Моя первая печатная плата

Ещё с детских лет я хотел заниматься электроникой, быть не только её пользователем, но и создателем. Но как-то так сложилось, что я лишь пишу для неё программы.

Программирование – это здорово, но невозможность облечить программу в физическое представление ограничивает, скажем так, мою свободу самовыражения, так как не на все мои идеи кто-то сделал готовую плату ) В общем, решил я расширить своё сознание и постигнуть науку создания печатных плат, а так же подтянуть знания по схемотехнике.

Начать решил с очень простой платы, так как ни чего в этом не понимал (да и сейчас мало что понимаю). Для прототипирования у меня есть много готовых девбордов с разными микроконтроллерами и ПЛИС, но все они в контексте моих задач обладают недостатками, делающими пртотипирование не очень удобным процессом. Потому я решил для начала спроектировать очень простой девборд, но лишённый основных недостатков, которые лично мне мешают.

Засел я за изучение САПР системы, схемотехники, электроных компонентов, основ трассировки плат, поспрашивал вводные у коллеги (за что ему большое спасибо) и спустя 4 вечера обучения, создания схемы и трассировки плата была заказана на заводе Резонит. Да, она тривиальная, все могут такое создать и я уже знаю как её надо переделать в следующей версии, но всё же, пройти все этапы и в итоге держать настоящую плату спроектированную своими рукаим – это отличное ощущение )

Осталось дождаться посылок с электронными компонентами )

mipsel-none-elf GCC toolchain for Sony PlayStation1

Иногда хочется просто так пописать код под что-то экзотичное, ограниченное в ресурсах для расширения сознания. А в случае с PlayStation1 можно программировать и 3D графику, что вдвойне более весело.

Официальный PS1 SDK Psy-Q не удаётся удобно использовать, т.к. многие из утилит в тулчейне собраны под DOS, который был удалён из Windows 10+. Писать код в виртуальной машине не очень здорово, поэтому собрал себе GCC тулчейн для удобного программирования.

GCC: 12.2
Binutils: 2.39
Newlib: 4.2.0.20211231
Target: mipsel-none-elf

Собирал с Ubuntu 22.10

Собрал тулчейн на основе newlib со стандартной библиотекой C++. Изначально я так же собирал с поддержкой компилятора С++, но без стандартной библиотеки, что не очень удобно, т.к. многие стандартные файлы здорово иметь под рукой. Например, <new>, для использования placement new, или <type_traits>, <array> и т.п.

Скачать

Windows x64

mipsel-none-elf-gcc-12.2.0-binutils-2.39-libstdc-windows.tar.gz

Linux x64

mipsel-none-elf-gcc-12.2.0-binutils-2.39-libstdc-linux.tar.gz

Удалось написать простой проект, собрать и запустить в эмуляторе:

Сборка Cross GCC тулчейна под Debian-based ARM Linux со старым ядром

Так случается в жизни, что небходимо собрать С++ код, написанный по самым свежим стандартам, под систему, в которой (или для которой) доступны только компиляторы устаревшей версии.

В моём случае появилась необходимость получить cross компилятор GCC 11+ версии, собранный с glibc версии именно 2.27. И он обязательно должен знать о Debian multiarch для правильной сборки приложений под Ubuntu, RaspberryPi OS и т.п.

Конфиги в мануале собирают тулчейн с такими компонентами:
gcc: 11.2.0 [C/C++]
Linux kernel: 4.9.301
glibc: 2.27
gdb: 11.2

Хост система

Сборку произвожу в Ubuntu 22.10

Установка софта в хост систему

sudo apt update

sudo apt-get install -y gcc g++ gperf bison flex texinfo \
    help2man make libncurses5-dev python3-dev autoconf \
    automake libtool libtool-bin gawk wget bzip2 xz-utils unzip \
    patch libstdc++6 rsync git meson ninja-build

