Verification error first mismatch at byte 0x3e000

Речь пойдет о том, как держать Arduino всегда в работоспособном состоянии. Механизм watchdog встроен в контроллеры Atmega, но, к сожалению, не всякий загрузчик (bootloader) Arduino правильно обрабатывает эту функцию. Попробуем разобраться с этой проблемой.

Итак, что такое watchdog? Простыми словами — это встроенный таймер на определенное время (до 8 сек в зависимости от чипа), который можно запустить программно. Как только таймер «дотикает» до нуля, контроллер подает правильный сигнал сброса (RESET) и всё устройство уходит в hard перезагрузку. Самое главное, что этот таймер можно сбрасывать в начальное состояние также программным способом.

• Правильный сигнал сброса — достаточный по длительности для того, чтобы контроллер начал перегружаться. Иногда есть соблазн подключить к RST входу какой-либо цифровой выход Arduino и устанавливать его в 0 когда надо перегрузиться. Это плохой подход к решению проблемы, т.к. такого сигнала может быть недостаточно по времени, хотя и не исключено, что в некоторых случаях это тоже будет работать..
• hard перезагрузка это самая настоящая перезагрузка, которая происходит при нажатии на кнопку RESET. Дело в том, что есть еще понятие soft перезагрузки — это программный переход на 0-вой адрес. В принципе, это тоже полезная вещь, но с помощью нее невозможно перегрузить зависший контроллер Ethernet или взглюкнувший LCD.

Короче говоря, встроенный watchdog это как раз то, что нужно и без дополнительных схем, пайки и соединений.

Функции Watchdog

Чтобы использовать функции Watchdog нужно подключить к проекту стандартную библиотеку:

#include <avr/wdt.h>

Теперь нам доступны следующие три функции:

1. Запуск таймера watchdog:

wdt_enable(WDTO_8S);
/* Возможные значения для константы
  WDTO_15MS
  WDTO_30MS
  WDTO_60MS
  WDTO_120MS
  WDTO_250MS
  WDTO_500MS
  WDTO_1S
  WDTO_2S
  WDTO_4S
  WDTO_8S
*/

Таймер будет считать ровно столько, сколько указано в константе. По истечении этого времени произойдет перезагрузка.

2. Сброс таймера watchdog:

wdt_reset();

Думаю, понятно для чего нужна эта функция — пока вы вызываете ее, контроллер не сбросится. Как только система зависнет и эта функция вызываться перестанет, то по истечении заданного периода произойдет перезагрузка.

3. Отключение watchdog:

wdt_disable();

Отключение таймера watchdog.

Собственно, на этом можно было бы и закончить наше повествование о watchdog… но дело в том, что все это работает только в Arduino Uno, а на Arduino Mega, Mini и Nano все это работает ровно наоборот, т.е. не работает совсем

Почему watchdog не работает на большинстве современных плат Arduino

Дело в том, что после перезагрузки, которая была вызвана watchdog, контроллеры последних выпусков оставляют включенным watchdog на минимальный период, т.е. 15ms. Это нужно для того, чтобы программа как-то узнавала, что предыдущая перезагрузка была по watchdog. Поэтому первоочередная задача загрузчика (или вашей программы, если она запускается первой) — сохранить информацию о том, что перезагрузка была «неожиданной» и сразу же выключить watchdog. Если этого не сделать, то система уйдет в bootloop, т.е. будет вечно перегружаться.

Как известно, в Arduino есть специальный загрузчик, который выполняется в первую очередь после перезагрузки системы. И, к огромному сожалению, стандартный загрузчик не сбрасывает watchdog! Таким образом, система заходит в жестокий bootloop (состояние «crazy led», при котором светодиод на 13-м пине мигает как сумасшедший).

Пути решения проблемы

Если посмотреть на исходники стандартного загрузчика (они есть в поставке платформы), то код отключения watchdog есть (!), но этот код вынесен под условную компиляцию и, по всей видимости, стандартный загрузчик скомпилирован без поддержки watchdog. По крайней мере в пакете платформы версии 1.5.2 (последней на момент написание статьи) дело обстоит именно так.

