朝日薫 / K.Sato

Multix Zinnia “UPDI4AVR” : UPDI Programer Writer with High-Voltage Activation

写真は試作品

• UPDI対応プログラマライター
  • 既発売中の UPDI方式 AVR全品種 に対応。
    • megaAVR-0 系統
    • tinyAVR-0/1/2 系統
    • AVR DA/DB/DD/DU/EA/EB 系統
• 基板サイズは 66x32mm
  • FRiSKケースにちょうど入るサイズ。
  • 4隅に M3マウントホール4個。TAMIYA ユニバーサルプレート適合ピッチ。
• avrdude 6.3/7.3対応
• WCH CH340E + USB(2.0) Type-C で PCと接続
• ATtiny824 採用
• JTAG2UPDI 上位互換
  • JTAGmkII over UART 方式
  • フラッシュメモリ 消去/書換
  • EEPROM 消去/書換
  • FUSE 書換
  • USERROW（ユーザーシグネチャ領域）消去/書換
  • LOCKBIT 書換（デバイス施錠）
  • チップ消去 / デバイス施錠解除
• HV（高電圧）書込モード対応
  • PWM出力2本による 3段チャージポンプで適宜高電圧発生。
  • 12Vパルスを UPDIパッドに印加するタイプの tinyAVR-0/1/2 系統
  • 9Vパルスを RESETパッドに印加するタイプの AVR DD 系統
    • avrdude の -e -F -U 三つ組オプションが HV許可スイッチになる。

• 3種類の 接続コネクタ
  • MIL/6P ICSP互換コネクタ（ATMEL-ICE互換）
  • SIP/6P バラ線コネクタ（523146配列）※PICkit3/4配列ではない
    • 旧世代AVR の ATtiny13/85等に由来する直列型ピン配置で、変換ケーブルを共用できる。
  • ハーフピッチ/6P コンスルー用コネクタ（配列は同上）
• UART パススルー対応
  • mEDBG / microUPDI 同様に、UPDI書換時以外は ターゲットMCU の UART と PC とを自動仲介。
  • 最高 3Mbps
• BREAKボタン
  • ICSP 5番（RESET）を LOW に引く。
• MAKEボタン
  • UPDI経由で ターゲットMCUをリセット＆UPDI通信可能表示。
• 3個の LEDインジケーター
  • GREEN PC との TX通信（TNOW）
  • ORANGE UPDI通信中 XDIR表示
  • BLUE JTAG通信表示
• ジャンパープラグ
  • 9Vモード兼 RESET（BREAK）ボタン有効化モード
  • 12Vモード
• ミニDIP/4Pスイッチ
  • ターゲットMCUへの 3.3V / 5V / 電源供給なし（受電モード）を切替。
  • ターゲットMCUとの UART TxD/RxD を接続・切断切替。

設計情報

端子配列

HTCR – Host TxD to Client RxD UART
HRCT – Host RxD from Client TxD UART

CN1 : ICSP ターゲット用 MIL/6P ボックスヘッダ

上段	▼		下段
UPDI	1	2	VCC
HTCR	3	4	HRCT
RST	5	6	GND

CN2 : ICSP ターゲット用 SIP/6P 単列ソケット

523146配列

TP1 : ICSP ターゲット用 ハーフピッチSIP/6P スルーホール端子

523146配列

▼	信号名
1	5:RST
2	2:VCC
3	3:HTCR (of Host)
4	1:UPDI
5	4:HRCT (of Host)
6	6:GND

TP2 : ファームウェアアップデート用 ハーフピッチSIP/6P スルーホール端子

523146配列

▼	信号名
1	5:RST
2	2:VCC
3	3:HTCR (of Client)
4	1:UPDI
5	4:HRCT (of Client)
6	6:GND

JP1 : HVモード切替ジャンパー

▼	信号名
1	tyinyAVR用 12V
2	HVパルス供給
3	AVR DD用 9V

DIP/4P

▼	ON	OFF
1	5V	3.3V
2	給電	受電
3	HRCT有効	切断
4	HTCR有効	切断

部品実装イメージ

レイヤー構成

色付レイヤーをクリックするとそのレイヤーが非表示になる。黒地をクリックすると初期状態に戻る。

• 両面2層
  • 黃 表シルク
  • 濃紫 表レジスト
  • 赤 表銅箔
  • 灰 ドリル（両面銅箔有はスルーホール、ナシはノンスルーホール）
  • 青 裏銅箔
  • 濃緑 裏レジスト
  • 明紫 裏シルク

その他図面等はこのフォルダ

ファームウェア / アップデート

ファームウェアのアップデートは、本体以外に別の UPDIプログラマライターが必要。（設計上の制約）

• UPDI4AVR Software
  • SpenceKonde / megaTinyCore で使用可能。
• Multix Zinnia Product SDK [megaAVR] for Arduino IDE
  • サンプルライブラリ/スケッチ として同梱。

