posts/AVR.mdwn

   1 I've been wanting to get into microcontroller programming for a while
   2 now, and last week I broke down and ordered components for a
   3 [breadboard Arduino][breadboard-Arduino] from [Mouser].  There's a
   4 fair amount of buzz about the [Arduino][] platform, but I find the
   5 whole [sketch infrastucture][sketch] confusing.  I'm a big fan of
   6 command line tools in general, so the whole IDE thing was a bit of a
   7 turn off.
   8
   9 Because the [ATMega328][] doesn't have a USB controller, I also bought
  10 a [Teensy 2.0][Teensy] from [PJRC][].  The Teensy is just an
  11 [ATMega32u4][] on a board with supporting hardware (clock, reset
  12 switch, LED, etc).  I've packed the Teensy programmer and HID listener
  13 in my [[Gentoo overlay]], to make it easier to install them and stay
  14 up to date.
  15
  16 Arduinos (and a number of similar projects) are based on [AVR][]
  17 microcontrollers like the ATMegas.  Writing code for an AVR processor
  18 is the similar to writing code for any other processor.  [GCC][] will
  19 cross-compile your code once you've setup a cross-compiling toolchain.
  20 There's a good intro to the whole embedded approach in the [Gentoo
  21 Embedded Handbook][handbook].
  22
  23 For all the AVR-specific features you can use [AVR-libc][], an open
  24 source C library for AVR processors.  It's hard to imagine doing
  25 anything interesting without using this library, so you should at
  26 least skim through the manual.  They also have a few interesting
  27 [demos][] to get you going.
  28
  29 AVR-libc sorts chip-support code into AVR architecture subdirectories.
  30 For example, object code specific to my [ATMega32u4][] is installed at
  31 `/usr/avr/lib/avr5/crtm32u4.o`.  `avr5` is the [AVR architecture
  32 version][arch] of this chip.
  33
  34 Crossdev
  35 --------
  36
  37 Since you will probably not want to build a version of GCC that runs
  38 on your AVR chip, you'll be building a cross comiling toolchain.  The
  39 toolchain will allow you to use your development box to compile
  40 programs for your AVR chip.  On Gentoo, the recommended approach is to
  41 use [crossdev][] to build the toolchain (although [crossdev's AVR
  42 support can be flaky][bug147155]).  They suggest you install it in a
  43 [stage3 chroot to protect your native toolchain][chroot], but I think
  44 it's easier to just make [[btrfs]] snapshots of my hard drive before
  45 doing something crazy.  I didn't have any trouble skipping the chroot
  46 on my sytem, but your mileage may vary.
  47
  48     # emerge -av crossdev
  49
  50 Because it has per-arch libraries (like `avr5`), AVR-libc needs to be
  51 built with [multilib][] support.  If you (like me) have avoided
  52 multilib like the plague so far, you'll need to patch crossdev to turn
  53 on multilib for the AVR tools.  Do this by applying Jess'
  54 [patch][multilib-patch] from [bug 377039][bug377039].
  55
  56     # wget -O crossdev-avr-multilib.patch 'https://bugs.gentoo.org/attachment.cgi?id=304037'
  57     # patch /usr/bin/crossdev < crossdev-avr-multilib.patch
  58
  59 If you're using a profile where multilib is masked
  60 (e.g. `default/linux/x86/10.0/desktop`) you should use Niklas'
  61 [extended version of the patch][niklas-patch] from the duplicate [bug
  62 378387][bug378387].
