上野家のホームページ - 資料室バックアップ : 開発/AVR/AVR Writer/USBtinyISPのソース

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開発/AVR/AVR Writer/USBtinyISP へ行く。
* USBtinyISP [#i75c916e]
[[USBtinyISP>http://www.ladyada.net/make/usbtinyisp/]]は，CPUにATtiny2313などの[[ATtinyマイクロコントローラー>https://www.microchip.com/en-us/about/corporate-overview/acquisitions/atmel/attiny]]を使用したUSB接続のAVR Writer(ISP)。~
Windows，Linux，MacOSXなどのマルチプラットフォームで使用できる。~

Dick Streefland氏の[[USBtinyプロジェクト>https://dicks.home.xs4all.nl/avr/usbtiny/index.html]]がベースになり，[[lady ada氏>http://www.ladyada.net/make/usbtinyisp/]]によりUSBtinyISPが作られた。~
このUSBtinyISPを[[AdafruitがKit製品化>https://learn.adafruit.com/usbtinyisp/]]して販売している。~

派生バージョンも多く作成されていて，Julian Schuler氏の[[USBtinyISP>https://github.com/julianschuler/USBtinyISP/]]もそのひとつで，''ATtiny24A''を使用してより小型化している。~

ihsan Kehribar氏は''ATtiny85''を使用して，さらに小型の[[Little Wire>https://littlewire.github.io/]]を作成されている。~

USBtinyISPは部品点数も少なく自作も安価に容易にでき，書き込みツールには一般的に使用されるAVRStudioやavrdudeで使用できる。~

しかし残念ながら64KB以上のFlash ROMを搭載している''Atmega1281，1280，2560，2561には，対応していない。''~

* AdafruitのUSBtinyISP v2.0 [#v6cbeaf6]
[[lady ada氏>http://www.ladyada.net/make/usbtinyisp/]]に作られたUSBtinyISPで，CPUに20pinのATtiny2313を使用している。~
USBコントローラーは使わず，[[V-USB:https://www.obdev.at/products/vusb/index.html]]を使ってUSB接続できるようにしている。~

このUSBtinyISP v2.0を[[AdafruitがKit製品化>https://learn.adafruit.com/usbtinyisp/]]して販売している。~
#ref(usbtinyisp_ada.png,,60%)

また，[[AmazonでもAdafruit版の互換品>https://amzn.to/40cLrx9]]（ケースとかは無いけど）が安価で販売されている。~

5Vを3.3VにするDC-DCコンバーターは実装されていないので，ターゲットボードに3.3Vを供給することは出来ない。~
USBからの5Vをターゲットボードに供給するかしないかの切り替えはできる。~

セルフパワーの3.3Vターゲットボードでも問題なく使用できる。~
#ref(usbtinyisp2sch.png)

** Adafruit USBtinyISP v2.0のfirmware [#oe08cf60]
AdafruitのUSBtinyISP v2.0をUSB接続のAVR Writerとして機能させるためのfirmwareは，
[[Adafruit>https://learn.adafruit.com/usbtinyisp/download]]でダウンロード出来る。~

USBtinyISPのfirmwareだけでなく，赤外線リモコン受信機にするfirmwareも入っている。~

''自作した場合はfirmwareを書き込むため，何らかの別のAVR Writerが必要になる'' &worried; ~

spiディレクトリにあるコンパイル済みの''main.hex''をATtinyISPに書き込む。~
 > avrdude -c usbasp -p t2313 -U flash:w:main.hex U hfuse:w:0xdf:m -U lfuse:w:0xef:m

** AdafruitのUSBtinyISP v2.0の設定 [#m8c9ef49]
AdafruitのUSBtinyISP v2.0では，JP1がジャンパーされるとUSBの5VがそのままターゲーットボードのVCCとして給電される。~
3.3VにするDC-DCコンバーター回路は実装されていないので，ターゲットボードに3.3Vを給電することは出来ない。~
|Jumper|説明|h
|JP1|ターゲットボードへの給電&br;Jumperなし:給電なし&br;Jumperあり:5V給電|

ターゲットボードに合わせてJP1を設定する。~

** 互換品USBtinyISP v2.0の問題 [#n8418979]
Amazonで販売されている[[Adafruit USBtinyISP v2.0の互換品>https://amzn.to/40cLrx9]]を購入してみた。~
#ref(usbtinyisp.png,,50%)

