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

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開発/AVR/optiboot へ行く。
* optiboot [#d526b6e5]
optibootはATMEL AVRを搭載したボード用のbootloaderの一つ。~

optibootの特徴は，
- 機能を必要最低限に絞ってサイズを512byte以下と小さくしている。~
これにより，ユーザープログラム領域を大きく出来る。~
- avrdude等との通信のbaudrateが115200と高速。~
Flash ROMへの書き込み時間が短くなる。~
RC発振器を使用しているボードではうまく通信できなくなるので，baudrateを57600にする必要がある。~
- 電源投入時にはすぐにユーザープログラムにジャンプする。~
- ATmega8/ATmega168/ATmega328Pを使用したボードに対応している。~
ATmega168PやATmega328には対応していない。~
- ビルドすることで異なるbaudrateやcpuに対応する。~

市販されているArduinoボードには，このoptibootが標準で搭載されているようだ。~

** optibootのバージョン [#g09727d7]
市販されているArduinoボードに書き込まれているoptibootはversion 4.4。~
[[optiboot>https://github.com/Optiboot/optiboot]]サイトで開発は行われていて，現在はversion8.3になっている。~

** 自作ボード用にoptibootをビルドする [#v41899b3]
ATmega168PやATmega328を使った自作ボードがあるので，optibootをビルドして書き込んでみた。~

内蔵RC発振器の8MHz仕様のボードと16MHzのX'talを実装したボードがある。内臓RC発振器はその精度が悪い（±10%）ため，optibootのデフォルトのbaudrate 115200ではうまく通信出来ない。~
このため，内蔵RC発振器を使うボードでは，baudrateが57600を使うようにする。~
また，オンボードLEDやポートの使い方が違うのでそれにも対応する。~

Arduino IDEのboards.txtもそのように設定する必要がある。~

*** version 4.4 [#if70f194]
optiboot 4.4はArduino IDEにソースコードがバンドルされているので，それを使用した。~
bootloaderにあるoptibootディレクトリに各ボード用のビルド済みoptiboot version4.4とソースコードが用意されている。~

optiboot 4.4では，ATmega168P/ATmega328に対応していない。これはArduinoの公式ボードではこれらのCPUは使われていないからと思われる。~

ATmega168P/ATmega328とbaudrate 57600に対応するためソースコードを以下のように編集した。~

''optiboot.c''の178行目あたりを編集。~
 /* set the UART baud rate defaults */
 #ifndef BAUD_RATE
 #if F_CPU >= 8000000L
 #define BAUD_RATE   115200L // Highest rate Avrdude win32 will support
 #elsif F_CPU >= 1000000L
 #define BAUD_RATE   9600L   // 19200 also supported, but with significant error
 #elsif F_CPU >= 128000L
 #define BAUD_RATE   4800L   // Good for 128kHz internal RC
 #else
 #define BAUD_RATE 1200L     // Good even at 32768Hz
 #endif
 #endif
  ↓
 /* set the UART baud rate defaults */
 #ifndef BAUD_RATE
 #if F_CPU = 8000000L
 #define BAUD_RATE   57600L  // for internal RC osc.
 #elsif F_CPU > 8000000L
 #define BAUD_RATE   115200L // Highest rate Avrdude win32 will support
 #elsif F_CPU >= 1000000L
 #define BAUD_RATE   9600L   // 19200 also supported, but with significant error
 #elsif F_CPU >= 128000L
 #define BAUD_RATE   4800L   // Good for 128kHz internal RC
 #else
 #define BAUD_RATE 1200L     // Good even at 32768Hz
 #endif
 #endif

''optiboot.c''の231行目あたりを以下のように編集。~
 #if defined(__AVR_ATmega168__)
  ↓
 #if defined(__AVR_ATmega168__) || defined(__AVR_ATmega168P__) 

''pin_defs.h''の1行目を以下のように編集。~
 #if defined(__AVR_ATmega168__) || defined(__AVR_ATmega328P__) || defined(__AVR_ATmega328__) || defined(__AVR_ATmega88) || defined(__AVR_ATmega8__) || defined(__AVR_ATmega88__)
  ↓
 #if defined(__AVR_ATmega168__) || defined(__AVR_ATmega328P__) || defined(__AVR_ATmega88) || defined(__AVR_ATmega8__) || defined(__AVR_ATmega88__)

''pin_defs.h''の18行目に以下を追加。~
 #if defined(__AVR_ATmega328__)
 // ATmega328のボード(USB IO PCB)のオンボードLEDは，PC5
 #define LED_DDR  DDRC
 #define LED_PORT PORTC
 #define LED_PIN  PINC
 #define LED      PINC5
 
