold wakeup -- 各個別データシート参照のこと
• BOD Level -- BOD監視電圧レベル（FUSE設定）
  • 1.90V or 1.75V -- 既定値
  • 2.45V or 1.90V
  • 2.70V or 2.60V
  • 2.85V or 4.30V
• FUSE PF6 -- AVR_DA/DB/DD/DU/EA/EB のリセット端子用途変更（FUSE設定）
  • PF6 pin=Reset -- 既定値
  • PF6 pin=GPIO -- 各個別データシート参照のこと
• FUSE UPDI -- AVR_DD/DU/EA/EBの UPDIピン用途変更（FUSE設定）
  • 原則、既定値からの変更禁止（復元にはHV対応書換器が必須）
  • 各個別データシート参照のこと
• FUSE EEPROM -- EEPROM保護フラグ（FUSE設定）
  • Save guard "Retained" -- チップ消去時保護
  • Save guard "Erase" -- チップ消去時一括初期化
  • "Erase" and "Replace" -- ブートローダー/書込器でのEEPROM書換有効
• FUSE BOOTROW -- AVR_DU/EB の BOOTROW保護フラグ（FUSE設定）
  • Save guard "Erase" -- チップ消去時一括初期化
  • Save guard "Retained" -- チップ消去時保護
• FUSE MVIO -- AVR_DB/DD の復電圧機能種別（FUSE設定）
  • MVIO "Dual" -- 有効（VDD2端子へ要外部電圧供給）
  • MVIO "Single" -- 無効（VDD2端子へ内部固定電圧供給）
  • 各個別データシート参照のこと
• FUSE USBSINK -- AVR_DU の USB周辺機能制御（FUSE設定）
  • USBSINK "Enable" -- 有効
  • USBSINK "Disable" -- 無効
  • 各個別データシート参照のこと
• Build Option -- DEBUGマクロ有無（任意選択）
  • Build Release -- 既定値（NDEBUG設定）
  • Build DEBUG=1
  • Build DEBUG=2
• Build API -- API拡張（任意選択）
  • Macro API Enable -- 既定値
  • Macro API Disable -- 無効
    • Arduino互換APIの導入は要外部支援（本SDKサポート外）
  • Standard Library All Disable
    • フルアセンブラ記述/純粋C言語環境（LIBC無効）
• Build "printf" -- LIBC printf拡張（任意選択）
  • default -- 浮動小数点フォーマット出力不可
  • Float Support -- 浮動小数点フォーマット出力対応
• Console and LED -- （任意選択：w/o Bootloader 選択時に表示）
  • 選択肢は系統選択に依存
• Console -- コンソール既定速度（CONSOLE_BAUDマクロ初期値）任意選択
  • CONSOLE_BAUDマクロを参照しないスケッチプログラムには効果なし
  • 9600 bps -- 標準
  • 38400 bps
  • 57600 bps
  • 115200 bps
  • 230400 bps
  • 1000000 bps
  • 2400 bps -- OSC-LUP対応
• Bootloader -- ブートローダー選択
  • 選択肢は系統選択に依存
  • w/o Bootloader 選択時は変更不可
• シリアルポート選択
  • 環境依存
• 書込装置選択
  • UPDI4AVR over UART (Standard)
  • UPDI4AVR over UART (HV Enable) -- HV書込対応
  • SerialUPDI over UART -- avrdude 7.2 では AVR_DU/EA/DB は対応不可
  • PICkit4 over USB (UPDI) -- ファームウェア更新が必要
  • Curiosity Nano (nEDBG: ATSAMD21E18)
  • JTAG2UPDI over UART (NVMCTRL v2 Remodeling) -- リンク先の "Clone" バリアントは AVR_DD/DU/EA/EB も対応
  • dryrun (Emulates programming without a programmer) -- 実際には何もしないダミーの書込器で、各種設定の論理的妥当性を検証するのに使用する

