fuse что это такое на плате

Все что нужно знать о Fuse- и Lock-битах AVR микроконтроллеров

Установка Fuse- и Lock-битов (битов конфигурации и блокировки) микроконтроллеров (МК) семейства Atmel AVR, особенно для начинающих, является достаточно сложной задачей и не редко может вызывать путаницу при настройке и программировании МК. Если вы какой-то бит пропустили или установили неверно, это может привести к неправильной работе программы или, что еще хуже, к невозможности запрограммировать МК внутрисхемно по последовательному интерфейсу.

Несмотря на то, что в технической документации на каждый МК дается исчерпывающая информация по Fuse- и Lock-битам, новички часто чувствуют себя несколько неуверенно перед выполнением команды записи битов конфигурации и блокировки. В статье мы рассмотрим основные особенности битов конфигурации МК семейства AVR.

Fuse- и Lock-биты

Перед тем как мы приступим к подробному разбору битов конфигурации, нужно уяснить и запомнить один момент:

Это один из основных источников возникающей путаницы в процессе программирования Fuse- и Lock-битов. Мы привыкли думать, что установить значение какого-либо параметра означает записать 1, верно? С Fuse-битами AVR – наоборот, установка какого-либо бита означает запись 0, и это нужно помнить.

Биты конфигурации расположены в отдельной области энергонезависимой памяти. К примеру, МК ATmega328P имеет четыре конфигурационных байта, которые необходимо запрограммировать для корректного функционирования. Один из этих байтов содержит биты блокировки, оставшиеся три (часто именуемые старший, младший и расширенный) – содержат конфигурационные биты. Этот набор битов устанавливает начальные настройки МК: источник тактового сигнала, область загрузчика, функционирование аппаратного сброса, сторожевого таймера и пр. Сначала мы рассмотрим биты блокировки (Рисунок 1).

Рисунок 1.	Lock-биты микроконтроллеров AVR.

В зависимости от типа микроконтроллера AVR количество Lock-битов может быть различным, но два младших бита всегда присутствуют. Биты LB1 и LB2 используются для блокировки доступа к встроенной Flash-памяти. Вы, наверное, знаете, что разработчики каких-либо устройств практически всегда блокируют чтение прошивки МК, чтобы защитить свою интеллектуальную собственность и предотвратить создание дубликатов и подделок. Чтение заблокированного микроконтроллера – это как конфета для аппаратных хакеров, но это отдельная тема. Так, если нужно защитить свою прошивку от копирования, необходимо заблокировать содержимое памяти микроконтроллера, в противном случае оставьте биты без изменения. Другие биты блокировки (BLB01, BLB02, BLB11 и BLB11) могут использоваться для блокировки записи/чтения в/из Flash-памяти, как из области приложения, так и из секции загрузчика. Биты блокировки довольно редко программируются (зависит от специфики приложения), мы не будем на них заострять внимание. Даже если вы запрограммируете любой из них – биты блокировки сбрасываются (устанавливаются в 1) во время выполнения команды полного стирания кристалла (Chip Erase).

Больше всего нас интересуют биты конфигурации, с ними вам придется иметь дело очень часто, хотите вы этого или нет. Расположение определенных Fuse-битов в трех байтах конфигурации отличается в зависимости от используемого МК. Для примера, мы рассмотрим ATmega328P, имеющий три байта конфигурации (Рисунок 2).

Посмотрите на состав младшего байта. Вы видите группу из 4 одинаковых битов CKSEL0, CKSEL1, CKSEL2, CKSEL3. Они используются для выбора типа источника тактовых сигналов для микроконтроллера МК. По-умолчанию (заводские установки) микроконтроллер настроен на работу от внутреннего RC осциллятора 8 МГц. Логически это самый безопасный вариант работы с микроконтроллером. Но, как известно, приборы семейства AVR могут работать от различных источников тактовой частоты:

Для каждого из представленных режимов тактирования имеется диапазон установок Fuse-битов CKSEL0..3, которые используются для управления частотой тактового генератора и временем выхода микроконтроллера на рабочий режим из режима пониженного энергопотребления. Эти биты тесно связаны с битами SUT0 и SUT1, фактически управляющими временем запуска микроконтроллера после подачи питания. Задержка запуска необходима для стабилизации генерации керамических резонаторов и кварцев. Точные значения времени выхода микроконтроллера на рабочий режим приводятся в технической документации.

Конфигурационный бит CKOUT разрешает/запрещает вывод тактовой частоты на один из выводов МК; для ATmega328P на вывод PORTB0 (для тактирования других устройств), причем независимо от того, какой используется источник тактирования МК. Если бит запрограммирован, то для пользовательского приложения основная и альтернативные функции порта PB0 недоступны.

