AVRマイクロコントローラ

AVR は、1996 年からAtmelによって開発され、2016 年にMicrochip Technologyによって買収されたマイクロコントローラのファミリです。これらは、改良されたハーバード アーキテクチャの8 ビットRISCシングルチップ マイクロコントローラです。AVR は、当時の他のマイクロコントローラで使用されていたワンタイム プログラマブル ROM、EPROM、またはEEPROMではなく、プログラム ストレージにオンチップフラッシュ メモリを使用する最初のマイクロコントローラ ファミリの 1 つでした。

AVR マイクロコントローラは、組み込みシステムとして多くの用途があります。特に趣味や教育用の組み込みアプリケーションでよく使用され、多くのArduinoシリーズのオープン ハードウェア開発ボードに組み込まれていることで人気を博しています。

AVRアーキテクチャは、ノルウェー工科大学（NTH）の2人の学生、^[1] Alf-Egil Bogen ^{[2]と Vegard Wollan [3]}によって考案されました。

Atmel によれば、AVR という名前は頭字語ではなく、特に何かを意味するものではないとのことです。AVR の作成者は、「AVR」という用語が何を意味するかについて明確な回答をしていません。^{[3]ただし、AVR は}AlfとVegardのR ISC プロセッサを意味すると一般に認められています。^[4]この記事で使用されている「AVR」は、通常、Atmel AVR マイクロコントローラの 8 ビット RISC ラインを指していることに注意してください。

オリジナルの AVR MCU は、当時 Nordic VLSI と呼ばれ、現在はNordic Semiconductorとなっているノルウェーのトロンハイムの地元のASICハウス^[要説明]で開発されました。Bogen と Wollan はそこで学生として働いていました^[要出典] 。これは μRISC (Micro RISC) ^[5]として知られ、Nordic VLSI からシリコン IP/ビルディング ブロックとして入手可能でした。^{[6]この技術が Nordic} VLSIから Atmel に売却されると、Bogen と Wollan によって Atmel の子会社である Atmel Norway でさらに内部アーキテクチャが開発されました。設計者はIAR Systemsのコンパイラ作成者と緊密に協力し、 AVR 命令セットが高水準言語の効率的なコンパイルを提供できるようにしました。^[7]

AVRラインの最初の製品には AT90S8515 があり、これは 40 ピン DIP パッケージで、外部多重化アドレスおよびデータ バスを含めて8051マイクロコントローラと同じピン配置を備えています。RESETラインの極性は反対ですが (8051 はアクティブ ハイ RESET ですが、AVR はアクティブ ローRESETです)、それ以外はピン配置は同じです。

AVR 8ビットマイクロコントローラアーキテクチャは1997年に導入されました。2003年までに、Atmelは5億個のAVRフラッシュマイクロコントローラを出荷しました。^{[8]シンプルな電子機器プロジェクト用に開発された}Arduinoプラットフォームは2005年にリリースされ、ATmega8 AVRマイクロコントローラを搭載していました。

AVR は改良されたハーバード アーキテクチャ マシンであり、プログラムとデータは異なるアドレス空間に表示される別々の物理メモリ システムに格納されますが、特殊な命令を使用してプログラム メモリからデータ項目を読み取ることができます。

AVR は一般的に以下のように分類されます。

tinyAVR – ATtiny シリーズ

ATtiny シリーズは、限られた周辺機器セットを備えた小型パッケージのマイクロコントローラを特徴としています。ただし、改良された tinyAVR 0/1/2 シリーズ (2016 年にリリース) には次の機能が含まれています。

• megaAVR 0シリーズと同等以上の周辺機器
• イベントシステム
• 改良されたAVRxt命令セット（呼び出しのタイミングの改善）、ハードウェア乗算

megaAVR – ATmega シリーズ

ATmega シリーズは、拡張命令セット (乗算命令や大容量プログラム メモリを処理するための命令)、広範な周辺機器セット、十分な量のプログラム メモリ、および幅広いピンを備えたマイクロコントローラを特徴としています。megaAVR 0 シリーズ (2016 年にリリース) には、次のような機能もあります。

