GyverCore - быстрое и лёгкое ядро для Arduino

GYVERCORE – ARDUINO НА МАКСИМАЛКАХ

Быстрое и лёгкое ядро для Arduino IDE с расширенной конфигурацией.
Основано на оригинальном ядре Arduino версии 1.8.9, большинство функций заменены на более быстрые и лёгкие аналоги, убрано всё лишнее и не относящееся к микроконтроллеру ATmega328p, убран почти весь Wiring-мусор, код упрощён и причёсан. Добавлено несколько функций и интересных вариантов компиляции: поддержка внутреннего тактового генератора, новая версия загрузчика, вшита новая версия компилятора и многое другое!
Разработано by Александр AlexGyver и Egor ‘Nich1con’ Zaharov

Текущая версия 1.10.2 от 05.11.2019

Страница ядра на GitHub

Установка

Автоматическая

Открой the Arduino IDE
Зайди в Файл > Настройки
Вставь этот адрес в Дополнительные ссылки для менеджера плат:
```
https://alexgyver.github.io/package_GyverCore_index.json
```
Открой Инструменты > Плата > Менеджер плат…
Подожди загрузку списка
Листай в самый низ, пока не увидишь GyverCore
Жми Установка
Закрой окно
Выбери плату в Инструменты > Плата > GyverCore > ATmega328 based
Готово!
Примечание: файлы ядра находятся по пути C:\Users\Username\AppData\Local\Arduino15\packages\GyverCore\hardware\avr\1.9.0\

Ручная

Файлы из папки GyverCore в этом репозитории положить по пути C:\Users\Username\AppData\Local\Arduino15\packages\GyverCore\hardware\avr\1.9.0\

Изменения

Облегчено и ускорено

Время выполнения функций, мкс

Функция	Arduino	GyverCore	Быстрее в
millis	0.69 us	0.69 us	–
micros	0.81 us	0.81 us	–
pinMode	2.56 us	0.125 us	20.5
digitalWrite	2.40 us	0.43 us	5.6
digitalRead	2.06 us	0.063 us	33
analogWrite	5.9 us	0.63 us	9.3
analogRead	107.2 us	5.94 us	18
analogReference	0.19 us	0.19 us	–
attachInterrupt	1.06 us	1.0 us	–
detachInterrupt	0.5 us	0.13 us	3.8
tone	9.0 us	2.25 us	4

Занимаемое место, Flash, байт

Функция	Arduino	GyverCore	Разница, Flash
millis	26	24	2
micros	24	20	4
pinMode	114	24	90
digitalWrite	200	24	176
digitalRead	190	24	166
analogWrite	406	48	358
analogRead	32	72	-40
analogReference	0	22	-22
attachInterrupt	212	180	32
detachInterrupt	198	150	48
tone	1410	740	670
Serial begin	1028	166	862
print long	1094	326	768
print string	2100	1484	616
print float	2021	446	1575
parseInt	1030	214	816
readString	2334	1594	740
parseFloat	1070	246	824

Примечание: analogRead и analogReference имеют расширенную функциональность и весят чуть больше
Скетч, состоящий из однократного вызова перечисленных выше функций, занимает

Ядро Arduino: 3446 байт (11%) Flash / 217 байт (10%) SRAM
Ядро GyverCore: 1436 байт (4%) Flash / 94 байт (4%) SRAM

Пустой скетч:

Ядро Arduino: 444 байт (1%) Flash / 9 байт (0%) SRAM
Ядро GyverCore: 202 байт (0%) Flash / 0 байт (0%) SRAM

Все библиотеки, работа которых зависит от стандартных функций (время, I/O), работают быстрее:

SPI: отправка байта данных по адресу (опустить latch, отправить адрес, отправить байт, поднять latch) занимает:
- Стандартное ядро: 14 мкс (71 кГц)
- GyverCore: 6 мкс (164 кГц)

uart является практически полным аналогом Serial, но весит в разы меньше и работает быстрее. Список функций смотри ниже в Добавлено.