Для решения проблемы я даже прочитал man-ы самой платформы (:) и вроде бы там описана эта проблема и даже приведен код, который должен сделать всех счастливыми:

uint8_t mcusr_mirror __attribute__ ((section (".noinit")));
void get_mcusr(void) __attribute__((naked)) __attribute__((section(".init3")));
void get_mcusr(void){
  mcusr_mirror = MCUSR;
  MCUSR = 0;
  wdt_disable();
}

Здесь описывается функция get_mcusr(), которая должна вызываться сразу после сброса. Это достигается макросом «__attribute__((section(«.init3″)))». Я пробовал прописывать эту функцию во все секции, которые только возможно — да, она действительно запускается до функции setup() из скетча, но, к сожалению, гораздо позже 15ms (минимальная константа watchdog) после сброса…

Короче говоря, как я ни рыл интернет в поисках легкого решения проблемы, так ничего найдено не было. Я нашел только один способ заставить watchdog работать — перепрошить загрузчик… чем мы сейчас и займемся.

Проверка работоспособности watchdog

Прежде чем что-то прошивать, нужно проверить — вдруг ваша Arduino поддерживает watchdog. Для этого я написал небольшой скетч для теста. Просто залейте его, откройте монитор порта и смотрите, что будет происходить.

#include <avr/wdt.h>

void setup() {
  wdt_disable(); // бесполезная строка до которой не доходит выполнение при bootloop
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Setup..");
  
  Serial.println("Wait 5 sec..");
  delay(5000); // Задержка, чтобы было время перепрошить устройство в случае bootloop
  wdt_enable (WDTO_8S); // Для тестов не рекомендуется устанавливать значение менее 8 сек.
  Serial.println("Watchdog enabled.");
}

int timer = 0;

void loop(){
  // Каждую секунду мигаем светодиодом и значение счетчика пишем в Serial
  if(!(millis()%1000)){
    timer++;
    Serial.println(timer);
    digitalWrite(13, digitalRead(13)==1?0:1); delay(1);
  }
//  wdt_reset();
}

После перезагрузки (или подключения монитора к порту) встроенный светодиод мигнет, сигнализируя о том, что запустился загрузчик. Далее в секции setup происходит включение watchdog с таймером на 8 сек. После этого светодиод отсчитает нам это время и должна произойти перезагрузка.

Далее начинается самое интересное — если перезагрузка произошла и все повторяется в такой же последовательности, то вы имеете на руках Arduino, в которой загрузчик правильно обрабатывает watchdog. Если же после перезагрузки светодиод на 13-м пине начинает бесконечно мигать, то значит загрузчик не поддерживает watchdog. Здесь даже кнопка сброса не поможет. Для последующей прошивки нужно плату отключать от питания и после включения успеть прошить до первой перезагрузки.

Я протестировал 4 вида плат и только загрузчик в Arduino Uno сработал так как надо:

Как легче всего прошить новый загрузчик?

Прошивать загрузчик в Arduino можно с помощью отдельных программаторов, а можно собрать свой программатор с помощью той же самой Arduino. Т.е. любую плату Arduino можно превратить в программатор, залив туда специальный скетч.

Я не буду в этой статье описывать все премудрости создания программатора на основе Arduino, т.к. эта тема довольно подробно описана в интернете. В качестве программатора я использовал Arduino Uno. Как известно, прошивка производится через отдельный разъем ICSP, который есть почти на всех платах. В случае прошивки Arduino Pro Mini, у которого нет IСSP, подключение производится непосредственно к выводам.

Где взять загрузчик, который поддерживает watchdog?

Эта глава напоминает танцы с бубном и скорее всего можно сделать все как-то проще, но, увы, у меня по-другому не получилось.

Рекомендуется использовать загрузчики из пакета optiboot. В принципе, эти загрузчики идут в инсталляции самой платформы Arduino, но лучше скачать и установить последнюю версию optiboot отсюда. Установка заключается в двух шагах (возможно, это можно сделать как-то по-другому):

1. Папка bootloadersoptiboot перезаписывается в C:Program Files (x86)Arduinohardwarearduinoavrbootloadersoptiboot
2. Файл boards.txt дописывается к файлу C:Program Files (x86)Arduinohardwarearduinoavrboards.txt

Естественно, папка установки платформы Arduino у вас может быть другой.

