Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AVR an Raspberry Pi (SPI, I²C/TWI, UART oder Parallel)


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von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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Hallo,

ich möchte einen AVR an einen Raspberry anbinden und überlege wie ich 
das Ganze am besten (Zuverlässigkeit und (Programmier-)Aufwand) löse. 
Die Geschwindigkeit der Datenübertragung ist nicht wirklich der 
begrenzende Faktor, 50 KBit/s reichen absolut aus.

Bislang dachte ich einfach den AVR über einen ganzen Port mit den GPIOs 
des Raspberry zu verbinden und die Kommunikation über 2 Extraleitungen 
(Strobe vom RPi und Busy vom AVR) zu steuern. Da ich eigentlich nur 
Daten zum AVR schicken wollte, schien mir das der leichteste Weg zu 
sein.

Falls ich aber doch mal was in die andere Richtung Senden will, müsste 
ich entweder einen zweiten Port opfern oder mir nochmal Gedanken machen, 
wie ich bidirektional über den einen Datenport kommunizieren kann.

Von daher kam ich auf die Idee das man den AVR ja auch über SPI, I²C 
oder UART anbinden könnte.

Darum meine Frage, was haltet ihr, unter Berücksichtigung der begrenzten 
Hardwarefähigkeiten von RPi (kein Clock Stretching) und AVR (schlechter 
SPI-Slave), für die beste Möglichkeit?

von holger (Gast)


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>Darum meine Frage, was haltet ihr, unter Berücksichtigung der begrenzten
>Hardwarefähigkeiten von RPi (kein Clock Stretching) und AVR (schlechter
>SPI-Slave), für die beste Möglichkeit?

UART.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Jo, UART. Und ein nettes Protokoll dazu.
Was macht der AVR als Empfänger denn mit den 50kBit? Fällt mir gerade 
nichts ein.

von Conny G. (conny_g)


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Hab das auch schon immer mit Uart am Laufen.

von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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H.Joachim S. schrieb:
> Jo, UART. Und ein nettes Protokoll dazu.
> Was macht der AVR als Empfänger denn mit den 50kBit? Fällt mir gerade
> nichts ein.

Bit Bang für Servos und Schrittmotoren, 50kBit/s waren eher als 
Hausnummer gedacht. Geht weniger um die Datenmenge sondern darum das 
schnell die Puffer gefüllt werden wenn nötig.

Also bislang 3:0 für UART.

: Bearbeitet durch User
von R. R. (elec-lisper)


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UART sollte auf beiden Seiten die einfachste Lösung sein.
Serielles I/O auf Linux ist (fast) trivial, und sollte auf der Seite vom
AVR, sofern man die eingebaute UART nimmt, auch einfach sein.

Die Latenz des Busses hängt zwar mit der Baudrate zusammen, aber
prinzipiell ist die Bandbreite von der Latenz (eigentlich) unabhängig.
Eine Leitung/Protokoll kann auch nur mit 1B/s gefahren werden, sofern
das Bit mit geringer Verzögerung übertragen wird. UART ist natürlich
eine Zeit-Synchronisierte Schnittstelle. Bei SPI gibt der Master ja
den Takt vor, da müssen dann nur die Shiftregister auf dem Slave
schnell genug mithalten können.

Zeitkritische Sachen im einstelligen Millisekunden-Bereich oder darunter
würde ich nicht direkt über UART laufen lassen. Zumindest nicht wenn
ein Linux auf der anderen Seite dahinter hängt, wohl möglich noch
mit einem Python-Script oder so.
Aber ich nehme mal an, dass für die zeitkritischen Sachen der AVR dann 
da ist und nur "langsam" neue Kontroll-Kommandos erhalten soll?

EDIT: Grammatik

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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UART.
Der AVR sollte vorzugsweise ein Baudratenquarz erhalten, z.B. 
14,7456MHz.
Für die UART spricht auch die höhere Störsicherheit, da jedes Bit 3* 
abgetastet wird.
Der AVR kann 3 Bytes puffern, der RPi kann DMA, also ist auch ein 
Datenverlust kaum zu befürchten.

von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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Robin R. schrieb:
> Zeitkritische Sachen im einstelligen Millisekunden-Bereich oder darunter
> würde ich nicht direkt über UART laufen lassen. Zumindest nicht wenn
> ein Linux auf der anderen Seite dahinter hängt, wohl möglich noch
> mit einem Python-Script oder so.
> Aber ich nehme mal an, dass für die zeitkritischen Sachen der AVR dann
> da ist und nur "langsam" neue Kontroll-Kommandos erhalten soll?

