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BASIC
Beispiele

AVR-CHIPBASIC: Ein BASIC-programmierbarer Einchip-Computer

V0.72 (c) 2006/2007 Jörg Wolfram

1 Lizenz

Das Programm unterliegt der GPL (GNU General Public Licence) Version 3 oder höher, jede Nutzung der Software/Informationen nonkonform zur GPL oder ausserhalb des Geltungsbereiches der GPL ist untersagt! Die Veröffentlichung dieses Programms erfolgt in der Hoffnung, dass es Ihnen von Nutzen sein wird, aber OHNE IRGENDEINE GARANTIE, auch ohne die implizite Garantie der MARKTREIFE oder der VERWENDBARKEIT FÜR EINEN BESTIMMTEN ZWECK.

2 Geschichte und Features

Nachdem ich mich nach langer 8051'er Zeit mit den mit der AVR-Assemblerprogrammierung beschäftigt hatte, war es einfach Zeit, die Grenzen ein bisschen auszuloten.
Herausgekommen ist dabei ein kleiner in einer Tiny-Basic sehr ähnlichen Sprache programmierbarer Computer mit umfangreichen Schnittstellen und Funktionen. Als Eingabegerät dient eine normale PS2-Computertastatur, als Ausgabegerät ein Fernsehgerät mit Scart-Eingang (Farbe) oder BAS-Eingang (Graustufen) oder auch verschiedene PAL-/NTSC-taugliche TFT-Displays.

20 Programmzeilen mit maximal 27 nutzbaren Zeichen, Fullscreen-Editor
16 Programme im externen EEPROM (optional), Auswahl über Programmselect-Box
Basic-Programmiersprache mit abkürzbaren Schlüsselwörtern
30x23 Zeichen mit maximal 8 Farben, Pseudografik
PAL/NTSC und Synchronsignale über Jumper einstellbar
PS2-Tastatur zur Eingabe
1-Kanalige Audioausgabe (Noten, Rauschen) mit Hüllkurve
serielle RS232-Schnittstelle mit 1200 Baud und Ladungspumpe
parallele Druckerschnittstelle, auch als I/O und Analogeingänge nutzbar
optionales Daten-EEPROM (24C64) für Datenlogger etc
I2C-Anschluß für bis zu 8 LM75 Temperatursensoren
Up/Download von Programmen über die serielle Schnittstelle
Listingdruck über die Druckerschnittstelle
automatischer Start des Programmes nach Einschalten über Jumper einstellbar
Tastenkombinationen für Abbruch, Neustart, Screenshot

Ab Version 0.80 wird es auch FBAS-Farbausgabe über ein kleines CPLD am Videoanschluß geben.

3 Hard- und Softwarekonzept

Kernstück des Ganzen ist ein ATmega32, die restliche Hardware besteht im Wesentlichen aus passiven Bauelementen und Steckverbindern. Timer 1 ist für das Videotiming zuständig. Kanal A arbeitet als PWM und erzeugt den Zeilen-Synchronimpuls. Im CSYNC-Mode wird während des vertikalen Synchronimpulses die PWM so umkonfiguriert, dass der Ausgang invertiert wird.
Kanal B von Timer 1 erzeugt den (Horizontal-) Videointerrupt. Dieser enthält eine Synchronisation auf den Timer, dadurch erzeugen auch EEPROM-Lesezugriffe mit 5 Takten CPU-Stop keine Bildstörungen. Timer 2 erzeugt PWM mit dem Audiosignal. Dieses wird entweder mit dem (Pseudo-) Zufallsgenerator oder per DDS mit Wavetable und Hüllkurve erzeugt.
Entgegen anderen verbreiteten Lösungen ist die PS2-Tastatur and den USART des ATMega angeschlossen. Eine Nutzung externer Interrupts verbietet sich schon wegen des Videotimings, man kann zwar das Clock-Signal während der Bilddarstellung auf LOW ziehen und damit die Tastatur zum Warten verdonnern, aber nicht jede Tastatur schafft es, ein Datenpaket während der Austastlücke zu senden und bei NTSC klappt das Ganze dann aber gar nicht mehr, weil dort die Austastlücke noch kürzer ist. Die Nutzung des USART hat den grossen Vorteil, dass alles automatisch geht und man nur noch das fertige Zeichen abholen muss.
Wobei sich natürlich dann die Frage stellt "und was ist mit seriell?" Mit reduzierter Bitrate (1200Baud) lässt sich die serielle Schnittstelle im Horizontal-Interrupt mit zwei Portpins realisieren. Timerausgang von Timer 0 treibt eine Ladungspumpe, die ca. -4,7V für die serielle Schnittstelle bereitstellt, dadurch sind keine Spezialbausteine (MAX232 etc.) notwendig. Um Strom zu sparen, lässt sich diese Funktion auch per Software abschalten.
Die parallele Schnittstelle wird über Port A realisiert (+2 Steuerleitungen aus Port B). Wenn keine Druckerschnittstelle benötigt wird, können die 8 Pins als Ein-/ oder Ausgang konfiguriert oder auch als Analogeingang genutzt werden. Die meisten Funktionen werden über die libmio Bibliothek realisiert, die sich auch für eigene Projekte verwenden lässt. Allerdings steht dort noch die Dokumentation aus.