• イベントシステム
• 機能が強化された新しい周辺機器
• AVRxt命令セットの改善（呼び出しのタイミングの改善）

AVR Dx – AVR Dx ファミリは、HCI、アナログ信号処理、機能安全に重点を置いた複数のマイクロコントローラ シリーズを備えています。

部品番号は AVR ff D xppの形式で表されます。ffはフラッシュ サイズ、xはファミリ、ppはピン数です。例: AVR128DA64 – 128k フラッシュの 64 ピン DA シリーズ。AVR Dx ファミリのすべてのデバイスには次のものが含まれます。

• CPUよりも高速に実行できる非同期タイプDタイマー
• 12ビットADC
• 10ビットDAC

• AVR DA シリーズ(2020 年初頭) – 高いメモリ密度により、これらの MCU は有線および無線通信スタック集約型機能の両方に適しています。
  • 静電容量式タッチ測定用統合センサー ( HCI )
  • 更新されたコア独立ペリフェラル（CIP）とアナログペリフェラル
  • 外部高周波水晶なし

• AVR DB シリーズ(2020 年中期～後半) – DA ファミリーから多くの機能を継承しながら、独自の機能も追加しています。
  • 2個または3個のオンチップオペアンプ
  • PORTC 上のマルチ電圧 IO (MVIO)
  • 外部HFクリスタルをサポート

• AVR DDシリーズ
  • 16-64 KiB フラッシュ
  • 2～8 KiB SRAM
  • 14-32ピンパッケージ
  • 内部24MHz発振器
  • 7～23チャンネル 130 kS/s 12ビット差動アナログ-デジタルコンバーター（ADC）、
  • アンプなし
  • アナログコンパレータ 1 個
  • 2 つの USART、1 つの SPI、1 つのデュアルモード TWI
  • ポート C の 3 ピンまたは 4 ピンでのマルチ電圧入力/出力 (MVIO) サポート
  • 4 つの構成可能なカスタム ロジック (CCL) セル、6 つのイベント システム チャネル

• AVR EAシリーズ
  • 8～64kフラッシュ
  • 28～48ピンパッケージ
  • 内部20MHz発振器
  • 24～32 チャンネル 130 kS/s 12 ビット差動アナログ-デジタル コンバータ (ADC)
  • 最大16倍のゲインを持つプログラマブルゲインアンプ（PGA）
  • 2つのアナログコンパレータ
  • 3 つの USART、1 つの SPI、1 つのデュアルモード TWI
  • マルチ電圧入力/出力 (MVIO) なし
  • 4 つの構成可能なカスタム ロジック (CCL) セル、6 つのイベント システム チャネル

XMEGA

ATxmega シリーズは、次のようなさまざまな周辺機器と機能を提供します。

• DMA、イベントシステム、暗号化サポートなどの拡張パフォーマンス機能
• ADCを備えた広範な周辺機器セット

アプリケーション固有のAVR

• LCD コントローラ、 USBコントローラ、高度な PWM、CAN など、AVR ファミリの他の製品にはない特別な機能を備えた megaAVR。

FPSLIC (FPGA 搭載 AVR)

• FPGA 5k～40kゲート
• 他のAVRとは異なり、AVRプログラムコード用のSRAM
• AVRコアは最大50MHzで動作できる^[9]