Das war der Plan, nachdem ich leider feststellen musste das der 
Raspberry auch mit RT-Kernel nicht in der Lage ist die GPIOs exakt genug 
anzusteuern, egal ob man diese mit BCM-lib, wiringPI oder nativ mit C 
anspricht. Python würde ich für sowas garnicht anfassen.

Peter D. schrieb:
> UART.
> Der AVR sollte vorzugsweise ein Baudratenquarz erhalten, z.B.
> 14,7456MHz.
> Für die UART spricht auch die höhere Störsicherheit, da jedes Bit 3*
> abgetastet wird.
> Der AVR kann 3 Bytes puffern, der RPi kann DMA, also ist auch ein
> Datenverlust kaum zu befürchten.

Stimmt, da war ja was mit dem UBRR^^. Hatte nach den FPGAs komplett 
verdrängt das man ja den Teiler bei den AVRs nicht beliebig einstellen 
kann.
Muss mal sehen ob ich den Raspberry nicht auf glatte Baudraten 
einstellen kann, ansonsten entweder Baudraten Quarz oder schauen ob mir 
max. 38.400@16MHz reicht.

Aber ist die SPI auf dem AVR echt so grottig das keiner das Ding 
empfiehlt? Dachte eigentlich SPI wäre die erste Wahl für sowas...

von Joachim B. (jar)


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Tim T. schrieb:
> Aber ist die SPI auf dem AVR echt so grottig das keiner das Ding
> empfiehlt? Dachte eigentlich SPI wäre die erste Wahl für sowas...

bei I2C und SPI gilt es immer noch die 3,3V zu 5V Hürde zu nehmen, der 
Atmel und der PI haben beide keine OC.
Wer den Atmel mit 8 MHz versorgt kann locker auf 3,3V gehen

UART wäre auch meine Wahl, entweder bei 2 Spannungen per MAX dazwischen, 
oder einfacher SerienR 470 Ohm und Schottky Diode nach 3,3V oder AVR 
auch auf 3,3V

von (prx) A. K. (prx)


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Ein AVR als I2C-Slave wird bei üblichen Bitraten nicht um Clock 
Stretching herum kommen, was der RPi nicht richtig beherrscht. Wenn man 
es nicht eilig hat und auf dem µC für I2C eine ausreichen kurze 
Interrupt-Latenz garantiert, dann kann man aber beispielsweise auf 10 
kHz I2C Takt runter.

Der Entwickler des SPI-Moduls der AVRs hatte beim Design vom Slave-Modus 
nicht wirklich seinen besten Tag. Bei anderen µCs als AVR kann das 
besser aussehen, besonders wenn die DMA können.

Bleibt UART, je nach Versorgungsspannung des AVR mit oder ohne 
Pegelwandler. Das Linux vom RPi lauscht in Standardkonfiguration 
allerdings an der UART auf ein Terminal, was die Sache ein wenig 
behindert. Da muss man das System etwas anpassen (Stand RPi 1 vor 2 
Jahren):

/boot/cmdline.txt: console=ttyAMA0,115200 rauswerfen
/etc/inittab: Zeile mit ttyAMA0 mit # auskommentieren

Eine serielle Notfallkonsole hat man dann natürlich keine mehr. Wenn man 
sich netzwerkseitig aussperrt, dann sollte man Tastatur und Monitor 
parat haben.

: Bearbeitet durch User
von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Der Raspi hat doch mehr als eine UART? Glaub ich zumindest...

von (prx) A. K. (prx)


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H.Joachim S. schrieb:
> Der Raspi hat doch mehr als eine UART? Glaub ich zumindest...

Mindestens der erste RPi hatte das nicht und mit dem hatte ich das 
gemacht.

von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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A. K. schrieb:
> Ein AVR als I2C-Slave wird bei üblichen Bitraten nicht um Clock
> Stretching herum kommen, was der RPi nicht richtig beherrscht. Wenn man
> es nicht eilig hat und auf dem µC für I2C eine ausreichen kurze
> Interrupt-Latenz garantiert, dann kann man aber beispielsweise auf 10
> kHz I2C Takt runter.
Hmm, dann kann man es auch fast lassen. Rein Interessehalber, wenn ich 
mehrere AVR-I²C-Slaves am Bus betreiben würde, würde jedesmal die Arbeit 
aller AVRs unterbrochen auch wenn die Nachricht nur für einen Knoten ist 
und die ISR ausgelöst?