Сборка crosstool-ng

wget http://crosstool-ng.org/download/crosstool-ng/crosstool-ng-1.25.0.tar.bz2
tar -xf crosstool-ng-1.25.0.tar.bz2
rm crosstool-ng-1.25.0.tar.bz2
cd crosstool-ng-1.25.0
./configure --enable-local
make

Получение патча поддержки debian multiarch для binutils

# В директории crosstool-ng-1.25.0
mkdir -p patches/binutils/2.31.1/
wget https://sources.debian.org/data/main/b/binutils/2.31.1-11/debian/patches/129_multiarch_libpath.patch -P patches/binutils/2.31.1/

Целевая директория

Мои конфиги установят собранные тулчейны в директорию /crossbuild/toolchain Её необходимо предварительно создать и изменить владельца/разрешения так, чтоб пользователь, от имени которого будет запущен билд, имел доступ на запись и чтение в этой директории. Иначе можно поменять эту директорию в конфиге самостоятельно.

Проблемы во время сборки

После чего можно приступать уже к сборке тулчейнов, однако, она скорее всего не будет успешной конкретно с используемой мной версией crosstool-ng, т.к. он не сможет скачать исходники zlib. Выглядит это примерно так:

Исходники crosstool-ng я не хочу править, поэтому просто скачал требующуюся версию zlib сам и положил в папку кеша. Как видно из скриншота, crosstool-ng хочет zlib-1.2.12, качаем:

# В директории crosstool-ng-1.25.0
wget https://zlib.net/fossils/zlib-1.2.12.tar.gz -P .build/tarballs

Сборка arm-linux-gnueabihf тулчейна

# В директории crosstool-ng-1.25.0
wget https://l-proger.ru/wp-content/uploads/2022/12/config_arm_gcc11.txt
cp config_arm_gcc11.txt .config
export DEB_TARGET_MULTIARCH=arm-linux-gnueabihf
./ct-ng build

Сборка aarch64-linux-gnu тулчейна

# В директории crosstool-ng-1.25.0
wget https://l-proger.ru/wp-content/uploads/2022/12/config_aarch64_gcc11.txt
cp config_aarch64_gcc11.txt .config
export DEB_TARGET_MULTIARCH=aarch64-linux-gnu
./ct-ng build

Запаковка тулчейнов в архив

cd /crossbuild/toolchain
tar -czf gcc11.2.0-aarch64-linux-gnu-kernel4.9.301-glibc2.27-gdb11.2.tar.gz ./gcc11.2.0-aarch64-linux-gnu-kernel4.9.301-glibc2.27-gdb11.2
tar -czf gcc11.2.0-arm-linux-gnueabihf-kernel4.9.301-glibc2.27-gdb11.2.tar.gz ./gcc11.2.0-arm-linux-gnueabihf-kernel4.9.301-glibc2.27-gdb11.2


Позже я расширю описание. Сейчас сохранил мануал для себя, чтоб не потерять результаты трудов )

“RealPad” DualShock(1,2) gamepad plugin for PCSX2 PS2 emulator

  Написал за несколько вечеров код работы (чтение/конфигурация) с игровыми контроллерами Sega, PlayStation1, PlayStation2 под микроконтроллер STM32F7, высунул данные через USB (HID устройство), можно пользоваться как обычным компьютерным геймпадом.

 

  Я использовал борд с микроконтроллером серии STM32F7  с сайта одного знакомого “электронщика”: https://evaluationboard.ru .  В борде нет ни чего лишнего и имеется всё необходимое. Например, в нём распаян полностью рабочий программатор ST-Link V2 и установлена микросхема FTDI (USB to COM адаптер), оба они припаяны к хабу, от которого идёт наружу “принтерный” USB разъем. Получаем  отладку SWD, UART через 1 кабель и ни каких лишних девайсов/проводов. Остальные плюшки борда можно рассмотреть на сайте, при желании.