Далее перегружается среда разработки и в меню Сервис/Плата можно наблюдать новые платы с пометкой [optiboot]. К сожалению, при выборе этих плат происходят какие-то непонятные ошибки компиляции и появляются всякие другие странности… поэтому делаем еще проще. Открываем в любом текстовом редакторе файл C:Program Files (x86)Arduinohardwarearduinoavrboards.txt и меняем следующие строчки:

Для Arduino Nano:
menu.cpu.nano.atmega328.bootloader.file=optiboot/optiboot_atmega328.hex

Для Arduino Mini:
menu.cpu.mini.atmega328.bootloader.file=optiboot/optiboot_atmega328.hex

Следующая проблема в том, что загрузчика optiboot для платы Arduino Mega не существует в природе, т.к. в Mega больше памяти и используется другой протокол. Поэтому мы используем стандартный, но модифицированный загрузчик, который качаем отсюда. Файл переименовываем в stk500boot_v2_mega2560_2.hex и записываем в папку C:Program Files (x86)Arduinohardwarearduinoavrbootloadersstk500v2.

Далее меняем в уже знакомом файле boards.txt следующую строчку:
mega2560.bootloader.file=stk500v2/stk500boot_v2_mega2560_2.hex

Не пугайтесь, что файл модифицированной прошивки для Mega в 2 раза меньше стандартного — так вроде бы должно быть.

Процесс прошивки

После всех изменений можно прошивать загрузчики, выбирая в меню плат обычные платы (не [optiboot]!). В этом случае прошиваться будут именно те файлы hex, которые мы указали в файле board.txt.
Процесс прошивки может не стартовать и выдаваться ошибка:

avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00

Для решения этой проблемы откройте скетч программатора и в секции setup выберите другую скорость последовательного порта.
Во время заливки в Arduino Mega может появляться ошибка, которую следует игнорировать:

avrdude: verification error, first mismatch at byte 0x3e000
                               0x0d != 0xff
                      avrdude: verification error; content mismatch 

Заключительные манипуляции

Загрузчики optiboot имеют еще одну особенность — они увеличивают скорость загрузки скетчей, поэтому при использовании плат с optiboot нужно внести соответствующие изменения в boards.txt:

Для Arduino Nano:
menu.cpu.nano.atmega328.upload.speed=115200
Для Arduino Mini:
menu.cpu.mini.atmega328.upload.speed=115200

Предыдущую скорость порта лучше тоже запомнить, т.к. ее нужно будет использовать на платах со стандартными загрузчиками. Если такие изменения не сделать, то процессе заливки скетчей будет выдаваться ошибка, типа такой:

avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00

Ссылки, литература

Пакет optiboot
Прошивка bootloader
Как прошить bootloader в Arduino Pro Mini

I have same error with USBTinyISP:

C:Arduinohardwaretoolsavr/bin/avrdude -CC:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/avrdude.conf -v -patmega128 -cusbtiny -e -Ulock:w:0x3f:m -Uefuse:w:0xff:m -Uhfuse:w:0xc6:m -Ulfuse:w:0xbf:m

avrdude: Version 6.0.1, compiled on Apr 15 2015 at 19:59:58
Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
Copyright (c) 2007-2009 Joerg Wunsch

     System wide configuration file is "C:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/avrdude.conf"

     Using Port                    : usb
     Using Programmer              : usbtiny

avrdude: usbdev_open(): Found USBtinyISP, bus:device: bus-0:.libusb0-0001—0x1781-0x0c9f
AVR Part : ATmega128
Chip Erase delay : 9000 us
PAGEL : PD7
BS2 : PA0
RESET disposition : dedicated
RETRY pulse : SCK
serial program mode : yes
parallel program mode : yes
Timeout : 200
StabDelay : 100
CmdexeDelay : 25
SyncLoops : 32
ByteDelay : 0
PollIndex : 3
PollValue : 0x53
Memory Detail :

                              Block Poll               Page                       Polled
       Memory Type Mode Delay Size  Indx Paged  Size   Size #Pages MinW  MaxW   ReadBack
       ----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
       eeprom         4    12    64    0 no       4096    8      0  9000  9000 0xff 0xff
       flash         33     6   128    0 yes    131072  256    512  4500  4500 0xff 0xff
       lfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
       hfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
       efuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
       lock           0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
       calibration    0     0     0    0 no          4    0      0     0     0 0x00 0x00
       signature      0     0     0    0 no          3    0      0     0     0 0x00 0x00

     Programmer Type : USBtiny
     Description     : USBtiny simple USB programmer, http://www.ladyada.net/make/usbtinyisp/

avrdude: programmer operation not supported

avrdude: Using SCK period of 10 usec
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.01s

avrdude: Device signature = 0x1e9702
avrdude: erasing chip
avrdude: Using SCK period of 10 usec
avrdude: reading input file «0x3f»
avrdude: writing lock (1 bytes):