> Der Entwickler des SPI-Moduls der AVRs hatte beim Design vom Slave-Modus
> nicht wirklich seinen besten Tag. Bei anderen µCs als AVR kann das
> besser aussehen, besonders wenn die DMA können.
Scheint, nach allem was ich sonst noch darüber gelesen habe, wohl 
wirklich bescheiden nutzbar zu sein.

> Bleibt UART, je nach Versorgungsspannung des AVR mit oder ohne
> Pegelwandler. Das Linux vom RPi lauscht in Standardkonfiguration
> allerdings an der UART auf ein Terminal, was die Sache ein wenig
> behindert. Da muss man das System etwas anpassen (Stand RPi 1 vor 2
> Jahren):
>
> /boot/cmdline.txt: console=ttyAMA0,115200 rauswerfen
> /etc/inittab: Zeile mit ttyAMA0 mit # auskommentieren
Ja, der Teil ist klar. Glaube bis auf den RPi 3 ist das auch so 
geblieben, dann war auf ttyAMA0 das Bluetooth Interface, dort ist die 
(immernoch einzige) UART dann auf ttyS0.

> Eine serielle Notfallkonsole hat man dann natürlich keine mehr. Wenn man
> sich netzwerkseitig aussperrt, dann sollte man Tastatur und Monitor
> parat haben.
In Zeiten von USB-Unifying Donglen und HDMI sollte das kein Problem mehr 
sein.


Danke schonmal für die ganzen Antworten, hat mir schon jede Menge Zeit 
gespart in der ich mich mit I²C und SPI rumgeschlagen hätte...

von (prx) A. K. (prx)


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Tim T. schrieb:
> Rein Interessehalber, wenn ich
> mehrere AVR-I²C-Slaves am Bus betreiben würde, würde jedesmal die Arbeit
> aller AVRs unterbrochen

AVRs mit vollständigem I2C Modul ignorieren, was nicht an sie adressiert 
ist. Ebenso die mit slave-only Modul wie ATtiny841. Beim USI ist das 
etwas anders, da die Adresserkennung in Software erfolgt.

Es wäre auch ein Szenario denkbar, in dem der AVR mit niedrigem Takt 
angesprochen wird, andere Slaves aber mit hohem Takt. Es ist die 
Verzögerung des Protokolls durch den Interrupt-Handler, die ggf. Clock 
Stretching nötig macht.

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Tim T. schrieb:
> Rein Interessehalber, wenn ich
> mehrere AVR-I²C-Slaves am Bus betreiben würde, würde jedesmal die Arbeit
> aller AVRs unterbrochen auch wenn die Nachricht nur für einen Knoten ist
> und die ISR ausgelöst?

Du verwechselst da was, bei I2C wird immer nur ein Slave adressiert und 
nur der muß seinen Interrupt behandeln. Er muß sich dabei auch nicht 
beeilen, da automatisch SCL auf low gezogen wird. Und der Master kriegt 
erst den "fertig"-Interrupt, wenn SCL wieder auf high geht.
D.h. das Clock-Stretching muß vom Master unterstützt werden, sobald die 
Slaves MCs sind.

Die AVR-UART kann auch adressiert werden, dazu muß die UART in den 9-Bit 
Mode gesetzt werden. Und dann muß nur die adressierte UART die Bytes 
lesen.

von (prx) A. K. (prx)


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Peter D. schrieb:
> D.h. das Clock-Stretching muß vom Master unterstützt werden, sobald die
> Slaves MCs sind

Ist im RPi zwar vorgesehen, aber falsch implementiert. Hardwarefehler.

Wenn man µCs als Slaves an den RPi hängt, dann müssen die schnell genug 
reagieren, oder es gibt Mist. Soweit ich weiss gilt das für alle diese 
Broadcom SoCs.

http://www.advamation.de/technik/raspberrypi/rpi-i2c-bug.html

: Bearbeitet durch User
von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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Peter D. schrieb:
> Tim T. schrieb:
>> Rein Interessehalber, wenn ich
>> mehrere AVR-I²C-Slaves am Bus betreiben würde, würde jedesmal die Arbeit
>> aller AVRs unterbrochen auch wenn die Nachricht nur für einen Knoten ist
>> und die ISR ausgelöst?
>
> Du verwechselst da was, bei I2C wird immer nur ein Slave adressiert und
> nur der muß seinen Interrupt behandeln. Er muß sich dabei auch nicht
Das ist eben die Frage wie das jeweils gemacht wird, ist wohl bei den 
USIs so das jeder nen Interrupt bekommt.