この互換品USBtinyISP v2.0は，bufferチップが本来74AHC125が実装されるところを74HC125が実装されていた。~

74HC125は電源電圧以上の電圧の入力を形容しないので，Jumperポストを外して3.3Vターゲットボードを接続した場合は，（ATtiny2313は5Vで動作しているので）最悪74HC125が破壊するかもしれない。~

3.3Vターゲットボードに使う場合は，bufferチップを''74AHC125''に交換すべきである。~

* Julian Schuler氏のUSBtinyISP [#qc3c333c]
Julian Schuler氏は，CPUに14pinのATtiny24Aを使用して[[小型化したUSBtinyISP>https://github.com/julianschuler/USBtinyISP]]を作成している。~

3.3VDC-DCコンバーターを実装し，500mA/5Vや300mA/3.3Vを切り替えてISPコネクターからターゲットボードに供給できる。~
またセルフ3.3Vターゲットボードであっても，問題なく使用できるように設計されている。~
#ref(USBtinyISP_Sch.png,,50%)

** firmware [#a56a51e7]
[[こちら>https://github.com/julianschuler/USBtinyISP]]のページでメンテナンスされている。~

Julian Schuler氏のUSBtinyISPを自作した場合は，ビルド済みの''main.hex''があるので，これを作成したUSBtinyISPに書き込む。~
 > avrdude -c usbasp -p t24 -P usb -U flash:w:main.hex -U hfuse:w:0xd7:m -U lfuse:w:0xef:m

** Julian Schuler氏のUSBtinyISPの設定 [#n01c24de]
|DIPSW|説明|h
|1    |ターゲットボードへの給電&br;ON=給電&br;OFF=非給電|
|2    |供給電圧切替&br;ON=5V&br;OFF=3.3V|

* Little Wire [#v3ec949b]
&ref(littlewire.png,,30%,around);[[Little Wire>https://littlewire.github.io/]]は，Ihsan Kehribar氏によって8pinのATtiny85を使って設計されたミニマムなUSB制御のハードウェアで，USBtinyISPとしても動作する。~

#clear

#ref(Little-Wire_sch.png,,20%)

ATtiny85は端子がたった8pinしか無いので，12MHzのX'Talを使わずに内蔵RC発振器（+調整）とPLL機能を使って16.5MHzのクロックが使用できるようにしている :-o 

** 自作してみた。 [#p8a80ccd]
上記の回路図のように1時間ぐらいで出来そうなので，手持ちの部品で自作してみた。~
#ref(yujiLittleWire.png,,10%)
Jumperなしで3.3VターゲットボードからVTGが供給される場合の対応として，ISPの各信号に300Ωの抵抗を直列に追加した。~
USBコネクターがTypeBなんでちょっと大きいかな ;)

P.S. ATtiny85Vでも動作した。なんで :-o

** ソフトウェア [#o1e129b6]
Little Wireのメンテナンスは，[[こちら>https://github.com/littlewire/Little-Wire]]で行われている。[[アーカイブ・ファイル>https://github.com/littlewire/Little-Wire/archive/master.zip]]もダウンロードできる。~

Little Wireを構成するソフトウェアは以下になる。~
- ATtiny85で使用できるbootloader。~
- USBtinyISP互換のfirmware。~

*** ATtiny用bootloader [#peb606b5]
ATtiny用のbootloaderとして[[micronucleus bootloader>https://github.com/micronucleus/micronucleus.git]]が使われている。（他のbootloaderとしてはOptibootもあるようだ。）~

ATtiny85でのmicronucleus bootloaderは，CPUのクロックを内部RC発振器とPLLを工夫して16.5MHzにしている。これはおそらくUSB1.1のクロックの整数倍にすることで，クロック誤差が出にくいようにしていると思われる。~

USBtinyISP互換機能の場合，ATtiny85全てのpinをI/Oポートとして利用する必要がある。~
ATtinyシリーズの8pinの製品はResetとISP機能の両立は出来ない。これはFuseビット設定で行っているが（RSTDISBL=0），この設定でPB5をI/Oポートにすると外部からResetが出来なくなるため，ISPタイプのAVR WriterでFlash ROM書き換えは出来なくなってしまう。~
なので，このままではUSBtinyISPのfirmwareの更新が難儀になってしまう。~

micronucleus bootloaderを使うと，RSTDISBL=0設定によりISPタイプのAVR Writerが使用できなくなってしまうが，代わりにbootloaderの機能でUSB通信経由でユーザープログラムをFlash ROMに書き込めるようにしている。~