C:Arduinohardwaretoolsavr/bin/avrdude -CC:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/avrdude.conf -v -patmega128 -cusbtiny -Uflash:w:C:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/bootloaders/optiboot_flash/atmega128/optiboot_flash_atmega128_115200_16MHz.hex:i -Ulock:w:0x0f:m

avrdude: Version 6.0.1, compiled on Apr 15 2015 at 19:59:58
Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
Copyright (c) 2007-2009 Joerg Wunsch

     System wide configuration file is "C:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/avrdude.conf"

     Using Port                    : usb
     Using Programmer              : usbtiny

avrdude: usbdev_open(): Found USBtinyISP, bus:device: bus-0:.libusb0-0001—0x1781-0x0c9f
AVR Part : ATmega128
Chip Erase delay : 9000 us
PAGEL : PD7
BS2 : PA0
RESET disposition : dedicated
RETRY pulse : SCK
serial program mode : yes
parallel program mode : yes
Timeout : 200
StabDelay : 100
CmdexeDelay : 25
SyncLoops : 32
ByteDelay : 0
PollIndex : 3
PollValue : 0x53
Memory Detail :

                              Block Poll               Page                       Polled
       Memory Type Mode Delay Size  Indx Paged  Size   Size #Pages MinW  MaxW   ReadBack
       ----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
       eeprom         4    12    64    0 no       4096    8      0  9000  9000 0xff 0xff
       flash         33     6   128    0 yes    131072  256    512  4500  4500 0xff 0xff
       lfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
       hfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
       efuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
       lock           0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
       calibration    0     0     0    0 no          4    0      0     0     0 0x00 0x00
       signature      0     0     0    0 no          3    0      0     0     0 0x00 0x00

     Programmer Type : USBtiny
     Description     : USBtiny simple USB programmer, http://www.ladyada.net/make/usbtinyisp/

avrdude: programmer operation not supported

avrdude: Using SCK period of 10 usec
Writing | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: 1 bytes of lock written
avrdude: verifying lock memory against 0x3f:
avrdude: load data lock data from input file 0x3f:
avrdude: input file 0x3f contains 1 bytes
avrdude: reading on-chip lock data:

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: verifying …
avrdude: 1 bytes of lock verified
avrdude: reading input file «0xff»
avrdude: writing efuse (1 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: 1 bytes of efuse written
avrdude: verifying efuse memory against 0xff:
avrdude: load data efuse data from input file 0xff:
avrdude: input file 0xff contains 1 bytes
avrdude: reading on-chip efuse data:

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: verifying …
avrdude: 1 bytes of efuse verified
avrdude: reading input file «0xc6»
avrdude: writing hfuse (1 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: 1 bytes of hfuse written
avrdude: verifying hfuse memory against 0xc6:
avrdude: load data hfuse data from input file 0xc6:
avrdude: input file 0xc6 contains 1 bytes
avrdude: reading on-chip hfuse data:

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: verifying …
avrdude: 1 bytes of hfuse verified
avrdude: reading input file «0xbf»
avrdude: writing lfuse (1 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: 1 bytes of lfuse written
avrdude: verifying lfuse memory against 0xbf:
avrdude: load data lfuse data from input file 0xbf:
avrdude: input file 0xbf contains 1 bytes
avrdude: reading on-chip lfuse data:

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: verifying …
avrdude: 1 bytes of lfuse verified

avrdude done. Thank you.

avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.01s

avrdude: Device signature = 0x1e9702
avrdude: NOTE: «flash» memory has been specified, an erase cycle will be performed
To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: Using SCK period of 10 usec
avrdude: reading input file «C:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/bootloaders/optiboot_flash/atmega128/optiboot_flash_atmega128_115200_16MHz.hex»
avrdude: writing flash (131072 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: 131072 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against C:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/bootloaders/optiboot_flash/atmega128/optiboot_flash_atmega128_115200_16MHz.hex:
avrdude: load data flash data from input file C:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/bootloaders/optiboot_flash/atmega128/optiboot_flash_atmega128_115200_16MHz.hex:
avrdude: input file C:UsersMehdi.BARNAMENEVIS.000AppDataLocalArduino15packagesMegaCorehardwareavr1.0.3/bootloaders/optiboot_flash/atmega128/optiboot_flash_atmega128_115200_16MHz.hex contains 131072 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: verifying …
avrdude: verification error, first mismatch at byte 0x1fc00
0xff != 0x01
avrdude: verification error; content mismatch

avrdude done. Thank you.