 /* Ports for soft UART */
 #ifdef SOFT_UART
 #define UART_PORT   PORTD
 #define UART_PIN    PIND
 #define UART_DDR    DDRD
 #define UART_TX_BIT 1
 #define UART_RX_BIT 0
 #endif
 #endif
 
 #if defined(__AVR_ATmega168P__)
 // ATmega168P(PIRAMP PCB)のオンボードLEDは，PB0
 #define LED_DDR  DDRB
 #define LED_PORT PORTB
 #define LED_PIN  PINB
 #define LED      PINB0
 
 /* Ports for soft UART */
 #ifdef SOFT_UART
 #define UART_PORT   PORTD
 #define UART_PIN    PIND
 #define UART_DDR    DDRD
 #define UART_TX_BIT 1
 #define UART_RX_BIT 0
 #endif
 #endif

''Makefile''の96行目以降に以下を編集。~
 ISPFUSES    = $(GCCROOT)avrdude $(AVRDUDE_CONF) -c $(ISPTOOL) \
               -p $(MCU_TARGET) -P $(ISPPORT) $(ISPSPEED) \
               -e -u -U lock:w:0x3f:m -U efuse:w:0x$(EFUSE):m \
               -U hfuse:w:0x$(HFUSE):m -U lfuse:w:0x$(LFUSE):m
 ISPFLASH    = $(GCCROOT)avrdude $(AVRDUDE_CONF) -c $(ISPTOOL) \
               -p $(MCU_TARGET) -P $(ISPPORT) $(ISPSPEED) \
               -U flash:w:$(PROGRAM)_$(TARGET).hex -U lock:w:0x2f:m
  ↓
 ISPFUSES    = avrdude -c $(ISPTOOL) \
               -p $(MCU_TARGET) -P $(ISPPORT) $(ISPSPEED) \
               -e -u -U lock:w:0x3f:m -U efuse:w:0x$(EFUSE):m \
               -U hfuse:w:0x$(HFUSE):m -U lfuse:w:0x$(LFUSE):m
 ISPFLASH    = avrdude -c $(ISPTOOL) \
               -p $(MCU_TARGET) -P $(ISPPORT) $(ISPSPEED) \
               -U flash:w:$(PROGRAM)_$(TARGET).hex -U lock:w:0x2f:m

''Makefile''の115行目以降に以下を編集。~
 CC         = $(GCCROOT)avr-gcc
 
 # Override is only needed by avr-lib build system.
 
 override CFLAGS        = -g -Wall $(OPTIMIZE) -mmcu=$(MCU_TARGET) -DF_CPU=$(AVR_FREQ) $(DEFS)
 override LDFLAGS       = $(LDSECTIONS) -Wl,--relax -Wl,--gc-sections -nostartfiles -nostdlib
 
 OBJCOPY        = $(GCCROOT)avr-objcopy
 OBJDUMP        = $(call fixpath,$(GCCROOT)avr-objdump)
 
 SIZE           = $(GCCROOT)avr-size
  ↓
 CC         = avr-gcc
 
 # Override is only needed by avr-lib build system.
 
 override CFLAGS        = -g -Wall $(OPTIMIZE) -mmcu=$(MCU_TARGET) -DF_CPU=$(AVR_FREQ) $(DEFS)
 override LDFLAGS       = $(LDSECTIONS) -Wl,--relax -Wl,--gc-sections -nostartfiles -nostdlib
 
 OBJCOPY        = avr-objcopy
 OBJDUMP        = avr-objdump
 
 SIZE           = avr-size

''Makefile''の420行目以降に以下を追加。~
#code(text,,nonumber){{
# PIRAMP PCB
piramp8: TARGET = piramp_8mhz
piramp8: MCU_TARGET = atmega168p
piramp8: LDSECTIONS  = -Wl,--section-start=.text=0x3e00 -Wl,--section-start=.version=0x3ffe
piramp8: CFLAGS += '-DLED_START_FLASHES=4' '-DBAUD_RATE=57600'
piramp8: AVR_FREQ = 8000000L
piramp8: $(PROGRAM)_piramp_8mhz.hex
piramp8: $(PROGRAM)_piramp_8mhz.lst

piramp8_isp: piramp8
piramp8_isp: TARGET = piramp_8mhz
piramp8_isp: MCU_TARGET = atmega168p
piramp8_isp: LFUSE = C2
piramp8_isp: HFUSE = DF
piramp8_isp: EFUSE = FC
piramp8_isp: isp

piramp16: TARGET = piramp_16mhz
piramp16: MCU_TARGET = atmega168p
piramp16: LDSECTIONS  = -Wl,--section-start=.text=0x3e00 -Wl,--section-start=.version=0x3ffe
piramp16: CFLAGS += '-DLED_START_FLASHES=4' '-DBAUD_RATE=115200'
piramp16: AVR_FREQ = 16000000L 
piramp16: $(PROGRAM)_piramp_16mhz.hex
piramp16: $(PROGRAM)_piramp_16mhz.lst

piramp16_isp: piramp16
piramp16_isp: TARGET = piramp_16mhz
piramp16_isp: MCU_TARGET = atmega168p
piramp16_isp: LFUSE = CF
piramp16_isp: HFUSE = DF
piramp16_isp: EFUSE = FC
piramp16_isp: isp