32 ビット AVR

• 2006 年、Atmel は 32 ビットAVR32アーキテクチャに基づくマイクロコントローラをリリースしました。これは 8 ビット AVR とはまったく異なるアーキテクチャで、ARMベースのプロセッサに対抗することを目的としていました。32 ビット データ パス、SIMDおよびDSP命令、その他のオーディオおよびビデオ処理機能を備えていました。命令セットは他の RISC コアに類似していましたが、オリジナルの AVR (およびさまざまな ARM コアのいずれとも) とは互換性がありませんでした。それ以来、AVR32 のサポートはカーネル 4.12 以降 Linux から削除されました。GCC のアーキテクチャに対するコンパイラ サポートは、コンパイラの中央ソース コード リポジトリにメインライン化されることはなく、主にベンダーがサポートするフォークでのみ利用可能でした。AVR32 が導入された時点で、Atmel はすでにARM アーキテクチャのライセンシーであり、 ARM7およびARM9マイクロコントローラの両方がAVR32 より前および同時にリリースされていました。その後、Atmel はARM Cortex-MおよびCortex-Aコアを搭載した 32 ビット チップに開発のほとんどの労力を集中しました。

AVR には 32 個のシングルバイト レジスタがあり、8 ビット RISC デバイスに分類されます。

フラッシュ、EEPROM、およびSRAMはすべて 1 つのチップに統合されているため、ほとんどのアプリケーションで外部メモリが不要になります。一部のデバイスには、追加のデータ メモリまたはメモリ マップ デバイスを追加できるパラレル外部バス オプションがあります。ほとんどすべてのデバイス (最小の TinyAVR チップを除く) にはシリアル インターフェイスがあり、これを使用して、より大きなシリアル EEPROM またはフラッシュ チップを接続できます。

プログラム命令は不揮発性 フラッシュ メモリに保存されます。MCUは8 ビットですが、各命令は 1 ワードまたは 2 ワードの 16 ビットを使用します。プログラム メモリのサイズは通常、デバイス自体の名前で示されます (たとえば、ATmega64x ラインには 64 KB のフラッシュがあり、ATmega32x ラインには 32 KB があります)。オフチップ プログラム メモリは用意されていません。AVR コアによって実行されるすべてのコードはオンチップ フラッシュに存在する必要があります。ただし、この制限は AT94 FPSLIC AVR/FPGA チップには適用されません。

データアドレス空間は、レジスタ ファイル、I/O レジスタ、およびSRAMで構成されます。一部の小型モデルではプログラム ROM もデータ アドレス空間にマップされますが、大型モデルではマップされません。

AVR アーキテクチャの tinyAVR および megaAVR バリアントでは、作業レジスタは最初の 32 個のデータ メモリ アドレス (0000 ₁₆ –001F ₁₆ ) としてマップされ、その後に 64 個の I/O レジスタ (0020 ₁₆ –005F _{16 ) が続きます。多くの周辺機器を備えたデバイスでは、これらのレジスタの後に 160 個の「拡張 I/O」レジスタが続き、}メモリ マップ I/O (0060 ₁₆ –00FF ₁₆ )としてのみアクセスできます。

実際の SRAM は、これらのレジスタ セクションの後のアドレス 0060 ₁₆から始まります。または、「拡張 I/O」を備えたデバイスでは、アドレス 0100 ₁₆から始まります。

レジスタ ファイルと最初の 64 個の I/O レジスタにアクセスするための個別のアドレス指定スキームと最適化されたオペコードがありますが、すべてを SRAM 内にあるかのようにアドレス指定して操作することもできます。

tinyAVR バリアントの最も小型のものは、メモリ位置としてアドレス指定できない 16 個のレジスタ (r0 から r15 は省略) のみを備えた縮小アーキテクチャを使用しています。I/O メモリはアドレス 0000 ₁₆から始まり、その後に SRAM が続きます。さらに、これらのデバイスは標準の AVR 命令セットからわずかに異なります。最も顕著なのは、直接ロード/ストア命令 (LDS/STS) が 2 ワード (32 ビット) から 1 ワード (16 ビット) に縮小され、直接アドレス指定可能なメモリの合計 (I/O と SRAM の合計) が 128 バイトに制限されていることです。逆に、間接ロード命令 (LD) の 16 ビット アドレス空間は、フラッシュや構成ビットなどの不揮発性メモリも含むように拡張されているため、ロード プログラム メモリ (LPM) 命令は不要であり、省略されています。(詳細については、Atmel AVR 命令セットを参照してください。)

