Arduino as ISP: одна плата прошивает другую

Nano, с которой мы разбирались в уроке про Old Bootloader, однажды перестала принимать прошивку окончательно: и ATmega328P, и Old Bootloader упирались в одну и ту же ошибку синхронизации. Причина выяснилась позже: эксперимент с чужой прошивкой затёр загрузчик, и чип лишился той самой маленькой программы, которая слушает UART после сброса. Плата исправна, чип живой — а IDE с ней разговаривать не умеет: не с кем. Симптом был тот же, что и при неправильном «Процессоре», но теперь без исключений: оба пункта меню, оба кабеля, два вечера. resp=0x00 в конце строки — подпись того, что цель вообще не отвечает: молчит и чип, и загрузчик.

Второй сюжет, где помощь нужна раньше: голый ATmega328P из магазина. Такой чип приходит без загрузчика вообще — его ставят отдельно, и именно так рождаются самодельные платы на печатных макетках, где ATmega328P впаян прямо в устройство. Третий сюжет: нужно зашить готовый скетч в плату, которая будет жить в устройстве без USB и без возможности перепрошивки через порт. IDE такой чип просто не увидит: загрузчику некому отвечать на стук порта — а как выглядит заливка в нормальном порядке, разобрано в уроке про загрузку скетча.

Программатор USBasp стоит копейки, но ехать до него неделю. Выход лежит на столе: вторая Arduino. В этом уроке превращаем Uno в программатор по методу Arduino as ISP — заливаем стоковый скетч, соединяем цель шестью проводами и записываем в утопленную Nano загрузчик или готовый скетч. Никакого лишнего железа: схема собирается за пять минут и живёт годами.

ISP расшифровывается как in-system programming — прошивка в системе, без извлечения чипа из платы. Чип переводится в специальный режим, в котором им управляют по шине SPI: так заводской программатор пишет загрузчик в свежий чип прямо на конвейере. У ATmega328P шина сидит на конкретных пинах, и Arduino дублирует их своими номерами: MOSI — D11, MISO — D12, SCK — D13. У Uno и Nano эти номера совпадают, потому что чип один и тот же. Обмен двусторонний: команды уходят по MOSI, ответы возвращаются по MISO, SCK задаёт ритм.

Программатор — Uno, на которую залит скетч ArduinoISP из набора примеров (File → Examples → 11.ArduinoISP). Скетч превращает плату в USB-программатор: IDE присылает команды через Serial, а скетч переводит их в SPI-обмен с целью. Пин D10 программатора идёт на RESET цели: им скетч усыпляет цель перед каждой операцией записи и будит после: во время прошивки цель перезагружается сама собой, без вашего участия. Плюс общий 5 В и GND — цель питается от программатора.

У скетча есть индикаторы. D9 мягко «дышит» — программатор жив и ждёт команд; D7 вспыхивает в моменты активной записи в цель; D8 подмигивает при ошибке обмена. Если после заливки ArduinoISP девятый пин дышит — половина дела сделана, дальше дело за проводами. Если он молчит даже после «Загрузка завершена» — пример залит не тот: проверьте, что взяли его из раздела 11.ArduinoISP, а не из древних версий с другими индикаторами.

Дальше два разных сценария, и путаница между ними — источник половины разочарований. «Инструменты → Записать загрузчик» (Burn Bootloader) пишет в цель загрузчик и выставляет фьюзы — служебные ячейки, где записаны источник такта и размер области загрузчика. Это путь для голого чипа и для утопленной Nano: после записи цель снова видна в IDE как обычная плата, и порты выбираются как раньше. Фьюзы — то место, где новички чаще всего ломают чипы ручными экспериментами: Burn Bootloader выставляет их сам, и в этом его безопасность; после записи у Nano вернётся и выбор «Процессора» — старый или новый зависит от того, какой загрузчик вы записали.

«Скетч → Загрузить через программатор» (Upload Using Programmer) — другой путь: скетч пишется прямо через SPI, стирая загрузчик. Плата после этого работает в устройстве, но её больше нельзя прошить по USB, пока не запишете загрузчик заново. Моё правило: восстановление — Burn Bootloader, прошивка «бесхвостого» устройства — Upload Using Programmer, и я всегда проговариваю про себя, что эти операции не взаимозаменяемы. Скорость ISP-зашивки, кстати, почти не зависит от того, есть ли в цели загрузчик: шина SPI работает и до него, и после.

Частые вопросы после первой попытки. «Цель — Nano, программатор — Uno: это совместимо?» Да: оба на ATmega328P, номера SPI-пинов совпадают, разница только в USB-чипе, который в прошивке цели не участвует. «Можно ли так шить Mega?» Формально да, но у ATmega2560 SPI выведен на центральный двухрядный разъём, и начинающим я не советую начинать с неё. «Цель — голый чип на макетке?» Схема та же, только ноги чипа: MOSI на 17-ю, MISO на 18-ю, SCK на 19-ю, RESET на 1-ю — и обязательно кварц 16 МГц с конденсаторами 22 пФ, без тактирования чип не проснётся.

Провод RESET на D10 обязателен: без него программатор не введёт цель в режим прошивки, и обмен застрянет на чтении сигнатуры с ошибкой Device signature. Провода держите короткими, до 15–20 сантиметров: длинные хвосты на SPI ловят наводки, и заметная часть загадочных not in sync лечится заменой трёх проводов на короткие. И ещё: во время записи загрузчика не трогайте провода — выдернутый SCK посреди операции даст битую запись, и всё придётся начинать заново.

После записи загрузчика — стандартный ритуал: плату выбираем как есть (для Nano не забудьте про «Процессор» из прошлого урока), заливаем классическую мигалку или первый скетч на плату и любуемся: пин 13 — это встроенный L, и если он мигает, чип и кварц живы, значит, провода собраны верно. Важный сюрприз новичка: Serial на цели, прошитой через программатор, печатает в никуда — у голого чипа нет USB, его UART торчит на пинах 0 и 1, и для текстовой отладки нужен переходник USB-UART. Пока его нет, общаемся светодиодом: узнаваемые паттерны вспышек вместо строк лога.

По скорости: SPI-прошивка идёт неспешнее, чем по USB, — десять-двадцать секунд на скетч, потому что каждый байт проходит через программатор по одному. Зато это работает, когда по USB уже ничего не работает, и чинит платы, которые иначе отправились бы в мусор. И не спешите выдёргивать провода после записи: сначала убедитесь, что IDE отчиталась об успехе. Второй заход всегда быстрее первого: IDE кэширует собранное ядро, а пальцы уже запомнили порядок пунктов меню.