FUSE UPDI -> UPDI (default) 選択以外に書換えた場合の復元は HV対応書込器が必須。
FUSE EEPROM -> "Erase" and "Replace" 選択は、対応するブートローダーか書込器使用時のみ可。
Build API -> Standard Library All Disable 選択は、一切の既定コンパイル前提を除去する。

プログラム書込

ブートローダーでのスケッチ書込 Ctrl+U ⌘+U

ボードメニューでブートローダー有を選んだ場合はこのモードが標準。 書込器は不要。MCUの UART経由でスケッチを書き込む。 FUSEを書き換えることは出来ない。 Arduino IDE のシリアルコンソールを閉じる必要はない。

以下のサブメニュー設定は必須；

• Bootloader
• シリアルポート選択

EEPROM対応ブートローダーを使用しているならば以下の選択も可能。

• FUSE EEPROM -> "Erase" and "Replace"

tinyAVR/megaAVR系統では Clock 選択と現在の真のFUSE設定が一致していないと UARTが正しく動作しない。 FUSE現在値が不明な場合は 2MHz を選択するとよい。

書込器でのブートローダー付スケッチ書込 Ctrl+Shift+U ⌘+Shift+U

ボードメニューでブートローダー有を選んでおり、かつ書込器も併用している場合に有効。 FUSEも同時に更新される。 Arduino IDE のシリアルコンソールを閉じる必要はない。

以下のサブメニュー設定が必須；

• Bootloader
• シリアルポート選択（over UART 書込器の場合）
• 書込装置選択
• すべてのFUSE関連

EEPROM対応書込器を使用しているなら以下も選択可能。

• FUSE EEPROM -> "Erase" and "Replace"

tinyAVR/megaAVR系統では任意の Clock 選択が有効となる。

書込器でのブートローダー無スケッチ書込 Ctrl+U ⌘+U

ボードメニューでブートローダー無を選んだ場合はこのモード。 FUSEも同時に更新される。 Arduino IDE のシリアルコンソールを閉じる必要はない。

以下のサブメニュー設定が必須；

• シリアルポート選択（over UART 書込器の場合）
• 書込装置選択選択
• すべてのFUSE関連

EEPROM対応書込器を使用しているなら以下も選択可能。

• FUSE EEPROM -> "Erase" and "Replace"

tinyAVR/megaAVR系統では任意の Clock 選択が有効となる。

書込器でのブートローダー単独書込

IDEメニューで選択

ボードメニューでブートローダー有を選んでおり、かつ書込器も併用している場合に有効。 FUSEも同時に更新される。 Arduino IDE のシリアルコンソールは 閉じていなければならない。 ブートローダー無の設定でこれを行うとチップ消去が為される。

以下のサブメニュー設定が必須；

• Bootloader
• シリアルポート選択（over UART 書込器の場合）
• 書込装置選択
• すべてのFUSE関連

tinyAVR / megaAVR系統では任意の Clock 選択が有効となる。 FUSE変更以後は 20MHz / 16MHz 各系統内の選択のみが FUSE変更なしで可能となる。

ビルド出力確認 Ctrl+Alt+S ⌘+Alt+S

（書込み可能な場合の）スケッチフォルダに、 スケッチがビルドされた HEX ファイル、 ブートローダーも一体に結合された HEX ファイル、 逆アセンブルコードリスト、 （IDE2.0では）EEPROM 初期化用 HEX ファイル が出力される。

スケッチがビルドエラーになる場合は何も出力されない。
スケッチが SDKサンプル直接の場合は（パスが書込禁止なので）出力されない。

ブートローダー

STK500 version 1 プロトコルに基づく Arduino互換ブートローダーを同梱している。 代表的な UART と LED の組み合わせについてはビルド済のバイナリが用意されている。

ブートローダーバイナリのリビルドは、makeコマンド（OS依存）が別途用意できれば本 SDKのみで行える。
0.2.9から独自のファームウェアコードに変更された。