Error while burning bootloader.

Как вам может быть известно, Arduino (а вернее, микроконтроллер на плате) поддерживает watchdog (сторожевой таймер) который позволяет установить промежуток времени, через который микроконтроллер будет перезагружен, даже если программа зависнет. При этом, сторожевой таймер может быть сброшен программно. Схема работы примерно следующая: «взодим» таймер на некоторое количество секунд, а далее в основной программе постоянно обнуляем счётчик, если всё идёт нормально. Как только мы перестанем обнулять счётчик (а это и может означать зависание), контроллер автоматически перезагрузится по истечению заданного времени. Однако, работа с watchdog должна поддерживаться загрузчиком платы. Дело в том, что после перезагрузки, которая была вызвана watchdog, контроллеры последних выпусков оставляют включенным сторожевой таймер на минимальный период, т.е. 15ms. Это нужно для того, чтобы была возможность внутри программы узнать, что перезагрузка была по watchdog.Поэтому первоочередная задача загрузчика — сохранить информацию о том, что перезагрузка была «неожиданной» и сразу же выключить сторожа. Если этого не сделать, то система уйдет в bootloop, т.е. будет вечно перегружаться. Как известно, в Arduino есть специальный загрузчик, который выполняется в первую очередь после перезагрузки системы. И, к огромному сожалению, стандартный загрузчик не сбрасывает watchdog! Таким образом, система заходит в жестокий bootloop (состояние «crazy led», при котором светодиод на 13-м пине мигает как сумасшедший). Из статьи вы узнаете, как проверить загрузчик своей платы на поддержку watchdog и что делать, если он не поддерживается.

Проверка загрузчика

Для проверки загрузчика следует загрузить в плату следующий скетч:

#include <avr/wdt.h>

void setup() {
  wdt_disable(); // бесполезная строка до которой не доходит выполнение при bootloop
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Setup..");
  
  Serial.println("Wait 5 sec..");
  delay(5000); // Задержка, чтобы было время перепрошить устройство в случае bootloop
  wdt_enable (WDTO_8S); // Для тестов не рекомендуется устанавливать значение менее 8 сек.
  Serial.println("Watchdog enabled.");
}

int timer = 0;

void loop(){
  // Каждую секунду мигаем светодиодом и значение счетчика пишем в Serial
  if(!(millis()%1000)){
    timer++;
    Serial.println(timer);
    digitalWrite(13, digitalRead(13)==1?0:1); delay(1);
  }
//  wdt_reset();
}

После подачи питания встроенный светодиод мигнет, сигнализируя о том, что запустился загрузчик. Далее в секции setup происходит включение watchdog с таймером на 8 сек. Через 8 минут работы должна произойти перезагрузка. Если после перезагрузки платы весь цикл повторяется, то ваша плата поддерживает watchdog:

В противном случае вы увидите, как светодиод на 13 пине начнёт лихорадочно мигать. Это как раз и есть внешнее проявление bootloop. В мониторе порта вы увидите только первый цикл. После него новые строки выводиться перестанут:

Нажатие кнопки reset не изменить ситуации. Для «лечения» платы, её нужно отключить от питания, затем подключить снова и залить любой другой скетч.

Рекомендуется использовать загрузчики из пакета optiboot. В принципе, эти загрузчики идут в инсталляции самой платформы Arduino, но лучше скачать и установить последнюю версию optiboot с сайта разработчиков: https://github.com/Optiboot/optiboot или копию с моего сайта: https://uscr.ru/share/optiboot.zip

После прошивки загрузчика optiboot вы уже не сможете загружать в плату скетчи со стандартными настройками среды. Поэтому, рекомендую все последующие действия производить на копии среды разработки. В ОС linux для этого достаточно скопировать каталог, из которого запускается среда разработки с новым именем. В ОС Windows, кажется, тоже достаточно просто скопировать папку (по умолчанию C:Program Files (x86)Arduino). Далее все пути к папкам и файлам указаны относительно корневого каталога со средой разработки.

Папку optiboot-master/optiboot/bootloaders/optiboot из архива нужно переместить в hardware/arduino/avr/bootloaders/optiboot

Содержимое файла optiboot-master/optiboot/boards.txt дописать в конец файла hardware/arduino/avr/boards.txt

После (пере)запуска среды разработки, в списке плат появятся новые платы с пометкой [optiboot].
Для прошивки загрузчика вам понадобится 2 платы Arduino. Одна из них будет использоваться в качестве программатора. Теоретически, в качестве программатора подходит любая плата. Но у меня получилось заставить работать только Arduino Uno. Ни Nano, ни leonardo работать программатором не захотели. Если Arduino Uno у вас нет, купить её у проверенного мной продавца можно здесь.

