Tutorial: Programmare Atmega328 con Assembler e Web Serial

Questa pagina spiega il funzionamento di uno strumento didattico scritto in HTML e JavaScript per programmare il microcontrollore Atmega328 (ad esempio quello di Arduino Uno) usando il linguaggio assembler e la Web Serial API.

1. Interfaccia utente

La pagina presenta una textarea per inserire istruzioni assembler, due bottoni (per compilare e flashare il microcontrollore e per tradurre la pagina) e un'area di log per mostrare messaggi e stati.

<textarea id="input">sbi 4,5
sbi 5,5</textarea>
<button id="compileBtn">Compila e Flash</button>
<pre id="log"></pre>

2. Conversione da assembler a opcode

Il microcontrollore interpreta le istruzioni assembler come codici macchina (opcode) a 16 bit. Il codice fa così:

Definisce una mappa di opcode base per le istruzioni sbi (Set Bit) e cbi (Clear Bit):

const opcodeMap = {
  sbi: 0x9A00,
  cbi: 0x9800,
};

Il parser prende il testo assembler riga per riga e cerca il formato mnemonico registro,bit (es. sbi 5,5).
Verifica che registro sia tra 0 e 31 e bit tra 0 e 7.
Calcola l'opcode finale così:
opcode = opcodeBase | (registro << 3) | bit
Ad esempio per sbi 5,5:
0x9A00 | (5 << 3) | 5 = 0x9A00 | 0x28 | 0x05 = 0x9A2D

3. Preparazione del buffer da flashare

Il microcontrollore viene programmato scrivendo pagine di memoria flash di 128 byte (64 istruzioni da 2 byte ciascuna). Il codice crea un buffer Uint8Array di 128 byte in cui inserisce le istruzioni codificate.

function createFlashPageMultiple(instructions) {
  const buffer = new Uint8Array(128);
  for (let i = 0; i < instructions.length && i < 64; i++) {
    buffer[i * 2] = instructions[i] & 0xFF;
    buffer[i * 2 + 1] = (instructions[i] >> 8) & 0xFF;
  }
  return buffer;
}

4. Comunicazione con Atmega328 via Web Serial e protocollo STK500

La comunicazione con il microcontrollore avviene usando la Web Serial API del browser e il protocollo di programmazione STK500.

Dopo un reset, il codice invia un comando SYNC (0x30 0x20) 3 volte per sincronizzarsi con il bootloader.
Entra in modalità programmazione (comando 0x50 0x20).
Imposta l'indirizzo flash dove scrivere (qui 0x0080).
Invia il comando di scrittura pagina flash (128 byte) con il buffer delle istruzioni.
Conferma la scrittura e chiude la porta.

async function flashPage(port, buffer) {
  const writer = port.writable.getWriter();
  const reader = port.readable.getReader();

  await sleep(1500); // attesa reset

  for (let i = 0; i < 3; i++) {
    await writer.write(Uint8Array.from([0x30, 0x20]));
    await reader.read();
  }

  await writer.write(Uint8Array.from([0x50, 0x20]));
  await reader.read();

  await writer.write(Uint8Array.from([0x55, 0x80, 0x00, 0x20]));
  await reader.read();

  await writer.write(Uint8Array.from([0x64, 0x00, 0x80, 0x46]));
  await writer.write(buffer);
  await writer.write(Uint8Array.of(0x20));
  await reader.read();

  await writer.write(Uint8Array.from([0x51, 0x20]));
  await reader.read();

  writer.releaseLock();
  reader.releaseLock();
}

5. Come usare il bottone "Compila e Flash"

Quando premi il bottone:

Il testo assembler viene convertito in opcode.
Si crea il buffer da inviare.
Il browser chiede di scegliere la porta seriale (es. USB di Arduino).
Si apre la porta e si inviano i comandi per flashare la memoria.
Al termine si chiude la porta.
I messaggi di stato e di errore sono mostrati nella finestra di log.

6. Considerazioni finali

Questo strumento è un esempio semplice e didattico per capire:

Come funziona il linguaggio assembler su Atmega328.
Come tradurre assembler in opcode macchina.
Come comunicare con un microcontrollore via Web Serial API.
Come usare il protocollo STK500 per programmare la memoria flash.