Последний бит в младшем байте – CKDIV8. По умолчанию этот бит установлен, что означает подключение к внутреннему RC осциллятору 8 МГц делителя частоты с коэффициентом 8, поэтому системная тактовая частота МК в этом случае будет равна 1 МГц. Если вам нужна тактовая частота 8 МГц, бит CKDIV8 нужно сбросить.

Теперь акцентируем внимание на старшем конфигурационном байте.

Первый бит – BOOTRST, который по умолчанию сброшен. Если этот бит установить, то после подачи питания на микроконтроллер или после сброса микроконтроллер начнет выполнение программы из загрузочного сектора. Проще говоря, если в приложении требуется выполнение функций загрузчика из Flash-памяти, то этот бит нужно запрограммировать. Если необходимо просто запрограммировать микроконтроллер по внутрисхемному интерфейсу, то можно оставить этот бит нетронутым.

При использовании загрузчика немаловажное значение приобретают биты BOOTSZ0 и BOOTSZ1. Они задают область Flash-памяти для загрузчика. Если программный код загрузчика вашего приложения имеет маленький объем, то с помощью битов конфигурации можно выделить область Flash-памяти меньшего размера для загрузчика, а остальное оставить для приложения.

Следующий бит EESAVE. Если его запрограммировать (0), то содержимое энергонезависимой памяти данных EEPROM останется нетронутым во время процедуры стирания кристалла (Chip Erase). В большинстве случаев это полезная функция, например, когда в EEPROM хранятся важные данные или калибровочные параметры и необходимо выполнить обновление прошивки, то перед заменой прошивки запрограммируйте бит EESAVE.

После установки бита WDTON сторожевой таймер микроконтроллера включается сразу после подачи питания, и выключить программно его невозможно. В этом случае сторожевой таймер будет постоянно выполнять свою функцию периодического сброса микроконтроллера, если в коде программы не выполнять специальную команду сброса сторожевого таймера. Если бит WDTON не установлен, то включение/отключение сторожевого таймера осуществляется программно.

Бит SPIEN предназначен для отключения последовательного интерфейса программирования микроконтроллера. На самом деле вы не сможете изменить состояние этого бита используя последовательный интерфейс (МК AVR поддерживают еще два режима параллельного программирования), но известны случаи изменения состояния бита SPIEN при некорректной работе или сбое внутрисхемного программатора.

Аналогичная ситуация с битом RSTDSBL – он используется для отключения функции аппаратного сброса, другими словами вывод сброса МК используется как порт ввода/вывода. В некоторых ситуациях (МК с малым числом линий ввода/вывода) это очень удобно, но в целом не рекомендуется. Ошибочная установка бита RSTDSBL может лишить вас возможности программировать микроконтроллер по SPI, т. к. наличие сигнала сброса – обязательное условие включения режима программирования.

Бит DWEN используется для включения специального отладочного интерфейса DebugWire микроконтроллеров AVR. Изменить состояние битов SPIEN, RSTDSBL и DWEN по последовательному интерфейсу невозможно, для этого потребуется параллельный программатор с поддержкой высоковольтного режима программирования или подключение по интерфейсу DebugWire.

Следует отметить еще бит CKOPT в старшем байте конфигурации (в ATmega328P он отсутствует, но есть в других МК AVR), управляющий режимом работы усилителя тактового генератора. Если бит запрограммирован (0), то выходной сигнал тактового генератора имеет размах (амплитуду), равный напряжению питания. Использовать эту опцию можно, когда микроконтроллер будет работать в обстановке с высоким уровнем помех, а также когда планируется подключить еще один микроконтроллер к выводу XTAL2. В других случаях этот режим нужно отключить (CKOPT=1), поскольку увеличивается энергопотребление микроконтроллера, а это не приветствуется в устройствах с батарейным питанием.

Последний конфигурационный байт (расширенный). Для микроконтроллера Atmega328P в нем содержатся три бита: BODLEVEL0, BODLEVEL1, BODLEVEL2. Эти биты предназначены для установки порога срабатывания схемы детектора напряжения питания: когда напряжения питания достигнет установленного уровня, произойдет сброс микроконтроллера.

Калькулятор значений Fuse-битов

Когда вам потребуется запрограммировать новый МК, для установки Fuse-битов вы можете воспользоваться техническим описанием на микроконтроллер. Но есть более удобный и простой способ – калькулятор Fuse-битов – онлайн инструмент, разработанный Марком Хаммерлингом (Рисунок 3). Вы самостоятельно выбираете тип микроконтроллера и включаете/выключаете необходимые опции, а конфигурация Fuse-битов будет обновляться автоматически.