Подключите плату-программатор к компьютеру и залейте в неё скетч Arduino ISP, который входит в стандартную поставку среды разработки (Файл->Arduino ISP->Arduino ISP).

Теперь можно временно отключить нашу плату-программатор от компьютера. И соединить её с платой, в которую хотим записать загрузчик. В моём случае, это будет Arduino Nano. Прошивка производится через отдельный разъем ICSP, который есть почти на всех платах. MISO соединяется с MISO, MOSI с MOSI и SCK с SCK. При этом подключать ICSP целевой платы нужно к обычным выводам платы-программатора. Это довольно странно, но соединение ICSP-ICSP не работает. Хотя контакты там физически соединены друг с другом. Соединение нужно выполнить вот по такой схеме:

Вот распиновка ICSP разъёма (плата ориентирована USB разъёмом вправо):

Дополнительно, необходимо на плате-программаторе установить электролитический конденсатор ёмкостью не менее 10мкФ(uF) между выводом Reset и GND, для препятствования автоматическому сбросу программатора при начале прошивки. Не забудьте подключить питание к целевой плате.

Ещё можно установить светодиоды (через резистор), с помощью которых программатор сигнализирует об ошибках:

Вот так всё это должно выглядеть в итоге:

На схеме не показаны резисторы для светодиодов, что бы не загромождать иллюстрацию. Если вы не знаете, зачем светодиодам нужны резисторы, то я вам целую статью написал: Светодиод .

В случае прошивки Arduino Pro Mini, у которого нет IСSP, подключение производится непосредственно к выводам:

После подключения целевой платы к программатору, нужно подключить программатор к компьютеру, в качестве программатора выбрать «Arduino as ISP»:

А в качестве платы для прошивки указать целевую плату, а не программатор. Т.Е. в моём случае, в качестве платы выбираю Arduino Nano:

Теперь достаточно выбрать пункт «Инструменты»->»Записать загрузчик»:

После записи загрузчика нужно ещё исправить конфиг. Загрузчики optiboot имеют еще одну особенность — они увеличивают скорость взаимодействия по последовательному порту, поэтому при использовании плат с optiboot нужно внести соответствующие изменения в boards.txt:

Для Arduino Nano:
menu.cpu.nano.atmega328.upload.speed=115200
Для Arduino Mini:
menu.cpu.mini.atmega328.upload.speed=115200

С такими настройками вы уже не сможете заливать скетчи в платы с оригинальным загрузчиком. Поэтому, вам нужно либо прошить все свои платы под optiboot, либо иметь копию среды разработки с изменёнными настройками. Поэтому в начале статьи я и предлагал создать копию среды.

После всех манипуляций подключаем целевую плату к компьютеру и вновь заливаем проверочный скетч из начала статьи. Всё должно работать.

Возможные проблемы

Процесс прошивки может не стартовать и выдаваться ошибка:

avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00

Для решения этой проблемы откройте скетч программатора и в секции setup выберите другую скорость последовательного порта.
Во время заливки в Arduino Mega может появляться ошибка, которую следует игнорировать:

avrdude: verification error, first mismatch at byte 0x3e000
                               0x0d != 0xff
                      avrdude: verification error; content mismatch 

При возникновении других ошибок с платами optiboot, можно поступить проще: в файле hardware/arduino/avr/boards.txt заменить следующие строчки:

Для Arduino Nano:
menu.cpu.nano.atmega328.bootloader.file=optiboot/optiboot_atmega328.hex

Для Arduino Mini:
menu.cpu.mini.atmega328.bootloader.file=optiboot/optiboot_atmega328.hex

Ну и для любой другой платы по аналогии. Кроме Arduino Mega. В Mega больше памяти и используется другой протокол. Поэтому мы используем стандартный, но модифицированный загрузчик, который качаем отсюда: https://github.com/arduino/Arduino-stk500v2-bootloader/tree/master/goodHexFiles или копию с моего сайта: https://uscr.ru/share/stk500boot_v2_mega2560.hex. Файл переименовываем в stk500boot_v2_mega2560_2.hex и перемещаем в hardwarearduinoavrbootloadersstk500v2.