XMEGA バリアントでは、作業レジスタ ファイルはデータ アドレス空間にマップされません。そのため、XMEGA の作業レジスタを SRAM のように扱うことはできません。代わりに、I/O レジスタは、アドレス空間の先頭からデータ アドレス空間にマップされます。さらに、I/O レジスタ専用のデータ アドレス空間の量は、4096 バイト (0000 ₁₆ –0FFF ₁₆ ) に大幅に増加しました。ただし、以前の世代と同様に、高速 I/O 操作命令は、最初の 64 個の I/O レジスタ位置 (ビット単位の命令の場合は最初の 32 位置) にしか到達できません。I/O レジスタに続いて、XMEGA シリーズは 4096 バイトの範囲のデータ アドレス空間を確保します。これは、オプションで内部 EEPROM をデータ アドレス空間 (1000 ₁₆ –1FFF _{16 ) にマップするために使用できます。実際の SRAM は、これらの範囲の後、2000 16}から始まります。

小型または大型 AVR の各GPIOポートは最大 8 本のピンを駆動し、3 つの 8 ビット レジスタ (DDR x、PORT x、PIN x )によって制御されます。ここで、xはポート識別子です。

• DDR x : データ方向レジスタ。ピンを入力または出力として設定します。
• PORT x : 出力ポート レジスタ。出力として設定されたピンの出力値を設定します。入力として設定されたピンのプルアップ抵抗を有効または無効にします。
• PIN x : 入力レジスタ。入力信号を読み取るために使用されます。一部のデバイスでは、このレジスタはピンのトグルに使用できます。PIN xビットに論理1を書き込むと、DDR xビットの設定に関係なく、 PORT xの対応するビットがトグルします。^[10]

ATtiny817 やその兄弟のような新しい ATtiny AVR では、ポート制御レジスタの定義が多少異なります。xmegaAVR には、プッシュ/プル、トーテムポール、プルアップ構成用の追加レジスタがあります。

ほぼすべての AVR マイクロコントローラには、半永久的なデータ保存用の内部EEPROMが搭載されています。フラッシュ メモリと同様に、EEPROM は電源が切れても内容を保持できます。

AVR アーキテクチャのほとんどのバリアントでは、この内部 EEPROM メモリは MCU のアドレス指定可能なメモリ空間にマップされません。特別なポインタ レジスタと読み取り/書き込み命令を使用して、外部周辺機器と同じ方法でのみアクセスできます。そのため、EEPROM へのアクセスは他の内部 RAM よりも大幅に遅くなります。

ただし、SecureAVR（AT90SC）ファミリ^[11]の一部のデバイスでは、構成に応じてデータまたはプログラムメモリへの特別なEEPROMマッピングを使用します。XMEGAファミリでは、EEPROMをデータアドレス空間にマッピングすることもできます。

EEPROM への書き込み回数には制限があるため (Atmel はデータシートで 100,000 回の書き込みサイクルを指定しています)、適切に設計された EEPROM 書き込みルーチンでは、EEPROM アドレスの内容を目的の内容と比較し、内容を変更する必要がある場合にのみ実際の書き込みを実行する必要があります。

Atmel の AVR は、2 ステージのシングル レベルパイプライン設計を採用しています。つまり、現在のマシン命令の実行中に次のマシン命令がフェッチされます。ほとんどの命令は 1 クロック サイクルまたは 2 クロック サイクルしかかからないため、AVR は8 ビットマイクロコントローラの中では比較的高速です。

AVR プロセッサは、コンパイルされた Cコードの効率的な実行を念頭に置いて設計されており、タスク用のいくつかの組み込みポインタを備えています。

AVRの命令セットは、ほとんどの 8 ビット マイクロコントローラ、特にAVR が現在競合している8051 クローンやPIC マイクロコントローラの命令セットよりも直交性が高くなっています。ただし、完全に規則的というわけではありません。