  Но этого оказалось недостаточно…

  Когда всё заработало, я подумал: а что если реализовать мечту “детства” и написать немного кода для некогда часто мной используемого эмулятора PlayStation2 “PCSX2”?

  Сделал fork pcsx2 проекта на github, разобравшись (со скрипом, т.к. API очень не интуитивно сделан и не документирован) в API эмулятора, накидал быстро код общения с моим хардварным интерфейсом к геймпадам и назвал проект “RealPad” по аналогии с другими плагинам. “Real” – тут важная часть названия, т.к. подключается настоящий геймпад и по-настоящему читается виртуальной PS2 без дополнительных алгоритмов обработки ввода.

  Это самая простая и самая нативная интеграция геймпада, что может быть ) Любая игра может как угодно пользоваться геймпадом – это и чтение данных ввода (любых, включая силу нажатия кнопок) и конфигурация геймпада и т.п.

 
  Ссылка на репозиторий: https://github.com/L-proger/pcsx2/tree/develop/RealPad

  Disclaimer: код пока что сырой, написан в скоростном режиме как proof of concept.  Предстоит его почистить, реализовать правильную выгрузку, поддержку нескольких геймпадов, починить косяк, когда игры не видят контроллер после загрузки быстрого сохранения (F3).  А ещё ввод с клавиатуры не работает, когда используется мой плагин, например, не могу использовать “быстрое сохранение” (F1), придётся разобраться что ещё от меня хочет эмулятор.

  В дальнейшем выложу и прошивку под STM32, как только её в порядок приведу )

 

Run Stm32CubeMX & STM32CubeProgrammer applications with OpenJDK on Windows

Stm32CubeMX требует наличие установленного OracleJRE/JDK и при его отсутствии в системе ругается, что не может найти JRE версии 1.8.0_45 или выше. Кубу всё равно на то, что у меня в системе есть OpenJDK (ставил разные версии, добавлял в PATH, не помогало) и мне на пару секунд даже показалось, что придётся сдаться и поставить ещё и OracleJRE (чего я очень не хотел), но на самом деле сдаваться рано )

Сначала попробовал изменить требуюмую версию Java в инсталлере куба, но понял, что это не помогает. Потом нашёл и “поставил” именно 1.8.0_45 но OpenJRE а не OracleJRE – всё равно не помогло. Потом нашёл некий интересный путь C:ProgramDataOracleJavajavapath ! В нём лежат 3 симлинка на java.exe, javaw.exe, jawaws.exe.

Тут я решил, что “вот оно”, мне надо эти симлинки создать на соответствующие exe файлы из моей версии OpenJRE. И создал. И не помогло ) Куб при установке ругался всё тем же сообщением.

Теперь я решил запустить java.exe через мой симлинк и о чудо, java ругнулась, что в реестре не хватает ветки. Я поставил OracleJDK, экспортнул ветку, удалил OracleJDK, импортнул ветку и подправил пути на свои, вычистив лишние ветки/ключи.

И всё заработало !

Моя версия OpenJDK лежит по такому пути: C:openjdk-12.0.2

А вот текст .reg файла, которым можно указанный выше путь зарегистрировать в реестре:

Windows Registry Editor Version 5.00

[HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREJavaSoftJava Runtime Environment12.0.2]

“JavaHome”=”C:\openjdk-12.0.2”
“RuntimeLib”=”C:\openjdk-12.0.2\bin\server\jvm.dll”
“MicroVersion”=”0”
“BuildNumber”=”10”

Насчёт необходимости ключей “MicroVersion”=”0”, “BuildNumber”=”10” я не разбирался. Может они не нужны (так выглядит), но OracleJRE их создаёт. Хз, решил, что лучше оставить. Кто знает что в будущем может поломаться из за их отсутствия.