AVR_DU 系統用に 24/01現在用意されているブートローダーは、シリアルポート接続用（実験的実装）である。 USB-CDC接続用ブートローダーはまだ準備されていない。 DFU（FLIP接続）仕様のファームウェアは Microchip社から提供される はず である。

その他注意事項

以下に上げる完成販売品は本来、それぞれ既定の開発環境があり この SDK が本来対応すべき範疇のものではないが、 搭載された MCU は対応範囲内なので 以下のようにすれば使用可能である。

Microchip Curiosity Nano AVR128DB48

この製品使用時のメニュー選択は次のようにしなければならない；

• ボードメニュー -> MultiX Zinnia SDK [modernAVR] -> AVR DB w/o Bootloader 必須
• Variant -> 48pin AVR128DB48 (128KiB+16KiB) 必須
• Console and LED -> UART3 TX:PB0 RX:PB1 LED=PB3 (AVR128DB48 Curiosity Nano) 必須
• 書込装置選択 -> Curiosity Nano (nEDBG: ATSAMD21E18) 必須

その他の同種製品も同様に、適切なオプションの手動選択が必要。

AVR_DU/EA/EB 系統への対応

標準インストールの AVRDUDE は、以下のリリースから https://downloads.arduino.cc/tools/ を通じて組み込まれている。現行最新リリースは7.2である。

• https://github.com/arduino/avrdude-packing/releases

• AVR_EA/EB 系統の正式サポートには avrdude 7.3 以降のリリースが必要

  • ただし AVR_EB の BOOTROW 書き込みには書込器側ファームウェア対応の制約がある。

• AVR_DU 系統の正式サポートには avrdude 7.4 以降のリリースが必要（計画）

23/12現在、avrdude 7.2 内蔵の SerialUPDI は、AVR_DU/EA/EB 系統を正しく操作することができない。暫定的に AVR_DU/EB/EA 系統の不揮発メモリを読み書きできるプログラムライターは、UPDI4AVR、JTAG2UPDI(Clone) と PICkit4/5 （要 Firmware アップグレード）だけである。 本SDKに付属の avrdude.conf.UPDI4AVR は UPDI4AVR および JTAG2UPDI(Clone) でのみ正しく動作する記述であることに注意されたい。

AVR_EA 系統の制約

• FUSE_SYSCFG0.CRCSRC を既定値の NOCRC 値以外に変更してはならない。初期ロット(B1)は回路の不具合により正常な動作をしない。この不具合は二次生産ロット(B2)以降で解消されている。

AVR_EB 系統の制約

• 初期ロット(A0)は、LOCK.KEY または FUSE.PDICFG を既定値以外に変更すると、以後の UPDI NVMPROG 制御再獲得が（HV制御と無関係に）全面的に困難または不可能となる。これは公開データシートの記述と異なる挙動である。
• FUSE_SYSCFG0.CRCSRC を既定値の NOCRC 以外に変更してはならない。初期ロット(A0)は回路の不具合により正常な動作をしない。
• HV制御の推奨投入電圧が 7.5V に変更（低下）した。RESET/PF6 パッドの絶対定格は 8.5V なので、AVR_DD 用に設計された HV制御回路では電圧が高すぎる恐れがある。

AVR_DU 系統の制約

• 24/04時点では、14/20ピンおよび 32MiB以下のバリアントは発売予告段階である。AVR-LIBCも対応していない。
• 24/04時点では DFUブートローダーが公開されておらず、プリインストールもされていない。専用の VID:PID割り付けも実施されていない。
• AVR64DU28/32 の 初期ロット(A3)は、CPU主クロックを 20MHz以下にしないと USB周辺回路の動作が保証されない。USB周辺機能を使わないのであれば 32MHzまでのオーバークロックも含めて動作する。

更新履歴

• 0.2.12 (24/04/29)

  • 動作確認済に AVR64DU28 を追加。
  • boot_dx/exを 3.72 に更新。

• 0.2.11 (24/04/13)

  • platform.txt のタイプミス修正。

• 0.2.10 (24/01/11)