• ポインタ レジスタX、Y、Z には、それぞれ異なるアドレス指定機能があります。
• レジスタ位置 R0 ～ R15 のアドレス指定機能は、レジスタ位置 R16 ～ R31 よりも制限されています。
• I/O ポート 0 ～ 31 は、I/O ポート 32 ～ 63 とは異なり、ビット アドレス指定できます。
• CLR (すべてのビットをゼロにクリア) はフラグに影響しますが、SER (すべてのビットを 1 に設定) は補完的な命令であるにもかかわらず、フラグに影響しません。(CLR は EOR R, R の疑似命令であり、SER は LDI R,$FF の略です。EOR などの算術演算はフラグを変更しますが、LDI などの移動/ロード/ストア/分岐は変更しません。)
• プログラム メモリ (フラッシュ) に保存されている読み取り専用データにアクセスするには、特別な LPM 命令が必要です。それ以外の場合、フラッシュ バスは命令メモリ用に予約されています。

さらに、チップ固有の違いがコード生成に影響します。コード ポインター (スタック上の戻りアドレスを含む) は、最大 128 KB のフラッシュ メモリを搭載したチップでは 2 バイト長ですが、それより大きいチップでは 3 バイト長です。すべてのチップにハードウェア乗算器があるわけではありません。8 KB を超えるフラッシュを搭載したチップには、より長い範囲の分岐命令と呼び出し命令があります。

ほとんどが標準的な命令セットであるため、C（およびAda）コンパイラは非常に簡単で効率的です。GCCはかなり前からAVRサポートを組み込んでおり、そのサポートは広く使用されています。LLVMにも基本的なAVRサポートがあります。実際、Atmelは小型マイクロコントローラ用コンパイラの主要開発者から意見を求め、高級言語用コンパイラで最も役立つ命令セット機能を決定しました。^[7]

AVR ラインは通常 0 ～ 20 MHz のクロック速度をサポートし、一部のデバイスでは 32 MHz に達します。低電力動作では通常、クロック速度を下げる必要があります。最近のすべての AVR (Tiny、Mega、Xmega、90S を除く) にはオンチップ発振器が搭載されているため、外部クロックや共振回路は不要です。一部の AVR には、システム クロックを最大 1024 で分割できるシステム クロック プリスケーラも搭載されています。このプリスケーラは実行時にソフトウェアで再構成できるため、クロック速度を最適化できます。

レジスタ R0 ～ R31 のすべての演算 (乗算および 16 ビット加算/減算を除く) はシングル サイクルであるため、AVR は 1 MHz あたり最大 1 MIPS を達成できます。つまり、8 MHz プロセッサは最大 8 MIPS を達成できます。メモリへのロードとメモリからのストアには 2 サイクルかかり、分岐には 2 サイクルかかります。ATmega2560 などの最新の「3 バイト PC」パーツでの分岐は、以前のデバイスよりも 1 サイクル遅くなります。

AVR は、手頃な価格の開発ボードや無料の開発ソフトウェアなど、無料で安価な開発ツールが利用できることから、多くの支持を得ています。AVR は、同じ基本コアを共有しながらも周辺機器とメモリの組み合わせが異なるさまざまな名前で販売されています。各ファミリのチップ間の互換性はかなり良好ですが、I/O コントローラの機能は異なる場合があります。

AVR 開発に関連するサイトについては外部リンクを参照してください。

AVR は幅広い機能を提供します:

• 設定可能な内蔵プルアップ抵抗を備えた多機能双方向汎用I/Oポート
• 外部部品のないRC発振器を含む複数の内部発振器
• 最大 256 KB の 内部自己プログラム可能な命令フラッシュ メモリ(XMega では 384 KB)
  • シリアル/パラレル低電圧専用インターフェースまたはJTAGを使用してシステム内でプログラム可能
  • 保護のための独立したロックビットを備えたオプションのブートコードセクション
• ほとんどのデバイスで JTAGまたはdebugWIREを介したオンチップデバッグ（OCD）をサポート
  • JTAG 信号 (TMS、TDI、TDO、および TCK) は、GPIO上で多重化されます。これらのピンは、ISP または HVSP を介してプログラムできるヒューズ ビットの設定に応じて、JTAG または GPIO として機能するように構成できます。デフォルトでは、JTAG を備えた AVR では JTAG インターフェイスが有効になっています。
  • debugWIRE は、オンチップ デバッグ回路にアクセスするための双方向通信チャネルとして /RESET ピンを使用します。必要なピンは 1 つだけなので、ピン数が少ないデバイスに存在します。
• 最大4KBの内部データEEPROM
• 内部SRAM最大 16 KB (XMega では 32 KB)
• Mega8515 および Mega162 を含む特定のモデルの外部 6​​4 KB リトル エンディアン データ スペース。
  • 外部データ空間は内部データ空間にオーバーレイされるため、64 KB のアドレス空間全体が外部バスに表示されず、たとえばアドレス 0100 ₁₆へのアクセスは外部バスではなく内部 RAM にアクセスします。
  • XMega シリーズの特定の製品では、外部データ スペースが拡張され、SRAM と SDRAM の両方がサポートされるようになりました。また、データ アドレス指定モードが拡張され、最大 16 MB のデータ メモリを直接アドレス指定できるようになりました。
• 8ビットおよび16ビットのタイマー
  • PWM出力（一部のデバイスにはデッドタイムジェネレータを含む拡張PWM周辺機能が搭載されています）
  • 信号エッジによってトリガーされたタイムスタンプを記録する入力キャプチャ
• アナログコンパレータ
• 10 または 12 ビットA/D コンバータ、最大 16 チャネルのマ​​ルチプレックス
• 12ビットD/Aコンバータ
• さまざまなシリアルインターフェース、
  • I²C互換 2 線式インターフェース (TWI)
  • 同期/非同期シリアル周辺機器 ( UART /USART) ( RS-232、RS-485などで使用)
  • シリアル ペリフェラル インターフェース バス(SPI)
  • ^{ユニバーサルシリアルインタフェース（USI ） ：SPI [12]、} I2C ^{[13] [14]、}またはUART ^[15]インタフェースを実装するために使用できる多目的ハードウェア通信モジュール。
• 電圧低下検出
• ウォッチドッグタイマー(WDT)
• 複数の省電力スリープモード
• 照明およびモーター制御（PWM専用）コントローラモデル
• CANコントローラのサポート
• USBコントローラのサポート
  • 適切なフルスピード (12 Mbit/s) ハードウェアと、組み込み AVR を備えたハブ コントローラ。
  • 低速（1.5 Mbit/s）（HID）ビットバンギングソフトウェアエミュレーションも無料で利用可能
• イーサネットコントローラのサポート
• LCDコントローラのサポート
• 1.8 V まで動作する低電圧デバイス (DC-DC アップコンバータ内蔵部品の場合は 0.7 V まで)
• picoPowerデバイス
• DMAコントローラと「イベント システム」周辺機器通信。
• AESとDESの高速暗号化サポート

AVRチップにプログラムコードをロードする方法は数多くあります。AVRチップをプログラムする方法は、AVRファミリーごとに異なります。以下に説明する方法のほとんどは、RESETラインを使用してプログラミングモードに入ります。チップが誤ってこのようなモードに入るのを防ぐために、 RESETピンと正電源の間にプルアップ抵抗を接続することをお勧めします。 ^[16]

インシステム プログラミング(ISP) プログラミング方法は、 SPIとリセット ラインの調整によって機能します。AVR の SPI ピンが何か障害となるものに接続されていない限り、再プログラミング中も AVR チップをPCBにはんだ付けしたままにできます。必要なのは 6 ピン コネクタとプログラミング アダプタだけです。これは、AVR を使用した開発の最も一般的な方法です。