# USB IO PCB
usbio8: TARGET = usbio_8mhz
usbio8: MCU_TARGET = atmega328
usbio8: LDSECTIONS  = -Wl,--section-start=.text=0x7e00 -Wl,--section-start=.version=0x7ffe
usbio8: CFLAGS += '-DLED_START_FLASHES=4' '-DBAUD_RATE=57600'
usbio8: AVR_FREQ = 8000000L 
usbio8: $(PROGRAM)_usbio_8mhz.hex
usbio8: $(PROGRAM)_usbio_8mhz.lst

usbio8_isp: usbio8
usbio8_isp: TARGET = usbio_8mhz
usbio8_isp: MCU_TARGET = atmega328
usbio8_isp: LFUSE = C2
usbio8_isp: HFUSE = DE
usbio8_isp: EFUSE = FF
usbio8_isp: isp

usbio16: TARGET = usbio_16mhz
usbio16: MCU_TARGET = atmega328
usbio16: LDSECTIONS  = -Wl,--section-start=.text=0x7e00 -Wl,--section-start=.version=0x7ffe
usbio16: CFLAGS += '-DLED_START_FLASHES=4' '-DBAUD_RATE=115200'
usbio16: AVR_FREQ = 16000000L 
usbio16: $(PROGRAM)_usbio_16mhz.hex

usbio16_isp: usbio16
usbio16_isp: TARGET = usbio_16mhz
usbio16_isp: MCU_TARGET = atmega328
usbio16_isp: LFUSE = CF
usbio16_isp: HFUSE = DE
usbio16_isp: EFUSE = FF
usbio16_isp: isp
}}

ToolchainにWinAVR-20100110を使用した場合，USB IO PCBが使用しているATmega328のデバイスIDがATmega328Pのものになってしまう。~
これはWinAVR-20100110（AVR-GCC 4.3.3）がATmega328に対応していないために発生する。~

このためWinAVR-20100110（AVR-GCC 4.3.3）でoptibootをビルドするには，WinAVR-20100110（AVR-GCC 4.3.3）のファイルを以下のように編集する。~
''C:\WinAVR-20100110\avr\include\avr\iom328p.h''を編集。~
 /* Signature */
 #define SIGNATURE_0 0x1E
 #define SIGNATURE_1 0x95
 define SIGNATURE_2 0x0F
 #endif
  ↓
 /* Signature */
 #define SIGNATURE_0 0x1E
 #define SIGNATURE_1 0x95
 #if defined(__AVR_ATmega328__)
 #  define SIGNATURE_2 0x14
 #else /* ATmega328P */
 #  define SIGNATURE_2 0x0F
 #endif

これでうまく動作するoptibootがビルド出来た。~
ビルドしてみる。~
 > make piramp8
 > make piramp16
 > make usbio8
hexファイルが作成出来ていればOK。~

optiboot version4.4をWinAVR-20100110（AVR-GCC 4.3.3）ビルドすると500byte(0x1f4)のサイズになった。~
optiboot version4.4をAVR-GCC 7.3.0でビルドすると542byte(0x21e)のサイズになり512byteを超えてしまう。~
なのでoptiboot version4.4を使う場合は，WinAVR-20100110（AVR-GCC 4.3.3）でビルドしたものを使用した。~

ボードにoptibootを書き込むには，~
 > make piramp8_isp
のようにすれば書き込める。

*** version 8.3 [#ec7f12bc]
ソースコードは，[[こちらのサイト>https://github.com/Optiboot/optiboot]]からダウンロードする。~
 > git clone https://github.com/Optiboot/optiboot.git
 > cd optiboot/optiboot/bootloaders/optiboot/

''Makefile''の137行目から以下のように編集。~
 override CFLAGS        = -g -Wall $(OPTIMIZE) -mmcu=$(MCU_TARGET) -DF_CPU=$(AVR_FREQ) $(DEFS)
 override LDFLAGS       = $(LDSECTIONS) -Wl,--relax -nostartfiles
 
 OBJCOPY        = $(GCCROOT)avr-objcopy
 OBJDUMP        = $(call fixpath,$(GCCROOT)avr-objdump)
 