  • 7.3.0-avr8-gnu-toolchain-231214に更新。
    • AVR64DU28/32 に暫定対応。
    • 動作確認済に AVR64EA32、 AVR64EA48、 AVR16EB32 を追加。
  • Core Modules の <api/UarfUART.h>を微修正。AVR_EVSYS=201修正。
  • Core Libraries の修正／追加と応用記述の追加。
    • <ReadUART.h>
    • <UrowNVM.h>
    • <FlashNVM.h>（BOOTROW 対応を追加）
  • Bootloader を FWV=3.71 に更新。

• 0.2.9 (23/12/11)

  • megaVAR/modernAVRについて、同梱ブートローダー全体を独自のArduino上位互換動作コードに変更。（Optiboot由来ソースコードを除去）
  • 同、CRCSCAN機能用CRC16/32検査値付与。
  • <api/btools.h>にcrc16_ccitt_false関数を追加。

• 0.2.8 (23/11/24)

  • 7.3.0-avr8-gnu-toolchain-231113に更新。

• 0.2.7 (23/10/18)

  • AVR16EBxx に実験的対応
    • bootloader の正常動作は未確認
  • dryrunを書込器選択に追加。
  • avrdude.conf参照ルールの変更。
    • arduino/UPDI4VAR/TPI4AVR/dryrunを書込器に指定した場合のみ、ローカルの特別な設定ファイルを参照する。それ以外は規定の（tools/avrdude/etc内の）avrdude.confを参照する。
    • この変更により、AVR_EA系統のようにまだ他の書込器で未対応／未検証のパーツ設定が分離された。

• 0.2.6 (23/10/16)

  • 7.2-arduino.1に更新。
    • この版でもserialupdiは現状、AVR_EAを正しく操作できない。
  • 7.3.0-avr8-gnu-toolchain-231004に更新。
    • Atmel.ATautomotive_DFP.2.0.214.atpack (2022-03-03)追加。ATtiny416auto対応。
    • Atmel.AVR-Ex_DFP.2.7.184 (2023-10-02)対応。

• 0.2.5 (23/10/09)

  • avrdude.conf.updi 記述を avrdude 7.1 準拠に改正

• 0.2.4 (23/09/09)

  • 7.3.0-avr8-gnu-toolchain-230831に更新。
  • programmers.txtを改正。
    • SerialUPDIの-xrtsdtr=Highオプションを有効化。

• 0.2.3 (23/07/09)

  • 7.3.0-avr8-gnu-toolchain-230628に更新。
    • <avr/eeprom.h>がAVR_EAでも正常動作するよう改善。

• 0.2.2 (23/05/23)

  • 7.1-arduino.1に更新。

• 0.2.1 (23/05/08)

  • 7.3.0-avr8-gnu-toolchain-230418に更新。
    • 注意 : この版では未だ<avr/eeprom.h>がAVR_EAでは正常動作しない。
  • AVR16EAxx、AVR32EAxx をバリアント選択に追加。
  • 添付 avrdude.conf でのUPDI4AVR規定速度を460800に制限。
    • 古いCH3xx用ドライバにて速度上限があるため。（現行最新では改善されている）

• 0.2.0 (23/04/08)

  • modernAVRでAVR_EA対応。
    • 現時点のAVR-LIBCでビルド可能な AVR64EA28/32/48 をバリアント選択に追加。
    • AVR64EA32 を動作検証済表に追加。
    • 専用ブートローダーoptiboot_ex1を追加。
    • <api/FlashNVM.h>にAVR_EA対応を追加。
    • 注意 : 現時点のAVR-LIBCでは<avr/eeprom.h>がAVR_EAで正常動作しない。

許諾

各構成要素はそれぞれ異なる配布ライセンスに属する。条件はそれぞれの規約に従う。

• BSD License
  • avr-libc
• GNU General Public License v2.0
  • avr-gcc
  • avrdude
• MIT License
  • other original document and code

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BlueSky Social: @multix.jp
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