ОБНОВЛЕНИЕ:

STM32CubeProgrammer не захотел работать с хаком, описаным выше. Как оказалось, CubeProgrammer использует JavaFX, которого нет в официальной сборке OpenJDK. Почему-то за преемлимое время мне не удалось установить OpenJFX поверх OpenJDK, потому я пошёл другим путём и скачал OpenJDK сразу собранный вместе с OpenJFX.

Скачать можно вот по этой ссылке:  https://bell-sw.com/pages/java-13/

Архив с этим билдом JDK я распаковал в корень диска C

А вот контент .reg файла, регистрирующего установку этой версии JDK:

Windows Registry Editor Version 5.00

[HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREJavaSoftJDK]
“CurrentVersion”=”13.0.0”

[HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREJavaSoftJDK10.0.2]
“JavaHome”=”C:\bellsoft-jdk13-windows-amd64\jdk-13”

Здесь можно заметить, что ветка реестра содержит версию 10.0.2, а не 13.0.0.  Это важно, т.к. по этому имени STM32CubeProgrammer проверяет версию java, которая должна быть 1.8.0 – 10.99.99.  Приходится таким путём обманывать STM32CubeProgrammer, если хочется иметь в системе свежую версию JDK.

Попиливаю процедурную генерацию геометрии

  Для всякого моего домашнего прототипирования в Unity часто хочется быстро, “вот прям тут”, не переключаясь в другую софтину,  сгенерировать визуализацию какой-нибудь занятной штуковины, например, 2D функции или же 3D объекта. Сейчас вот использую для визуализации линз оптической системы. Чаще всего это нужно “вот прям тут”, т.к.  модели параметрические (те же линзы) и на каждое изменение параметров лезть в пакет 3D моделирования и править геометрию – пустая трата времени.Использовать готовые решения (даже не искал, знаю только о плагине Houdini для Unity) я, конечно же, не хочу. Так веселее, да и вообще это как отдых ) В большинстве случаев нода процессинга геометрии пишется просто и потому процесс не напряжен, а результат радует.

Сегодня почти допилил L-System, стараясь косить под Houdini )

Осталось немного доделать Context matching.

А вот и хорошая книга по L-системам: The algorithmic beauty of plants

PSY-Q SDK (Sony PlayStation1 SDK) на Windows 10 x64

Для тех, кто уже попробовал запускать программы из PSY-Q SDK, понятно, что этот древний софт ещё не мало проблем принесёт.

На удивление, компилятор ccpsx оказался 32-битным и спокойно работает в Windows10 x64, чего не скажешь о cpe2x.exe (конвертер .cpe в .exe) и psymake.exe (аналог make), они 16 битные, написаны под DOS, а в Windows x64 NTVDM выпилен, потому приложения запустить невозможно. Видел я, конечно, порты NTVDM под x64, но там встраивание в систему идёт через заднее место и мне это не нравится, тем более они все с жирными пометками “proof of concept”.

Но кто сказал, что это конец? psymake как бы можно вообще выкинуть, заменить его обычным make, например из MinGW!  Я решил ради любви к прекрасному оставить таки имя этой утилиты таким, какое оно есть, потому переименовал PSYMAKE.EXE в _PSYMAKE.EXE, вдруг пригодится, а так же вместо него запилил BAT файл PSYMAKE.BAT

@echo off
"C:Program Filesmingw-w64x86_64-7.2.0-posix-seh-rt_v5-rev1mingw64binmingw32-make.exe" %*

Теперь при вызове psymake на самом деле перевызывается mingw32-make.exe и всё параметры ему передаются через %*
А вот с cpe2x всё немного сложнее. Я видел его порт под x64, не из оригинальных исходников, а с нуля написанный. И снова у него были какие-то проблемы. Не тру это всё. Есть же рабочее решение, его просто нужно запустить…

DosBOX – вот кто придёт на помощь. Заменяем CPE2X.EXE на CPE2X.BAT вот примерно с таким контентом