この理由でLittle Wireではmicronucleus bootloaderを使用していると思われる。~

- 最新のmicronucleus bootloaderを書き込む~
micronucleus bootloaderのプロジェクトをダウンロードする。~
 > md attiny85
 > git clone https://github.com/micronucleus/micronucleus.git
micronucleus\firmware\releasesにビルド済みのhexファイルが有る。~
そのhexファイルをATtiny85に書き込む。~
 > cd micronucleus\firmware\releases

カスタマイズしたいなどでビルドしたい場合，作者は''avr-gcc version7.3.0''を使われているようだ。~

他のAVR Writerとavrdudeを使って，micronucleus bootloaderを書き込んでFuseビットを設定する。~
 > avrdude -c usbasp -p t85 -U flash:w:t85_default.hex -U lfuse:w:0xe1:m -U hfuse:w:0x5d:m -U efuse:w:0xfe:m

''RSTDISBL=0にFuseビットを設定しているので，以後はISPタイプのAVR Writerは使用できなくなる。''~

*** micronucleus用のDevice Driverのインストール [#i60fb8d0]
ATtiny85にmicronucleus bootloaderが書き込めたら，PCのUSBコネクタと接続する。~
最初は不明のデバイスになるので，Windows用のデバイスドライバーをインストールする。

[[Zadig>https://zadig.akeo.ie/]]ツールを使ってデバイスドライバーをインストールする。~
ZadigのサイトのDownloadにある[[最新の実行ファイル>https://github.com/pbatard/libwdi/releases/download/v1.5.1/zadig-2.9.exe]]をダウンロードする。~
ダウンロードしたexeファイルをダブルクリックして起動する。~
unknown device1を選択して，名前を''Micronucleus''に編集して，使用するデバイスドライバーに''libusbk''を選択してInstall Driverボタンを押す。~

これでmicronucleus bootloaderが書き込まれたLittle WireがUSBデバイスとして認識される。~
 VID: 0x16D0, PID: 0x0753

*** Little Wireのfirmwareのインストール [#sa7a57b7]
Little Wireの互換USBtinyISP機能を持った[[firmware>http://littlewire.github.io/downloads.html]]の最新版はバージョン1.3。~
[[こちら>https://github.com/littlewire/Little-Wire.git]]でメンテナンスされている。~
カスタマイズしたいなどでビルドしたい場合，作者は''avr-gcc version7.3.0''を使われているようだ。~

ATtiny85にLittle Wireのfirmwareを書き込むには，[[micronucleusコマンド>https://github.com/micronucleus/micronucleus]]を使用して，micronucleus bootloaderの機能によりFlash ROMに書き込む。~

以下の手順で行う。~
- ''Little WireをPCのUSBとの接続をはずす''
- micronucleusコマンドを使用する。~
 > micronucleus --run littlewire_v13.hex
 Please plug in the device ... 
と，メッセージが表示されたら''Little WireをPCのUSBに接続する。''~
- 接続して数秒立つと，USBtinyISPと互換のfirmwareがATtiny85に書き込まれる。~
- USBtinyISP互換のLittle Wireが動き出す。~

うまく行ったら，Little WireをUSBコネクターから抜いて再度挿入してみる。~
- USBコネクターにLittle Wireが挿入されるとLittle Wireの電源が入る。~
- micronucleus bootloaderが起動する。~
6秒間，micronucleusコマンドを待つ。~
ユーザープログラム等の書き込み要求コマンドなど何もなければ，ユーザープログラムのStartアドレス（Little Wire）にジャンプする。~
- Little Wireのプログラムが起動。~
- Windowsマシンのデバイスマネージャーで確認。~
USBtinyISPのデバイスドライバーをインストールしていない場合：！マークの不明のデバイス。~
USBtinyISPのデバイスドライバーをインストール済みの場合：USBtinyISPとして認識される。~

