Прошивка микроконтроллера

Описание программного обеспечения

Прошивка RetroPort — встраиваемое ПО на C/C++ для STM32F411, построенное на графической библиотеке LVGL v9.5. Проект сгенерирован STM32CubeMX, собирается через CMake + Ninja тулчейном arm-none-eabi-gcc.

ПО включает главное меню, каталог эмуляторов, экран загрузки контента и настройки. Поддерживаемые системы:

CHIP-8 — интерпретатор с кадровым буфером 64 × 32;
SUPER-CHIP (SCHIP 1.1) — расширенный режим;
ZX Spectrum 48K — загрузка снимков состояния (.SNA).

Архитектура и периферия

Подсистема	Реализация
Дисплей	Драйвер ST7735S по SPI1, биндинг к LVGL
Внешняя память	W25Q128 (16 МБ) по SPI3; формат ROM-pack «RPRP»
Ввод	Опрос активно-низких кнопок и джойстика с антидребезгом и автоповтором
Аудио	ШИМ TIM1 (PA8) + микшер по прерыванию TIM5, усилитель PAM8302
Питание	ADC измерения АКБ (PA0), контроль USB/заряда, обмен с ON/OFF контроллером
USB	USB FS, класс CDC — приём ROM-pack по протоколу «C8UP»
Настройки	Журнал настроек в секторе 0 внешней Flash

Разметка внешней Flash

16 МБ внешней памяти W25Q128 разделены на области:

0…1 МБ — состояние и настройки;
1 МБ…конец — образ ROM-pack с игровым контентом.

Индикация состояния (RGB-светодиод)

Индикация	Состояние
Пульсирующий синий	МК готов к прошивке через USB
Мигающий жёлтый	Идёт запись/чтение внешней памяти
Постоянный зелёный	Устройство подключено к ПК как накопитель
Мигающий красный	Серьёзная ошибка
Медленно пульсирующий фиолетовый	Консоль включена, в меню или режиме сна

Загрузка прошивки

Через SWD (основной способ)

Для первичной прошивки и отладки используется интерфейс SWD (площадки SWDIO, SWCLK, NRST, 3V3, GND) и программатор ST-Link.

# Сборка прошивки
cmake --preset Release
cmake --build --preset Release

# Прошивка через ST-Link (.hex по адресу 0x08000000)
st-flash --format ihex write build/Release/stm32-proj.hex

Примечание

На плате выведены площадки BOOT0 и кнопка BOOT для принудительного ввода МК в системный загрузчик — резервный способ восстановления при повреждении USB-стека.

Загрузка игрового контента через USB

Игры передаются образом ROM-pack по USB CDC. На стороне ПК используются утилиты из репозитория прошивки (Python).

# Сборка образа ROM-pack из коллекции ROM
python3 tools/pack_rompack.py roms -o build/rompack.bin

# Загрузка образа на устройство по USB CDC
python3 tools/flash_rompack_usb.py build/rompack.bin

Устройство определяется на ПК как виртуальный COM-порт (CDC); драйверы не требуются.

Прошивка контроллера питания (ATTINY13A)

Управление питанием реализовано отдельной микропрограммой для микроконтроллера ATTINY13A (U7) — компактный детерминированный конечный автомат без динамической памяти (около 828 байт Flash и 12 байт ОЗУ, тулчейн avr-gcc). Контроллер работает на частоте 1,2 МГц (внутренний RC-генератор 9,6 МГц с делителем CKDIV8) и держит основной регулятор 3,3 В выключенным в режиме хранения.

Действие пользователя	Реакция контроллера
Удержание кнопки PWR (короткий порог)	Включение линии EN — подача 3,3 В на систему
Удержание PWR во включённом состоянии	Запрос выключения OFF_REQ → STM32; ожидание подтверждения OFF_ACK, по таймауту — принудительное снятие питания
Длительное удержание PWR	Аппаратный сброс: кратковременное снятие EN с последующим повторным включением
Выключенное состояние	Низкое потребление, пригодное для длительного хранения

Примечание

Микропрограмма ATTINY13A прошивается отдельно — через выделенные ISP-площадки (MOSI / MISO / SCK / RST) программатором USBasp, а не через интерфейс SWD микроконтроллера STM32. Линии ISP совмещены с рабочими сигналами PWR и OFF_ACK, поэтому при программировании не следует удерживать кнопку PWR.

Назначение выводов STM32F411

Таблица 3 — Распиновка микроконтроллера (по HARDWARE.md прошивки)

Сигнал	Вывод	Назначение
BAT_STAT	PA0	ADC1, делитель измерения напряжения АКБ
CHRG_STAT	PA1	Статус заряда (активный низкий)
OFF_REQ	PA2	Запрос выключения от ON/OFF контроллера
OFF_ACK	PA3	Подтверждение выключения от МК
CS_D	PA4	Дисплей: выбор кристалла (SPI1)
SCK_D	PA5	Дисплей: тактирование SPI1
BLK	PA6	Дисплей: управление подсветкой
MOSI_D	PA7	Дисплей: данные SPI1
AUDIO_PWM	PA8	ШИМ-аудио (TIM1 CH1) → PAM8302
VBUS	PA9	Контроль наличия USB (делитель)
CE_BTN	PA10	Джойстик: центр (нажатие)
USB D−	PA11	USB FS DM
USB D+	PA12	USB FS DP
SWDIO	PA13	Отладка SWD
SWCLK	PA14	Отладка SWD
CS_F	PA15	Flash: выбор кристалла (SPI3)
DC	PB0	Дисплей: данные/команда
RST_D	PB1	Дисплей: сброс
AMP_SD	PB2	Выключение аудиоусилителя
SCK_F	PB3	Flash: тактирование SPI3
MISO_F	PB4	Flash: вход данных SPI3
MOSI_F	PB5	Flash: выход данных SPI3
LEFT_BTN	PB6	Джойстик: влево
RIGHT_BTN	PB7	Джойстик: вправо
UP_BTN	PB8	Джойстик: вверх
DOWN_BTN	PB9	Джойстик: вниз
A_BTN	PB12	Кнопка A
B_BTN	PB13	Кнопка B
X_BTN	PB14	Кнопка X
Y_BTN	PB15	Кнопка Y

Внимание

Режим USB Mass Storage (определение как флеш-накопитель) предусмотрен техническим заданием как целевая функция. В текущей версии прошивки загрузка контента реализована через USB CDC. Возможности могут быть расширены в последующих версиях ПО.