@echo off
SET PSYQ_PATH=D:LPSOnepsyq
SET DOSBOX_EXE="C:Program Files (x86)DOSBox-0.74DOSBox.exe"
SET SDL_VIDEODRIVER=dummy
REM cleanup CPE2X.EXE stdout file
copy /Y nul: CPE2XOUT.TXT > nul
REM execute CPE2X.EXE inside DOSBOX
%DOSBOX_EXE% -noconsole -c "MOUNT D 'D:'" -c "D:" -c "cd %cd%" -c "%PSYQ_PATH%bin_CPE2X.EXE %* > CPE2XOUT.TXT" -c exit
REM print CPE2X.EXE stdout to console
type CPE2XOUT.TXT

Я тут свои реальные пути в системе оставил, ну да ладно.
Что там происходит:

1.

SET SDL_VIDEODRIVER=dummy

– т.к. DOSBOX написан с использованием SDL, то есть такой вот легальный путь запустить dosbox в headless режиме!

2.

copy /Y nul: CPE2XOUT.TXT > nul

– тут генерится/очищается файл, который будет содержать в себе выхлоп реального cpe2x.exe, нам же надо всё красиво сделать!

3. Вызываем DOSBOX!  Я монтирую реальный диск D в диск D внутри DOSBOX, так проще работать с путями. Потом переход в папку проекта: -c “cd %cd%”  тут важное уточнение: cd указывает на папку проекта, ибо я из неё запускаю данную команду, о том как это делается – напишу ниже. Дальше идёт запуск реального приложения

"%PSYQ_PATH%bin_CPE2X.EXE %* > CPE2XOUT.TXT"

с перенаправлением вывода в файл, чтоб потом этот файл запринтить хостовому приложению для красоты, типа я запустил настоящее приложение и увидел вывод.

4. Ну и принтим  в консоль вывод

type CPE2XOUT.TXT

С SDK вроде всё.

Далее внутри проекта прям рядом с сорцами и мейкфайлом я создаю ещё 1 bat файл build_console.bat

start "PSX Build Console" call "D:LPSOnepsyqPSPATHS.BAT"

Он мне настраивает пути psy-q и оставляет окно консоли в котором я могу билдить проект! Это удобно!
Внутри окна консоли я просто вбиваю psymake и происходит магия! Всё отлично собирается и даже не видно, что я запускал dosbox!
Вот мой тестовый Makefile

.PHONY: all

all:main.c
ccpsx -O3 -Xo$80010000 main.c -omain.cpe,main.sym,mem.map
cpe2x main.cpe

После запуска psymake в этой консоли получаем вот такой красивый вывод:

D:LPSOneprojectsPS1Dev>psymake
ccpsx -O3 -Xo0010000 main.c -omain.cpe,main.sym,mem.map
cpe2x main.cpe
CPE2X Ver1.5
Copyright (C) 1994,1995 by Sony Computer Entertainment Inc.
convert from main.cpe to main.EXE for Japan area
pc0:0000881c  t_addr:00002710  t_size:00008800

Ретро задротство: запилил диски для PlayStation 1

Еле нашёл нормальные Jewel box-ы для дисков в Воронеже (не удивительно, время дисков уже прошло)! Китайцы же вообще обалдели, продают по цене от 140р за ОДНУ коробку!!! Ну да ладно, это как с биткоинами – главное вовремя закупиться ) Ах да, купил я эти коробки в классном магазинчике “Темп” на Плехановской, вот: https://goo.gl/maps/MUTooGEchcH2

Потом разобрался с размерами печати, запилил разметку в фотошопе и нагенерил кучу обложек, распечатал, вырезал, вставил в  диски и вот…

И вот

И вот

Сделал те же диски, что когда-то раньше и были у меня, но давно утеряны.

Ретро задротство: пишем простое приложение для PlayStation 1

Наконец дошли руки и я таки выполнил одно из древних желаний – написал хоть какой-то рабочий код для PlayStation1 !!Буду иногда тут исследовать PS1 SDK (Psy-Q) https://github.com/L-proger/PS1Dev

Понял как выводится дефолтный текст (шрифт грузится из BIOS-а), очищается экран (можно просто очистить через GsClearDispArea или закинуть вместе с другими задачами через GsSortClear).