Далее меняем в уже знакомом файле boards.txt следующую строчку:
mega2560.bootloader.file=stk500v2/stk500boot_v2_mega2560_2.hex

После этих изменений можно прошивать загрузчики, выбирая в меню обычные платы (не [optiboot]!). В этом случае прошиваться будут именно те файлы hex, которые мы указали в файле board.txt.

Статья основана на следующих материалах, в которых затронутые темы рассмотрены более подробно:

http://inet-deal.mpa.ru/articles/arduino-003.html
https://geektimes.ru/post/255800/
https://habr.com/post/144620/

I first hit this problem several years ago when writing a really big program that had to run on a Mega. Then I hit it again last night and had to try to remember the cause.

I believe this is a problem only on older Mega’s. I believe the new ones ship with a recent boot loader. The original one I had issue with 2+ years ago had come from china (an unrealized knock-off). The one I had trouble with last night was an old one at the local maker space.

This time I’ll document the fix here so next time I might be able to find the solution without referring to my faulting memory.

The basic issue is caused by having ‘!!!’ embedded in your code. The older boot loader uses this for something. Initially I did have a constant containing ‘!!!’. When I found the issue, I removed the constant, but i still had intermittent problems. The code was large enough that some of the code itself was just happened to contain the string. So fixing the boot loader was the only option.

These notes were taken largely verbatim from the software document I maintained during the project:

Arduino Mega 2560 “!!!” Problem

Here is a brilliant one: The boot loader for the Mega 2560 uses “!!!” for some special purpose. If you have that string in the code being uploaded, the upload will hang.

This has become a show stopper. although I yanked the literal “!!!” I was using periodically I still get object code generated with that sequence. Up to now I’ve been able to rearrange code to work around it, but now it is happening in the middle of a large array declaration and i cannot get around it. I am being forced to address the problem.

My immediate work around was to go back to the Arduino Mega which doesn’t have the bug. That is allowing me to continue development, but I need to fix the production board that the company purchased.

I researched the problem further and found that the boot loader has been patched. Here is the thread regarding the problem and patch:

http://code.google.com/p/arduino/issues/detail?id=392

and the code for the downloader:

http://www.xyfyx.com/files/stk500boot_v2_mega2560.hex

The problem is installing this boot loader. I can’t just do it with the hardware I have. One option is to purchase a bootloader programmer:

https://www.sparkfun.com/products/9825?

The other is to program an UNO to act as a programmer. Instructions for doing that are here:

http://www.sparkfun.com/tutorials/247

I also need all of the ‘fuse’ settings for the chip. I got these from boards.txt file that is in the arduino directory:

mega2560.name=Arduino Mega 2560 or Mega ADK

mega2560.upload.protocol=stk500v2
mega2560.upload.maximum_size=258048
mega2560.upload.speed=115200

mega2560.bootloader.low_fuses=0xFF
mega2560.bootloader.high_fuses=0xD8
mega2560.bootloader.extended_fuses=0xFD
mega2560.bootloader.path=stk500v2
mega2560.bootloader.file=stk500boot_v2_mega2560.hex
mega2560.bootloader.unlock_bits=0x3F
mega2560.bootloader.lock_bits=0x0F

mega2560.build.mcu=atmega2560
mega2560.build.f_cpu=16000000L
mega2560.build.core=arduino
mega2560.build.variant=mega

Here are instructions on using the monitor. Make sure baudrate is 11520

http://www.avr-developers.com/bootloaderdocs/index.html

Uploading Boot Loader with Pocket AVR Programmer

Purchased AVR programmer to resolve above error. Here are instructions from the sparkfun website:

To use this programmer, attach to a Windows machine and install the drivers listed below. Open a command prompt. Assuming WinAVR (and therefore AVRDUDE) have been installed, type:

avrdude -c usbtiny -B 1 -patmega328 -U flash:w:main.hex

Be sure to include the “-B 1” flag as this will significantly increase the programming speed! You may need to change -p flag to your appropriate microcontroller. You can setup a tool and hotkey in Programmers Notepad to do this automatically.

https://code.google.com/p/robot-exporers/source/browse/trunk/hardware/Programmers/Pocket+AVR+Programmer/AVR-Pocket-Programmer-v15.zip?r=485

I unzipped the above files into a new folder, plugged in the programmer, and pointed to that directory to find driver files. That worked fine.

AVRDUDE is located here:

C:Program FilesArduino-1.0.1hardwaretoolsavrbin

CD to that dir.