*** ATtiny85の初期化 [#sf13b9b2]
FuseビットのRSTDISBL=0になっているのをRSTDISBL=1に戻すには，ISPタイプのAVR Writerでは出来ない。~

STK500などの高電圧シリアルプログラミングが使用できるAVR Writerを使うと，ATtiny85のRSTDISBLを1に初期化することが出来る。~
RSTDISBL=1に初期化出来たら，ISPタイプのAVR Writerが使用できるようになる。~

* USBtinyISPの使い方 [#r0866d58]
Windowsマシンで，互換品USBtinyISP v2.0や自作したLittle Wireを使ってみた。~

** デバイスドライバーの用意 [#bc15436a]
Linux，MacOS Xマシンの場合は，デフォルトでデバイスドライバーが用意されているので，USBコネクターにUSBtinyISPをUSBコネクターに接続するだけで使える。~

Windowsマシンで使用する場合は，汎用USBデバイスドライバーの[[libusb>/開発/libusb]]をインストールする必要がある。~
最初にWindowsマシンにUSBtinyISPをUSBポートに刺すと，
 VID: 0x1781, PID: 0x0C9F
デバイスマネージャーで確認すると，！マークの不明のデバイスになっていて使用できない。~

今回は[[Adafruitからダウンロード出来るデバイスドライバー>https://learn.adafruit.com/usbtinyisp/download]]でなく，[[Zadig>https://zadig.akeo.ie/]]ツールを使ってインストールしてみた。~
ZadigのサイトのDownloadにある[[最新の実行ファイル>https://github.com/pbatard/libwdi/releases/download/v1.5.1/zadig-2.9.exe]]をダウンロードする。~
ダウンロードしたexeファイルをダブルクリックして起動する。~
USBtinyISPを選択して，デバイスドライバーを''libusbk''を選択してInstall Driverボタンを押す。~

これでUSBtinyISPのデバイスドライバーとして汎用USBデバイスドライバーlibUSB-win32互換のlibusbkが使われるようになる。~

再度デバイスマネージャーで確認してデバイスドライバーがロードされていればセットアップが出来ている。

** ターゲットボードのISPコネクターと接続 [#q7ec0548]
AVR Writerとして使用する場合は，''10pin ISPコネクター''か''6pin ISPコネクター''とターゲットボードの6pin ISPコネクターと接続する。~
|USBtinyISP&br;10pin|USBtinyISP&br;6pin|ターゲットボード&br;6pin ISP|h
|9 MISO             |1 MISO            |1 MISO              |
|2 VCC              |2 VCC             |2 VCC               |
|7 SCK              |3 SCK             |3 SCK               |
|1 MOSI             |4 MOSI            |4 MOSI              |
|5 RST              |5 RST             |5 RST               |
|4,6,8,10 GND       |6 GND             |6 GND               |

** avrdudeで使用する [#n68b9d54]
バージョン5.5以降のavrdudeではUSBtinyISPに対応していて，avrdude.confにUSBtinyISP（互換品を含む）の定義が入っているので，問題なくavrdudeでプログラムをターゲットボードに書き込むことが出来た。~
 > avrdude -c usbtiny -p atmega328 -P usb -U flash:w:ATmegaBOOT_328_usbio_8mhz.hex -U lock:w:0x0f:m
とか
 > avrdude -c usbtiny -p m168p -P usb -t
とか，動作した。~

*** Arduino IDEで使用する [#j384ec35]
Arduino IDEはavrdudeを使用しているので，外部書き込み器としてUSBtinyISPを使用できる。~

Arduino IDEでUSBtinyISPを選択できるように，''%LocalAppData%\Arduino15\packages\arduino\hardware\avr\1.8.5\programmers.txt''ファイルに，以下のような定義があることを確認する。なければ追加する。~
 usbtinyisp.name=USBtinyISP
 usbtinyisp.protocol=usbtiny
 usbtinyisp.program.tool=avrdude
 usbtinyisp.program.tool.default=avrdude
 usbtinyisp.program.extra_params=

これでArduino IDEで，ツール>書込装置で''USBtinyISP''を選択出来るようになる。~
開発/AVR/AVR Writer/USBtinyISP のバックアップソース(No. All)
- 現: 2025-01-12 (日) 10:48:38 yuji
  - Deleted an attach file: USBtinyISP_Sch.pdf at 2025-01-20 (月) 21:45:17, Deleted an attach file: LittleWire.png at 2025-01-26 (日) 09:13:11
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