Добавлено

Расширена подсветка синтаксиса (вплоть до названий регистров и битов)
Макрос bitToggle(value, bit), инвертирует состояние бита bit в байте value
Быстрая функция digitalToggle(pin), инвертирует состояние пина
Расширенная работа с АЦП
- analogStartConvert(byte pin) – начать преобразование с выбранного пина
- analogGet() – получить преобразованное значение (между analogStartConvert и analogGet можно выполнять действия, в отличие от ожидания в analogRead())
- analogPrescaler(uint8_t prescl) – установить предделитель для АЦП (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128) – управляет скоростью работы АЦП (скоростью оцифровки). Prescaler:
  - 2: 3.04 мкс (частота оцифровки 329 000 кГц)
  - 4: 4.72 мкс (частота оцифровки 210 000 кГц)
  - 8: 8.04 мкс (частота оцифровки 125 000 кГц)
  - 16: 15.12 мкс (частота оцифровки 66 100 кГц)
  - 32: 28.04 мкс (частота оцифровки 35 600 кГц)
  - 64: 56.04 мкс (частота оцифровки 17 800 кГц)
  - 128: 112 мкс (частота оцифровки 8 900 Гц)
- В функции analogRead(pin) вместо пина можно указать INTERNAL (получить значение внутреннего опорного напряжения) или THERMOMETR (получить приблизительную температуру МК). Примечание: нужно установить предделитель 128
Добавлен очень быстрый и лёгкий uart (аналог классу Serial)
- uart.begin() – запустить соединение по последовательному порту со скоростью 9600
- uart.begin(baudrate) – запустить соединение по последовательному порту со скоростью baudrate
- uart.end() – выключить сериал
- uart.peek() – вернуть крайний байт из буфера, не убирая его оттуда
- uart.flush() – ждать принятия данных
- uart.clear() – очистить буфер
- uart.read() – вернуть крайний байт из буфера, убрав его оттуда
- uart.write(val) – запись в порт
- uart.print(val) – печать в порт (числа, строки, char array)
- uart.println(val) – печать в порт с переводом строки
- uart.available() – возвращает true, если в буфере что-то есть
- uart.setTimeout(val) – установить таймаут для функций парсинга (по умолчанию 100 мс)
- uart.parseInt() – принять целочисленное число
- uart.readString() – принять строку
- uart.readStringUntil() – принять строку по терминатору
- uart.parseFloat() – принять число float
- uart.parsePacket(dataArray) – принять пакет вида $50 60 70; в массив dataArray (смотри пример)
Добавлены расширенные настройки платы из меню платы
- Выбор загрузчика
- Выбор источника тактирования (внешний, внутренний)
- Сохранять или очищать EEPROM
- Вывод тактирования на ногу МК
- Возможность отключить системный таймер 0 и освободить для себя вектор прерывания ovf
- Замена Serial быстрым uart
- Настройка или отключение B.O.D.
- Возможность отключить стандартную инициализацию периферии
- Выбор версии компилятора

Убрано

Убраны всякие сервисные файлы и прочий хлам, не относящийся к ATmega328 (wifi, USB), почищен код. Ядро полностью совместимо с остальными библиотеками, ничего из стандартных функций не вырезано.

Настройки платы

⇨ Bootloader – выбор загрузчика (требует перезаписи загрузчика):

- old bootloader – cтарый загрузчик (стоит на большинстве китайских плат)
- Новый с optiBoot, киатйцы тоже потихоньку начинают продавать платы с ним
- optiBoot v8 – optiboot самой свежей версии
- Вариант without bootloader для прошивки скетча во всю доступную (32 кБ) память МК

⇨ Clock – выбор частоты и источника тактирования (требует перезаписи загрузчика):

- External 16 MHz (стандартный вариант для платы Nano 16 МГц)
- External 8 MHz (стандартный вариант для платы Nano 8 МГц)
- Internal 8 MHz (внутренний генератор: можно работать с голым камнем без кварца)
- Internal 1 MHz (внутренний генератор)
- Internal 128 kHz (внутренний генератор) – загрузчик будет стёрт! Используйте without bootloader!
- Примечания:
  - Функции времени (delay/millis) скорректированы под выбранную частоту
  - После прошивки на частоту 128 кГц дальнейшая загрузка по ISP возможна только с понижением частоты ISP на стороне программатора!

⇨ Save EEPROM – сохранять EEPROM после перепрошивки (очистки) камня (требует перезаписи загрузчика):

- enable – включить
- disable – выключить

⇨ Clock Out – на пине D8 (NANO/Mini) будет продублировано тактирование с частотой источника (требует перезаписи загрузчика):

- disable – выключить
- enable – включить

⇨ System timer – преднастройка таймера 0:

- enable – таймер 0 настроен по умолчанию, работают функции времени delay/millis
- disable – вектор прерываний OVF таймера 0 освобождён для пользователя, delay/delayMicroseconds работают, millis/micros – нет
- Примечание: при отключенном таймере 0 функции delay и delayMicroseconds автоматически заменяются на _delay_ms и _delay_us из avr/util.h, а millis и micros заменены на 0

⇨ Serial – работа с Serial:

- default Serial – при работе с Serial работает стандартная библиотека Serial
- GyverUART – все обращения к Serial в коде автоматически заменяются на uart из библиотеки GyverUART – код становится быстрее и легче!
- Примечание: в GyverUART нет функций find, findUntil, readBytes и readBytesUntil!

⇨ B.O.D. (Brown-out detector) – reset при падении напряжения (требует перезаписи загрузчика):

- disable – отключен
- 1.8V – сброс при напряжении питания ниже 1.7-2.0V
- 2.7V (default) – сброс при напряжении питания ниже 2.5-2.9V
- 4.3V – сброс при напряжении питания ниже 4.1-4.5V

⇨ Initialization – инициализация периферии (таймеры, ацп) в начале скетча:

- enable – стандартная инициализация
- disable – инициализация отключена

⇨ Compiler version – версия компилятора

- default v5.4.0 – встроенная в IDE версия компилятора
- avr-gcc v8.3.0 – новая версия компилятора: компилирует быстрее, скетчи весят меньше!

Больше контроля!

Для большего контроля за периферией микроконтроллера рекомендую попробовать следующие наши библиотеки:

directTimers – полный контроль над таймерами/счётчиками ATmega328
directADC – полный контроль над АЦП и компаратором ATmega328
GyverPWM – расширенная генерация ШИМ сигнала со всеми настройками и режимами
GyverTimer012 – очень простая и лёгкая библиотека для контроля прерываний по таймерам 0/1/2
GyverWDT – полный контроль за WDT (прерывания, перезагрузка)

Скачать все библиотеки можно из репозитория