Рисунок 3.	В онлайн калькуляторе Fuse-битов МК AVR пользователь может самостоятельно выбирать необходимые опции.

Кроме того, вы можете индивидуально устанавливать Fuse-биты в отдельной форме, значения младшего, старшего и расширенного байта конфигурации также будут обновляться автоматически (Рисунок 4), одновременно генерируются команды для программатора AVRDude.

Рисунок 4.	При индивидуальной установке Fuse-битов значения байтов конфигурации обновляются автоматически.

Если у вас есть мобильный телефон или планшетный ПК с ОС Android, можно воспользоваться бесплатным приложением AVR Fuse Calculator, которое выполняет те же функции и генерирует команды для программатора AVRDude. В базе данных программы 144 МК AVR.

Основные правила для новичков:

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Источник

Фьюз (Fuse) биты микроконтроллеров

Но знать их необходимо, базовыми знаниями тут не обойтись.

Фьюз биты расположены в особой области памяти, изменить их можно только используя программатор в процессе прошивки. При помощи фьюз битов можно настроить следующие опции и режимы работы:

произвести выбор задающего генератора; какой будет использоваться внутренний или внешний; выключить возможность прошивки или чтения данных микронтроллера; включить/выключить таймеры; задать частоту генератора (деление частоты генератора); защитить память EEPROOM от стирания; и другие настройки.

У каждого микроконтроллера свои fuse-биты, как они называется и за что отвечают можно посмотреть в даташитах на микроконтроллер. Там все подробно расписано, перед тем как прошивать камень нужно знать какие биты выставлять нужно ознакомиться с документацией.
Настройка или установка этих битов осуществляется при помощи программатора.

Тут есть одна тонкость: Бит считается установленным если его значение равно нулю.

Этот момент нужно просто запомнить и привыкнуть, что если мы установили значение бита в ноль то значит мы его включили.Выставление битов при помощи программы AVRDUDE_PROG 3.3

Фьюз биты микрокотроллеров AVR

CKSEL

Чаще всего настраивается фьюзы CKSEL0, CKSEL, CKSEL2, CKSEL3 они настраивают частоту с которой работает тактовый генератор и его тип. Выставляя то или ной бит можно сделать 16 разных комбинаций. Но опять же нужно посмотреть в datasheet.

С этими битами нужно быть осторожнее можно к примеру можно выставит биты таким образом что МК будет работать от внешнего генератора который подключается на ножки XTAL1 и XTAL2. И в случае его отсутствия, микроконтроллер станет «заблокирован»

По умолчанию большинство микроконтроллеров AVR настроены на работу от внутреннего источника тактов

Фьюзы SUT0 и SUT1 необходимя для настройки режимов старта тактовых генераторов. Довольно мудреные биты, если не правильно выставить эти биты то могут быть тормоза с запуском тактового генератора либо сбросы МК в момент полачи патания.

CKOPT

Наиболее часто используемый бит, он необходим для определения работы встроенного генератора для работы с кварцевым резонатором, он выставляет амплитуды сигнала на кварце.

OCDEN

Этот бит необходим для разрешения или запрета чтения данных из памяти микроконтроллера.

SELFPRGEN

При помощи этого бита мы можеи запретить или наоборот разрешить запись данных в память.

BODLEVEL

Этот фьюз бит устанавливает момент уровень напряжения питания при котором происходит рестарт микроконтроллера.

BODEN

Если выставить это бит то будет происходить контроль за питающим напряжением, другими словами включиться детектор недопустимого значения уровня напряжения питания.

BOOTRST

Отправная точка начала исполнения программы. Установка адреса с которого начинает работать исполняемая программ. Если это фьюз бит выставить то программа стартует с адреса области загрузчика

RSTDISBL

С этим битом нужно быть осторожным. Если не так выставить то можно вырубить вывод RESET, в результате чего больше не сможете программировать по ISP. Это бит преобразует вывод RESET в порт ввода-вывода. Не понятно зачем придумали этот бит, наверно на случай если не хватает выводов. Но как по мне то его лучше вообще не трогать.

BOOTSZ

Состоит из BOOTSZ1 и BOOTSZ0 выставляют размер области памяти записываемых программ

EESAVE

Этот бит предназначен для защиты памяти EEPROM от стирания. Если выставить этот бит то при очистке МК память EEPROM останется не тронутой.

SPIEN

Это бит разрешает МК работать по интерфейсу SPI. У всех МК этот бит по умолчанию выставлен.