開発の経緯

• 昔は特に困ってなかった
  • これを作ろうと思う以前は、普通に mEDBG / microUPDI を使っていた。
  • 書込が遅かったり HV書込も出来なかったが、特に不満もなかった。UARTパススルー便利だし。
  • ところが出来心で AVR128DB32 を入手したら状況一変。NVMCTRLバージョンが違って全く書けない！
  • pyupdi（当時）は python バージョン違いで環境依存性が強く、なかなかうまく動かない。 SerialUPDI の存在はまだ知らなかった。
  • avrdude のソース等を参考に（この頃7.0では SerialUPDI 対応が始まっていた）
    UPDIUart を自作して なんとかブートローダー書込だけは可能になり、詰み状態からは脱したものの。。。
  • 不便の一言。UARTパススルーの出来ない時代に戻りたくないってば。（SerialUPDI もそれ出来ないし）
  • しばらくは Curiosity Nano を買って御茶を濁してたが、結局挑んでみることにした。
  • バラで買った AVR DA/DB が活かせないとか、動作電圧切替も簡単じゃないとかもあった。
• UPDI4AVR（ファームウェア） の初版は あっさり書けた。
  • 実は UPDI と TPI は電気仕様がよく似ている。USART 視点では非同期式か、同期式かの違いでしかない。
  • つまり UPDI は 単線非同期式 RS485 から差動回路部分を取っ払った それそのもの。
  • なのでそれに対応している tinyAVR / megaAVR の USART を使うと IOレジスタ設定するだけで簡単に通信できてしまう。
    • 旧世代AVRはそういう用途に対応していないから、過去みんな苦労して実装してたわけですな。
  • 最初は Arduino UNO WiFi Rev.2 に拡張シールドを載せる形式を指向。
  • けどコレ国内入手性が低いので、やっぱり自分専用状態に違いない。
  • それで Arduino Nano Every ベースを考えてみるが。。。これのオンボード書込器がすごく変。
  • 調べてみると JTAG2UPDI 互換と見せかけて 1200bps制御が必要とか、誰だこれ考えた/採用したヤツ（怒）
  • しょうがねえ、avrdude からちゃんと使えるプログラマライタ作ってやんよ。
  • 当然 HV対応で、新発売の AVR DD も使えるようにしてやる。そうでなきゃスクラッチの意味がない。
• UPDI4AVR（ハードウェア）誕生
  • 試作機が出来上がるまで一ヶ月そこそこだったろう。
  • 案外 JLC 発送待ちのほうが長かったくらいで、いくらも手間暇は掛けていない。
  • しかしここから遠回りが始まる。SpenceKonde（Dr.Azzy）氏の作ってる
    DxCore や megaTinyCore がどうにも肌に合わなかったのだ。
  • 使えば使うほどストレスが溜まる。特にボードメニュー。
  • AVRチップコレクター でもある自分からしたら様々な理由で使いにくいこと極まり、ミスオペも増える。
  • “Duino” 開発も一段落したところで、自作SDK整備に着手。
    当初から Arduino API互換は放棄してインラインアセンブリも辞さないピーキーな方向性を志向。
  • そこから半年、ハードもソフトもプログラマライタも全部自作スクラッチ で全部通した
    modernAVR 開発環境がひととおり揃うことになってしまった。
  • 途中寄り道して ATTiny10 向けの環境整備と TPI4AVR も作ってしまったが。
• 今後の課題
  • ボタンと LED が大して役に立ってない。各1個（TEST & STAT）で十分ぽい。
  • Rev.1 は自分自身で自分のファームウェアを書き換えることが出来ない。
  • 冷静に考えてみたら（存外に気づくのが遅かった）そこくらいはジャンパーなり
    2回路スライドスイッチなりで SerialUPDI に対応すれば第2書換器は不要じゃんよ？
  • 現状2組の UARTをもつ MCUでしか UPDI4AVR ファームウェアを動かせない。
  • だから少ピン品種では tinyAVR-2 しか選択肢がないのが狭い。
  • AVR_DD14（SOIC）も少し特殊で容易に移植できない。
  • だがそれを評価しているうちに気づいたのだが、
    PORTMUX や CCL/LUT を駆使すれば 1組の UARTで済む気がするのだ。
  • そうすれば ATtiny1616（VQFN）が選べるようになり、しかもこの極小 3mm角チップは
    JLC に部品在庫が十分あるので製造コストが下げられる、筈。。。（沼は続く）

販売頒布予定

あることはあるが先立つもの次第。
最終的に手半田作業が必要なのが MCUとソケット類だけになってるのは救い。

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