GYVERCORE – ARDUINO НА МАКСИМАЛКАХ

Страница ядра на GitHub

Версия 2.0 от 01.02.2020
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.
Разработано by Александр AlexGyver и Egor ‘Nich1con’ Zaharov

Известные баги

  • На компиляторе версии 8 не работает библиотека ServoSmooth. Будьте бдительны с этой версией!
  • Вариант “GyverUART вместо Serial” не работает для Ethernet модулей

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: новая версия компилятора по умолчанию идёт для Windows 64, если нужно для win32 или Linux – нужно установить вручную. Идём в C:\Users\Username\AppData\Local\Arduino15\packages\GyverCore\hardware\avr\2.0\tools\avr-gcc, удаляем оттуда всё и кладём туда файлы из архива нужной версии (папка avr-gcc в корне данного репозитория)

Ручная

  • Файлы из папки GyverCore в этом репозитории положить по пути C:\Users\Username\AppData\Local\Arduino15\packages\GyverCore\hardware\avr\2.0\
  • Версия компилятора по умолчанию для Windows 64, если нужна другая – читай выше как установить

Изменения

Облегчено и ускорено

Время выполнения функций, мкс (при 16 МГц кварце)

Функция Arduino GyverCore Быстрее в, раз
millis 0.69 us 0.69 us –
micros 0.81 us 0.81 us –
pinMode 2.56 us 0.25 us 10.25
digitalWrite 2.40 us 0.125 us 19
digitalWrite PWM 3.25 us 0.30 us 7.4
digitalRead 2.80 us 0.063 us 46
analogWrite 3.8 us 0.33 us 8.4
analogRead 111.2 us 5.63 us 20
analogReference 0.19 us 0.19 us –
attachInterrupt 1.06 us 0.8 us –
detachInterrupt 0.5 us 0.25 us 2
tone 9.0 us 2.25 us 4
shiftIn 111 us 8 us 13
shiftOut 117 us 24 us 4.5

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
    • Предделитель АЦП по умолчанию изменён на 4, это в разы ускоряет analogRead, измерения по нашим тестам менее точными не становятся
    • Убрано в 2.0 analogStartConvert(byte pin) – начать преобразование с выбранного пина
    • Убрано в 2.0 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)
    • Убрано в 2.0 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() – возвразает 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.
  • analogWrite(pin, 255) не заменяется на digitalWrite(pin, HIGH) для корректной работы 10 бит ШИМ. Шумы при работе ШИМ на заполнении 255 отсутствуют. Чтобы выключить шим, нужно сделать пин analogWrite 0, также генерацию отключает digitalWrite любого уровня на этот пин.

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! Билд взял отсюда

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