В приведенной ниже таблице fuse-биты микрокнтроллеров семейства ATtiny и ATmega. Знаком плюс указано наличие данного бита у МК.

Таблица фьюз битов микроконтроллеров AVR

Калькулятор фьюз битов микроконтроллеров

Калькулятор фьюзов AVR помогает быстро установить нужные биты, скачать офлайн версию программы можно по ссылке ниже.

Источник

Фьюзы микроконтроллеров AVR – как и с чем их едят

Что же такое FUSE биты? Слова вроде бы знакомые, но многие толком и не знают их предназначение, ставят галочки и прошивают, работает устройство да и ладно. Я вам хочу рассказать немного про эти FUSE биты.

FUSE биты (фьюзы) – ну если по простому, то они настраивают определенные параметры микроконтроллеров, это некий инструмент для их тонкой настройки Фьюзы включают или настраивают такие параметры как:
— частота генератора, внешний или внутренний генератор
— запрет на чтение прошивки микроконтроллера
— включение или выключение таймеров
— деление частоты кварцевого генератора
— защита EEPROOM от стирания
…и так далее. У каждого микроконтроллера выставляются свои фьюзы, у разных микроконтроллеров разный список фьюзов, например в ATmega8 нет фьюза CKOUT, но он присутствует в ATtiny2313. В даташитах к микроконтроллерам все эти фьюзы расписаны.

Главное правило при работе с фьюзами – не торопиться их выставлять, если вы точно не уверены в правильности своих действий.

Теперь распишем названия некоторых фьюзов, их обозначения и то, на что они влияют. Вообще, есть фьюзы для защиты программы от копирования (лок-биты), фьюзы, устанавливающие определенные функции, а так же так называемые «старшие» и «младшие» байты. Самый популярный фьюз, который выставляется практически всегда, это:

20пф одним концом на кварц, другим на минус. Если допустить ошибку при установке этих фьюзов, то микроконтроллер может «заблокироваться» для того чтобы восстановить контроллер, подают тактовый сигнал на ногу XTAL1, на данный момент придумано не мало схем для восстановления контроллеров, залоченных таким образом. Этот генератор можно сделать практически из любой логики или даже из таймера 555.

Есть простые схемы, с использованием 1 транзистора, пары резисторов и кварцевого резонатора, и более сложные, на микросхемах типа К155ЛА3. Данные способы 100% оживляют контроллеры с таким дефектом

Группа фьюзов SUT1 и SUT0 — fuse биты, управляющие режимом запуска тактовых генераторов МК, а так же задают скорость старта МК после подачи питания. Связаны с фьюзами CKSEL, а именно CKSEL0.

RSTDISBL – очень опасный фьюз, ошибочная установка может отключить вывод RESET, после чего пропадет возможность программирования ISP программатором. Бит RSTDISBL превращает вывод RESET в порт ввода-вывода.

SPIEN – фьюз, который разрешает работу МК по интерфейсу SPI. Все микроконтроллеры выпускаются с уже установленным битом SPIEN. Считается опасным фьюзом.

BOOTRST, определяет адрес, с которого и будет начато исполнение программы. Если бит установлен т.е. если BOOTRST = 0, то начало программы будет с адреса области загрузчика (Boot Loader).

OCDEN – данный фьюз разрешает или запрещает чтение программы из памяти контроллера.

Я как то упоминал в своих статьях про то, что в некоторых программах фьюзы выставляются зеркально. Запомните, запрограммированный фьюз=0 , а не запрограммированный=1. В программах Algorithm Builder, UniProf фьюзы выставляются одним образом, а в программах PonyProg, CodeVisionAVR, AVR Studio, SinaProg и некоторых других, фьюзы нужно выставлять зеркально по сравнению с предыдущим списком программ.

Уже давно на просторах Интернета появились так называемые «калькуляторы фьюзов», это специальные приложения, призванные помочь в конфигурировании микроконтроллера. Приложение интуитивно понятное, думаю разберетесь, в списке контроллеров выбираем нужный нам МК, далее выбираем необходимые функции, а ниже выставляются галочки фьюзов, все очень просто.

Данные приложения очень удобны, т.к. например в последнее время очень часто авторы своих проектов значения фьюзов пишут непонятными буквами или цифрами, или же словами, новичку не понятно, что это значит и какие фьюзы при этом нужно выставлять, (часто можно встретить комментарий к статье «а какие фьюзы выставлять?»). Калькулятор фьюзов нам в этом плане очень сильно помогает.

Думаю что теперь, если у вас спросят «что такое фьюзы, и зачем они нужны?», вы сможете объяснить человеку их назначение, а пока, на этом все!

Источник