  63
  64 Despite claiming to use the last overlay in `PORTDIR_OVERLAY`,
  65 crossdev currently [uses the first][bug428420], so if you use
  66 [layman][] to manage your overlays (like [[mine|Gentoo_overlay]]),
  67 you'll want to tweak your `make.conf` to look like:
  68
  69     source /var/lib/layman/make.conf
  70     PORTDIR_OVERLAY="/usr/local/portage ${PORTDIR_OVERLAY}"
  71
  72 Now you can install your toolchain following the [Crossdev
  73 wiki][crossdev-avr].  First install a minimal GCC (stage 1) using
  74
  75     # USE="-cxx -openmp" crossdev --binutils 9999 -s1 --without-headers --target avr
  76
  77 Then install a full featured GCC (stage 4) using
  78
  79     # USE="cxx -nocxx" crossdev --binutils 9999 -s4 --target avr
  80
  81 I use `binutils-9999` to install live from the [git mirror][git],
  82 which avoids [a segfault bug in binutils 2.22][bug12161].
  83
  84 After the install, I was getting bit by [bug 147155][bug147155]:
  85
  86     cannot open linker script file ldscripts/avr5.x
  87
  88 Which I work around with:
  89
  90     # ln -s /usr/x86_64-pc-linux-gnu/avr/lib/ldscripts /usr/avr/lib/ldscripts
  91
  92 Now you're ready.  Go forth and build!
  93
  94 Cross compiler construction
  95 ---------------------------
  96
  97 Why do several stages of GCC need to be built anyway?  From `crossdev
  98 --help`, here are the stages:
  99
 100 0. Build just binutils
 101 1. Also build a bare C compiler (no C library/C++/shared GCC libs/C++
 102    exceptions/etc…)
 103 2. Also build kernel headers
 104 3. Also build the C library
 105 4. Also build a full compiler
 106
 107
 108 [breadboard-Arduino]: http://arduino.cc/en/Main/Standalone
 109 [Mouser]: http://www.mouser.com/
 110 [Arduino]: http://arduino.cc/
 111 [sketch]: http://arduino.cc/en/Guide/Environment
 112 [ATMega328]: http://www.atmel.com/devices/atmega328.aspx
 113 [Teensy]: http://pjrc.com/teensy/
 114 [PJRC]: http://pjrc.com/
 115 [ATMega32u4]: http://www.atmel.com/devices/atmega32u4.aspx
 116 [AVR]: http://en.wikipedia.org/wiki/Atmel_AVR
 117 [GCC]: http://gcc.gnu.org/
 118 [handbook]: http://www.gentoo.org/proj/en/base/embedded/handbook/
 119 [AVR-libc]: http://www.nongnu.org/avr-libc/
 120 [demos]: http://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/group__demos.html
 121 [arch]: http://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/using_tools.html#using_avr_gcc_mach_opt
 122 [crossdev]: http://en.gentoo-wiki.com/wiki/Crossdev
 123 [bug147155]: https://bugs.gentoo.org/show_bug.cgi?id=147155
 124 [chroot]: http://www.gentoo.org/proj/en/base/embedded/handbook/?part=1&chap=2#doc_chap1
 125 [multilib]: http://www.gentoo.org/doc/en/gentoo-amd64-faq.xml#multilib
 126 [multilib-patch]: https://bugs.gentoo.org/attachment.cgi?id=304037
 127 [bug377039]: https://bugs.gentoo.org/show_bug.cgi?id=377039
 128 [bug428420]: https://bugs.gentoo.org/show_bug.cgi?id=428420
 129 [layman]: http://layman.sourceforge.net/
 130 [crossdev-avr]: http://en.gentoo-wiki.com/wiki/Crossdev#AVR_Architecture
 131 [git]: http://sourceware.org/git/?p=binutils.git
 132 [niklas-patch]: https://bugs.gentoo.org/attachment.cgi?id=285901
 133 [bug378387]: https://bugs.gentoo.org/show_bug.cgi?id=378387
 134 [bug12161]: http://sourceware.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12161
 135 [link]: http://en.gentoo-wiki.com/wiki/Paludis/AVR_Crossdev#Post-install
 136 [bug147155]: https://bugs.gentoo.org/show_bug.cgi?id=147155
 137
 138 [[!tag tags/C]]
 139 [[!tag tags/hardware]]
 140 [[!tag tags/linux]]
 141 [[!tag tags/programming]]