Move the HEX file to the avrdude directory.

connect cable to arduino, with cable going away from reset button.

connect USB cable to programmer.

Lights will turn on for both boards

To test the connection I type:

[C:Program FilesArduino-1.0.1hardwaretoolsavrbin] avrdude -c usbtiny -p m2560 -C ..etcavrdude.conf -v

avrdude: Version 5.11, compiled on Sep  2 2011 at 19:38:36
Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
Copyright (c) 2007-2009 Joerg Wunsch

System wide configuration file is "..etcavrdude.conf"

Using Port                    : lpt1
Using Programmer              : usbtiny
Overriding Baud Rate          : 19200
avrdude: usbdev_open(): Found USBtinyISP, bus:device: bus-0:\.libusb0-0001--0x1781-0x0c9f
AVR Part                      : ATMEGA2560
Chip Erase delay              : 9000 us
PAGEL                         : PD7
BS2                           : PA0
RESET disposition             : dedicated
RETRY pulse                   : SCK
serial program mode           : yes
parallel program mode         : yes
Timeout                       : 200
StabDelay                     : 100
CmdexeDelay                   : 25
SyncLoops                     : 32
ByteDelay                     : 0
PollIndex                     : 3
PollValue                     : 0x53
Memory Detail                 :

Block Poll               Page      Polled
Memory Type Mode Delay Size  Indx Paged  Size   Size #Pages MinW  MaxW   ReadBack
----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
eeprom        65    10     8    0 no       4096    8      0  9000  9000 0x00 0x00
flash         65    10   256    0 yes    262144  256   1024  4500  4500 0x00 0x00
lfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
hfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
efuse          0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
lock           0     0     0    0 no          1    0      0  9000  9000 0x00 0x00
calibration    0     0     0    0 no          1    0      0     0     0 0x00 0x00
signature      0     0     0    0 no          3    0      0     0     0 0x00 0x00

Programmer Type : USBtiny
Description     : USBtiny simple USB programmer, http://www.ladyada.net/make/usbtinyisp/
avrdude: programmer operation not supported

avrdude: Using SCK period of 10 usec
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.02s

avrdude: Device signature = 0x1e9801
avrdude: safemode: lfuse reads as FF
avrdude: safemode: hfuse reads as D8
avrdude: safemode: efuse reads as FD

avrdude: safemode: lfuse reads as FF
avrdude: safemode: hfuse reads as D8
avrdude: safemode: efuse reads as FD
avrdude: safemode: Fuses OK

avrdude done.  Thank you.

I saved the existing bootloader (in case I need to go back) by doing this:

[C:Program FilesArduino-1.0.1hardwaretoolsavrbin]avrdude -B 1 -c usbtiny -p m2560 -C ..etcavrdude.conf -Uflash:r:oldbootloader.hex:i

avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.02s

avrdude: Device signature = 0x1e9801
avrdude: reading flash memory:

Reading | ################################################## | 100% 38.86s

avrdude: writing output file "oldbootloader.hex"

avrdude: safemode: Fuses OK

avrdude done.  Thank you.

NOTE: the above looks like it worked, but it didn’t. The output file contains only a single line.

To install the new boot loader do the following:

[C:Program FilesArduino-1.0.1hardwaretoolsavrbin] avrdude -B 1 -c usbtiny -p m2560 -C ..etcavrdude.conf -Uflash:w:stk500boot_v2_mega2560.hex

avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.02s

avrdude: Device signature = 0x1e9801
avrdude: NOTE: FLASH memory has been specified, an erase cycle will be performed

To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "stk500boot_v2_mega2560.hex"
avrdude: input file stk500boot_v2_mega2560.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (261386 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 52.16s

avrdude: 261386 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against stk500boot_v2_mega2560.hex:
avrdude: load data flash data from input file stk500boot_v2_mega2560.hex:
avrdude: input file stk500boot_v2_mega2560.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file stk500boot_v2_mega2560.hex contains 261386 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 38.89s

avrdude: verifying ...
avrdude: verification error, first mismatch at byte 0x3e000
0x0d != 0xff
avrdude: verification error; content mismatch

avrdude: safemode: Fuses OK

avrdude done.  Thank you.

NOTE the verification error above. This is OK. I don’t know why, but it is OK.

NOTE: you can also burn a new bootloader using the arduino IDE. Set board to correct board, set programmer to USBTinyISP and click on burn. Problem with this is it uses the default bootloader (found in booloader directory) which is wrong. I presume this can be replaced with the good one, but I haven’t played with that.