> beeilen, da automatisch SCL auf low gezogen wird. Und der Master kriegt
> erst den "fertig"-Interrupt, wenn SCL wieder auf high geht.
> D.h. das Clock-Stretching muß vom Master unterstützt werden, sobald die
> Slaves MCs sind.
Klar, leider war nur der ASIC Mensch vom Broadcom etwas doof und 
maskiert den SCL lediglich, sobald der SCL vom Slave losgelassen wird 
geht er, falls noch was von der Highpegel-Zeit übrig sein sollte, sofort 
hoch und kann dadurch eine zu kurze High-Pegeldauer, die nicht von den 
Slaves erkannt werden, generieren.

>
> Die AVR-UART kann auch adressiert werden, dazu muß die UART in den 9-Bit
> Mode gesetzt werden. Und dann muß nur die adressierte UART die Bytes
> lesen.
Ja, hatte da irgendwann mal was gelesen; 9. Bit ist bei Adressen gesetzt 
und bei Daten gelöscht oder sowas.

von Max M. (mustermax)


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Tim T. schrieb:
> und AVR (schlechter SPI-Slave)

wieso soll der AVR ein schlechter SPI Slave sein? Was gibts da für 
Probleme?
Ich habe auch bald vor, den RPi an den AVR mit SPI anzubinden.

von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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Max M. schrieb:
> Tim T. schrieb:
>> und AVR (schlechter SPI-Slave)
>
> wieso soll der AVR ein schlechter SPI Slave sein? Was gibts da für
> Probleme?
> Ich habe auch bald vor, den RPi an den AVR mit SPI anzubinden.

Am knackigsten hat es peda hier zusammengefasst:

Beitrag "Re: Atmel SPI = Müll?"

von Max M. (mustermax)


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OK, dann also UART?

Brauche ich dazu einen stabilen externen Takt? Habe einen Tiny2313 mit 
int. Clock aktiv.
Würde damit UART zum RPi gehen?

von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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Max M. schrieb:
> OK, dann also UART?

Ist zu empfehlen.

> Brauche ich dazu einen stabilen externen Takt? Habe einen Tiny2313 mit
> int. Clock aktiv.

Jein. Die generelle Aussage dazu wird sein, dass du einen Baudraten 
Quarz dafür brauchst, allerdings mit etwas Finetuning (OSCCAL - 
Calibration Byte - Seite 160) am internen Takt, geht das auch mit dem 
internen RC-Oszillator. Aber das Ganze ist dann immer etwas Exemplar, 
Temperatur und Spannungsabhängig.

> Würde damit UART zum RPi gehen?

Der 2313 hat nur ein USI, keine "richtige" U(S)ART; geht natürlich 
trotzdem bidirektional, also ja.

: Bearbeitet durch User
von c-hater (Gast)


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Tim T. schrieb:

> Der 2313 hat nur ein USI, keine "richtige" U(S)ART

Nein, der 2313 ist einer der verhältnismäßig wenigen Tinys, der eine 
Hardware-UART besitzt. Übrigens gleichermaßen auch die engen 
Verwandschaft 2313A und 4313.

von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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c-hater schrieb:
> Tim T. schrieb:
>
>> Der 2313 hat nur ein USI, keine "richtige" U(S)ART
>
> Nein, der 2313 ist einer der verhältnismäßig wenigen Tinys, der eine
> Hardware-UART besitzt. Übrigens gleichermaßen auch die engen
> Verwandschaft 2313A und 4313.

Hast natürlich recht, der 2313 hat neben dem USI auch noch einen echten 
USART. War da beim Wort Tiny wohl etwas zu vorschnell.

von MCUA (Gast)


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Bei den neueren AVRs ist der SPI nun besser gemacht.

von Tim T. (tim_taylor) Benutzerseite


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MCUA schrieb:
> Bei den neueren AVRs ist der SPI nun besser gemacht.

Und bei welchen?

von MCUA (Gast)


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>> Bei den neueren AVRs ist der SPI nun besser gemacht.
> Und bei welchen?
0-Series

von c-hater (Gast)


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MCUA schrieb:

>>> Bei den neueren AVRs ist der SPI nun besser gemacht.
>> Und bei welchen?

> 0-Series

Auch, es gibt aber mehr. Siehe:

https://www.microchip.com/design-centers/8-bit/avr-mcus/device-selection

von MCUA (Gast)


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..nach nur 20 Jahren haben die es geschafft, dem Ding einen Buffer zu 
spendieren..

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