4 Systemvoraussetzung Host

Da fast alle I/O-Funktionen von der libmio bereitgestellt werden, sind zum Assemblieren avr_libmake (läuft nur unter Linux) und der AVRA-Assembler notwendig. Das Hex-File sollte sich auch unter anderen Betriebssystemen brennen lassen. Für die Funktionen der seriellen Schnittstelle sollte folgende eingestellt werden
8 Bit --- 1200 Baud --- no Parity --- 2 Stopp-Bits

5 Tastatur

Die vorliegende Version benötigt eine deutsche Tastatur, funktioniert aber auch mit der englischen, wobei man die deutsche Tastenbelegung kennen sollte ;-) Bei Bedarf kann ich auch das Programm an andere Tastaturbelegungen anpassen. "Das Beste aus allen Systemen" ist in den Tastenkombinationen wiederzufinden:

CTRL+ALT+DEL startet komplett neu, dabei werden alle Variablen gelöscht
CTRL+C unterbricht das Programm zum nächstmöglichen Zeitpunkt
CTRL+P sendet einen Screenshot an die serielle Schnittstelle
F12 unterbricht das Programm und ruft den Monitor auf

Für den Screenshot wird das Programm screenshot.pl im libmio/tools-Verzeichnis benötigt. Es benötigt ImageMagick und wird mit "./screenshot.pl dateiname.endung" aufgerufen. Danach kann dann der Screenshot vom Controllerboard ausgelöst werden. Wer die Funktion auf andere Betriebssysteme übertragen will, es ist recht einfach:

alle Zeichen des Bildwiederholspeichers werden nacheinander als 2 Hexadezimalzeichen gesendet
Am Schluss der Übertragung wird ein LF (0x0a) gesendet

6 Der Editor

Die Programme werden mit einem einfachen Fullscreen-Editor geschrieben. Ganz oben steht der Programmname. Sobald der Text verändert wird, erscheint in der oberen linken Ecke ein Stern. Die Position des Cursors wird durch ein invers blinkendes Zeichen dargestellt. Unten befindet sich eine farbige Statuszeile, in der z.B. Fehler angezeigt werden.

Standardmäßig wird eingefügt, Zeichen unter/rechts vom Cursor wandern nach rechts
Die Cursor-Tasten bewegen den Cursor im Textfeld, bei Bedarf wird der Text gescrollt
Mit der Taste POS1 wird der Cursor auf das erste Zeichen der aktuellen Zeile gesetzt.
Mit der Taste ENDE wird der Cursor auf das letzte Zeichen der aktuellen Zeile gesetzt.
Mit der Taste DEL wird das Zeichen unter dem Cursor gelöscht, von rechts rücken Zeichen nach.
Mit der Backspace-Taste wird das Zeichen links neben dem Cursor gelöscht, von rechts rücken Zeichen nach.
Mit der ENTER Taste wird an den Anfang der nächsten Zeile gesprungen
Mit der Tastenkombination ALT+INS wird an der aktuellen Cursorposition eine Zeile eingefügt. Alle Zeilen ab der Cursorposition wandern nach unten, die bisherige letzte Zeile geht dabei verloren.
Mit der Tastenkombination ALT+DEL wird die Zeile der aktuellen Cursorposition gelöscht. Alle Zeilen unterhalb der Cursorposition wandern nach oben, unten wird eine Leerzeile angefügt.
Mit der Taste F2 kann das aktuelle Programmm im internen EEPROM gespeichert werden.
Mit der Taste F3 kann der letzte Programmstand aus dem internen EEPROM geladen werden.
Mit der Taste F8 wird das Programm im Editor gelöscht.
Mit der Taste F9 wird der Programmname geändert. Dabei funktionieren nur die Buchstaben- und Zifferntasten, sowie die Pfeiltasten nach links und rechts. Mit "ENTER" gelangt man wieder zurück.
Mit der Taste F10 wird das aktuelle Programm gestartet.

7 Die Dateiauswahl

Da zu den Programmen immer der Name mit abgespeichert wird, gibt es eine einfache Dateiauswahl. Mit den Cursortasten wird das Programm ausgewählt, ENTER startet die Aktion. Mit ESC gelangt man wieder zurück zum Hauptmenü.

8 Dateitransfer

Ab Version 0.69 wird anstelle von X-Modem normale Textübertragung verwendet. Unter Windows kann man weiterhin das Hyperterminal verwenden (Text senden/aufzeichnen) verwenden, unter Linux minicom oder das Program chiptrans.pl im Examples-Ordner.

8.1 Senden zum AVR

RECEIVE FILE am AVR auswählen
Transfer am PC mit ./chiptrans.pl w Dateiname starten
am AVR wird das Programm, am PC der Status angezeigt

8.2 Empfangen vom AVR

Transfer am PC mit ./chiptrans.pl r Dateiname starten
SEND FILE am AVR auswählen
am PC wird der Status angezeigt

9 Changelog

17.12.2006 Erste öffentliche Version (0.61)
12.1.2007 Bugfixes und Erweiterungen (0.69)

überarbeiteter Editor mit größerem Zeilenabstand und Scrolling
Bugfixes beim Zugriff auf Daten-EEPROM
Linien in Pseudografik und einfache "Sprites" mit Kollisionserkennung
das Array liegt jetzt parallel zu den Variablen, @(0) entspricht der Variable A
Umstellung der Dateiübertragung von X-Modem auf normalen Text-Transfer

4.3.2007 Bugfixes und Erweiterungen (0.72)

verbesserter Tokenizer, mehr Anweisungen, kleine Syntaxänderungen
Vorbereitung der Kompatibilität auf Quelltextebene zur MEGA32-Version
Geändertes Board-Layout, Schaltpläne für versch. AV-Adapter
Screenshot überträgt jetzt nur noch Textdaten (Hexadezimalzahlen)