Eclipse


Debugger avec Arduino

Cet article (un peu long) a pour but de donner un point de vue global sur l'environnement Arduino et les différents outils disponibles, fruit de longues heures de recherches. Aucune vocation à être exhaustif, mais plutôt de permettre de se situer et savoir par où commencer selon vos besoins.

Ayant passé le cap du newbie avec Arduino et ayant donc atteint les limites de l' "IDE" fourni, je cherchais maintenant un moyen d'utiliser un VRAI IDE afin de pouvoir développer de manière plus complexe en C++ (créer des structures, jouer avec le pointeurs) et bénéficier des avantages habituels d'un tel outil : coloration syntaxique, auto-completion, optimisation et... DEBUG!!

Mais tout d'abord, quelles sont les limites de l'outil de développement proposé par la distribution Arduino? En réalité, son intérêt est d' "arranger" le code saisi afin de le rendre compatible à un environnement classique C/C++ (car c'est bien ce qui se cache derrière). Mais on arrive vite au point où cela ne nous "arrange" plus du tout : des erreurs de compilation apparaissent alors que le code est bon (compilable par ailleurs).

De la même façon, l'outil permet de faciliter la programmation de la platine en masquant le travail de la "toolchain". D'ailleurs, petite parenthèse, car souvent sur le net ceci semble inné, mais voici une petite explication de ce qu'est cette AVR Toolchain :

La toolchain AVR — Chaque outil de la chaîne de développement possède un rôle spécifique. Les productions de chaque outil intermédiaire servant à alimenter le suivant:
  • Le compilateur traduit en assembleur les fichiers sources écrit dans un langage de haut niveau;
  • L'assembleur transforme le code assembleur (issu de la compilation ou écrit manuellement par le programmeur) en fichier objet contenant uniquement du code binaire;
  • L'éditeur de liens (linker) rassemble les différents fichiers objets binaires et les bibliothèques en un seul fichier exécutable. L'exécutable peut être directement lancé sur un simulateur ou servir pour le débogueur;
  • Pour la programmation d'un micro-contrôleur, le programme object copy extrait de l'exécutable le code machine sous un format prêt à télécharger sur la cible;
  • Le programmeur est chargé de transférer le code vers la cible.
source : http://www.chicoree.fr/w/USnooBie#GNU_AVR_Toolchain

Mais rentrons dans le vif du sujet, quelles sont les possibilités qui s'offrent à nous pour développer en C/C++ orienté AVR (microcontrôleurs)?

Commençons par le commencement...

Comme nous l'a montré la présentation de la Toolchain, l'outil de base qui va nous permettre de debugger notre projet est donc AVR-GDB (la spécialisation pour AVR du debugger C/C++ nommé GDB).

Après lecture de quelques docs explicatives (pas si faciles à trouver) sur son fonctionnement ici et , on comprend vite qu'il est assez complexe, pouvant être lancé directement à partir d'un fichier compilé ou en mode serveur pour se connecter à un simulateur démarré séparément (voir plus bas).

Les IDEs

Comme tout bon développeur Java, je me suis tout d'abord demandé si mon bon vieux compagnon de route avait de quoi répondre à mes besoins : après quelques recherches sur le net, cette option semble assez complexe. De bonnes connaissances sont à prévoir avant de réussir à bien configurer Eclipse.

Puis, en continuant mes recherches sur le net, je rencontre Code::Blocks, un IDE Open Source, qui semble rencontrer un petit succès auprès des amateurs d'Arduino, surtout grâce à son plugin spécialisé. Après un test rapide, il semble un peu "léger" et je n'ai pas vraiment envie d'essayer de prendre un main un nouvel éditeur.

Continuons les recherches... Voici maintenant Atmel Studio : un IDE entièrement dédié au développement sur microcontrôleur puisque édité par la société qui fabrique un grande majorité des plus usités (notamment la famille ATMega que l'on retrouve sur les Arduino). Génial, oui, mais pas des plus simples à appréhender puisque très spécialisé. De très bon tutoriels un peu partout sur le net donnent heureusement souvent des informations essentielles pour s'en sortir. Gardons le dans un coin et essayons autre chose.

La dernière possibilité restante, Netbeans. Déjà très efficace pour le développement C/C++, sa configuration pour AVR semble plus aisée et largement explicitée comme ici ou ou encore par ici.

Cette piste semblant intéressante, allons plus loin. Après avoir passé quelques heures à m'arracher les cheveux pour faire fonctionner le compilateur C++, le linker, l'auto complétion etc (pourquoi tant de haine?!!!), et alors que la lumière surgissait au bout du tunnel et que j'allais enfin pouvoir commencer à coder, voici que Netbeans semble ne pas être très ami avec AVR-GDB... Quand ce dernier arrive à se lancer, aucun de mes points d'arrêts ne fonctionnent dans Netbeans... Tant pis, essayons d'avancer.

Petit aparté : une alternative aux IDEs classiques est Codebender, un outil de développement collaboratif en ligne. A essayer.

Les simulateurs/émulateurs

Une autre question me vient à l'esprit : plutôt que remettre en place tout mon montage chaque fois que je veux tester mon code, ne serait-il pas possible de simuler le comportement de l'Arduino sur le PC et ainsi gagner du temps?

Sur ce sujet là il existe pléthore de solutions, difficile de s'y retrouver.

Tout d'abord SimulAVR. Il est embarqué avec WinAVR et même présent dans la suite d'outils Arduino. Il se lance à partir d'un fichier ".elf" (produit par la compilation du projet C++) et sert de "serveur" sur lequel peut se connecter AVR-GDB pour exécuter le code, comme expliqué ici. Sa présentation très séduisante (spécialisé AVR...) laisse miroiter des fonctionnalités intéressantes mais très vite après quelques recherches on apprend qu'il n'est en réalité plus maintenu depuis quelques années et très limité...

Nous retrouvons ensuite Atmel Studio : il dispose également d'un simulateur, très souvent décrit et clairement expliqué. Après quelques tests et diverses galères, cette solution semble la plus probante : c'est bien le seul outil qui jusqu'ici m'a permis de dérouler pas à pas mon code. Mais (il en faut bien un), une fois encore les possibilités offertes par ce simulateur sont limitées : impossible de gérer une carte SD ou autre périphérique.

Il existe bien d'autres possibilités, mais hors IDE, comme le simulateur de Virtronics, payant mais pas excessif et très prometteur, ou encore Virtual Breadboard. Mais chacun avec ses inconvénients, souvent trop orienté Arduino ou pas assez, restreignant les possibilités de gérer un gros projet.

Comme vous pouvez le constater, l'écosystème Arduino est très complexe et il est assez difficile de savoir par où commencer et quels sont les bons outils pour des besoins bien précis.

Donc, si vous avez réussi à lire jusqu'ici et pour résumer, que faire? : pour rappel, mon besoin premier étant d'avoir la faculté de suivre l'exécution de mon code pour le débugger, il ne me reste plus qu'une solution, du côté matériel.

Voici donc AVR Dragon! Il s'agit d'une carte créée par la société Atmel elle-même afin d'offrir des fonctionnalités de debug et monitoring du code s'exécutant sur AVR. Toute une histoire!

Pour ne pas faire trop long, je présenterai cette carte dans un prochain article. D'ici là, n'hésitez pas à me faire des retours sur vos diverses expériences avec le développement pour Arduino.


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