Курить ещё много чего надо, документация в SDK очень корявая и конечно же ни каких примеров в ней, благо есть демки в интернете, в них можно подсмотреть код )

Нашёл ещё крутейший эмулятор, no$psx:  http://problemkaputt.de/psx.htm  Он единственный (из всех что я видел) имеет дебаггер с breakpoint-ами и главное (для меня) умеет выводить в окно результат printf!!!  Дада, в ps1 был дебаг порт куда можно было принтить.

А вот и скрин (собрал диск .iso, запустил в эмуляторе, прожигать на болванку пока лень).

Если не извращаться и юзать всё как есть в SDK, то необходимо поставить Windows x86 (обязательно, в x64 не запускаются тулзы из SDK), не новее Windows 7.  Собственно, я и поставил Windows7 x86 в виртуалку, в ней и делаю сборку. Однако, программирую в своей хостовой OS Windows 10 в VisualStudio.  Открываю проект-папку, в json прописаны пути инклудов и вуаля,  годная IDE, комплит и OS в виртуалке только ради сборки.

STM32 HAL_SPI_TransmitReceive_DMA restart bug

  Захотелось мне перезапустить трансфер SPI прямо в колбэке HAL_SPI_TxRxCpltCallback. Казалось бы, из названия колбэка ясно, что вызывается он, когда и Tx и Rx полностью завершены и нет причин, почему в этом же колбэке нельзя запустить новый трансфер.

  А вот и есть: рукожопость.  Если внутри HAL_SPI_TxRxCpltCallback снова вызвать HAL_SPI_TransmitReceive_DMA, то трансфер никогда не завершится.

  А вот почему? Изначально не понятно, я же хорошо написал код, захендлил все Error code-ы библиотеки и если что-то не так, то я бы увидел в терминале ошибку и код автоматом бы мне вызвал breakpoint. Но всё вроде как ок, ошибок нет!

  Проверил под дебаггером – да,  HAL_SPI_TransmitReceive_DMA во второй раз возвращает HAL_OK! Статусы/регистры все сконфигурены корректно в SPI, стейт BUSY но прерываний нет… о_О

  Но не стоит недооценивать разработчиков HAL библиотеки, они те ещё рукожопы. Вспомнил я как несколько лет назад писал им в саппорт и уведомлял о баге, но конечно же его не починили )

Часть кода функции HAL_SPI_TransmitReceive_DMA:


/* Set the DMA AbortCpltCallback */

hspi->hdmarx->XferAbortCallback = NULL;


/* Enable the Rx DMA Stream/Channel  */

HAL_DMA_Start_IT(hspi->hdmarx, (uint32_t)&hspi->Instance->DR, (uint32_t)hspi->pRxBuffPtr, hspi->RxXferCount);


/* Enable Rx DMA Request */

SET_BIT(hspi->Instance->CR2, SPI_CR2_RXDMAEN);

  HAL_DMA_Start_IT возвращает код ошибки, который благополучно игнорируется! И кажется, что всё ОК )) А на самом деле HAL_SPI_TxRxCpltCallback  вызывается из прерывания RX DMA канала, а обработчик TX канала ещё не вызывался к этому моменту (он вызовется после RX канала).  И получается, что в колбэке RX DMA канала я перезапускаю передачу, которая не смогла запустить TX DMA канал  (он ещё не разлочен своим обработчиком прерывания) и потому всё висит.

  Это восхитительно.  Мало того, что TX прерывания ещё не было, но уже вызвался HAL_SPI_TxRxCpltCallback , так ещё и коды ошибок нагло игнорируются, вводя в глубочайшее заблуждение. Вот как так?  Железо у ST отличное, а код – говно…