 SIZE           = $(GCCROOT)avr-size
  ↓
 override CFLAGS        = -g -Wall $(OPTIMIZE) -mmcu=$(MCU_TARGET) -DF_CPU=$(AVR_FREQ) $(DEFS)
 override LDFLAGS       = $(LDSECTIONS) -Wl,--relax -Wl,--gc-sections -nostartfiles -nostdlib
 
 OBJCOPY        = avr-objcopy
 OBJDUMP        = avr-objdump
 
 SIZE           = avr-size
''Makefile''の666行目に以下を追加した。~
 include Makefile.yuji

''Makefile.yuji''を以下の内容で作成した。~
#code(text){{
# PIRAMP PCB
piramp8: TARGET = piramp_8mhz
piramp8: MCU_TARGET = atmega168p
piramp8: LDSECTIONS  = -Wl,--section-start=.text=0x3e00 -Wl,--section-start=.version=0x3ffe
piramp8: CFLAGS += '-DLED_START_FLASHES=4' '-DBAUD_RATE=57600' '-DLED=B0'
piramp8: AVR_FREQ = 8000000L
piramp8: $(PROGRAM)_piramp_8mhz.hex
piramp8: $(PROGRAM)_piramp_8mhz.lst

piramp8_isp: piramp8
piramp8_isp: TARGET = piramp_8mhz
piramp8_isp: MCU_TARGET = atmega168p
piramp8_isp: LFUSE = C2
piramp8_isp: HFUSE = DF
piramp8_isp: EFUSE = FC
piramp8_isp: isp

piramp16: TARGET = piramp_16mhz
piramp16: MCU_TARGET = atmega168p
piramp16: LDSECTIONS  = -Wl,--section-start=.text=0x3e00 -Wl,--section-start=.version=0x3ffe
piramp16: CFLAGS += '-DLED_START_FLASHES=4' '-DBAUD_RATE=115200' '-DLED=B0'
piramp16: AVR_FREQ = 16000000L
piramp16: $(PROGRAM)_piramp_16mhz.hex
piramp16: $(PROGRAM)_piramp_16mhz.lst

piramp16_isp: piramp16
piramp16_isp: TARGET = piramp_16mhz
piramp16_isp: MCU_TARGET = atmega168p
piramp16_isp: LFUSE = CF
piramp16_isp: HFUSE = DF
piramp16_isp: EFUSE = FC
piramp16_isp: isp

# USB IO PCB
usbio8: TARGET = usbio_8mhz
usbio8: MCU_TARGET = atmega328
usbio8: LDSECTIONS  = -Wl,--section-start=.text=0x7e00 -Wl,--section-start=.version=0x7ffe
usbio8: CFLAGS += '-DLED_START_FLASHES=4' '-DBAUD_RATE=57600' '-DLED=C5'
usbio8: AVR_FREQ = 8000000L
usbio8: $(PROGRAM)_usbio_8mhz.hex
usbio8: $(PROGRAM)_usbio_8mhz.lst

usbio8_isp: usbio8
usbio8_isp: TARGET = usbio_8mhz
usbio8_isp: MCU_TARGET = atmega328
usbio8_isp: LFUSE = C2
usbio8_isp: HFUSE = DE
usbio8_isp: EFUSE = FF
usbio8_isp: isp

usbio16: TARGET = usbio_16mhz
usbio16: MCU_TARGET = atmega328
usbio16: LDSECTIONS  = -Wl,--section-start=.text=0x7e00 -Wl,--section-start=.version=0x7ffe
usbio16: CFLAGS += '-DLED_START_FLASHES=4' '-DBAUD_RATE=115200' '-DLED=C5'
usbio16: AVR_FREQ = 16000000L
usbio16: $(PROGRAM)_usbio_16mhz.hex

usbio16_isp: usbio16
usbio16_isp: TARGET = usbio_16mhz
usbio16_isp: MCU_TARGET = atmega328
usbio16_isp: LFUSE = CF
usbio16_isp: HFUSE = DE
usbio16_isp: EFUSE = FF
usbio16_isp: isp
}}

ビルドしてみる。。~
 > make piramp8
 > make piramp16
 > make usbio8
これでhexファイルが作成された。~

WinAVR-20100110（AVR-GCC 4.3.3）でビルドすると490byte(0x1ea)のサイズになった。~
AVR-GCC 7.3.0でビルドすると488byte(0x1e8)のサイズになった。~
しかしWinAVR-20100110（AVR-GCC 4.3.3）でビルドしたものは，何故かうまく動作しなかった。~

ボードにoptibootを書き込むには，
 > make piramp8_isp
のようにすれば書き込める。

*** 自作ボード用にビルドしたoptiboot [#h7b87557]
&ref(../Arduino/optiboot.zip,,自作ボード用にビルドしたoptiboot);。