Atmel-ICE デバイスまたは AVRISP mkII (レガシー デバイス) は、コンピューターの USB ポートに接続し、Atmel のソフトウェアを使用してシステム内プログラミングを実行します。

AVRDUDE (AVR Downloader/UploaDEr) はLinux、FreeBSD、Windows、Mac OS Xで動作し、 Atmel AVRISP mkII、 Atmel JTAG ICE、 古い Atmel シリアルポートベースのプログラマー、 およびさまざまなサードパーティ製および「DIY」プログラマーを含む、 さまざまなインシステムプログラミングハードウェアをサポートしています。^[17]

プログラムおよびデバッグ インターフェイス (PDI) は、XMEGA デバイスの外部プログラミングおよびオンチップ デバッグ用の Atmel 独自のインターフェイスです。PDI は、フラッシュ、EEPROM、ヒューズ、ロックビット、およびユーザー署名行など、すべての不揮発性メモリ (NVM) スペースの高速プログラミングをサポートします。これは、PDI インターフェイスを介して XMEGA NVM コントローラにアクセスし、NVM コントローラ コマンドを実行することによって行われます。PDI は、クロック入力用のリセット ピン (PDI_CLK) と、入出力用の専用データ ピン (PDI_DATA) を使用する 2 ピン インターフェイスです。^[18]

統合プログラムおよびデバッグ インターフェイス (UPDI) は、新しい ATtiny および ATmega デバイスの外部プログラミングとオンチップ デバッグ用の 1 線インターフェイスです。Atmel-ICE および PICkit 4 は UPDI チップをプログラミングできます。また、jtag2updi のおかげで Arduino を使用することもできます。^[19]また、TX ピンと RX ピンを 1 kΩ の抵抗で短絡した標準 USB-UART アダプターと Microchip が提供する pymcuprog ユーティリティを使用することもできます。^[20]

高電圧シリアルプログラミング（HVSP）^[21]は、主に小型AVRのバックアップモードです。8ピンAVRパッケージでは、AVRをプログラミングモードにするための固有の信号の組み合わせはあまりありません。ただし、12ボルト信号は、AVRがプログラミング中にのみ認識するもので、通常の動作中に認識されることはありません。高電圧モードは、リセットピンがヒューズによって無効になっている一部のデバイスでも使用できます。

高電圧パラレルプログラミング (HVPP) は「最終手段」と考えられており、AVR チップの不良ヒューズ設定を修正する唯一の方法である可能性があります。

ほとんどの AVR モデルは、再プログラミング コードを配置できる 256 バイトから 4 KB のブートローダ領域を予約できます。リセット時に、ブートローダが最初に実行され、再プログラミングするかメイン アプリケーションにジャンプするかをユーザーがプログラムした決定を行います。コードは、利用可能な任意のインターフェイスを介して再プログラミングできます。または、PXEなどのイーサネット アダプタを介して暗号化されたバイナリを読み取ることもできます。Atmel には、多くのバス インターフェイスに関連するアプリケーション ノートとコードがあります。^{[22] [23] [24] [25]}

AT90SCシリーズのAVRは、プログラムメモリとしてフラッシュではなく工場出荷時のマスクROMで利用できます。^[26]初期費用が高く、最小注文数量が必要なため、マスクROMは大量生産の場合にのみ費用対効果があります。

aWire は、新しい UC3L AVR32 デバイスで利用できる新しい 1 線式デバッグ インターフェイスです。

AVR はデバッグ用にいくつかのオプションを提供しており、そのほとんどはチップがターゲット システム内にある状態でのオンチップ デバッグに関係します。

debugWIRE は、単一のマイクロコントローラ ピンを介してオンチップ デバッグ機能を提供する Atmel のソリューションです。これは、JTAG に必要な 4 つの「予備」ピンを提供できない、ピン数の少ない部品に特に役立ちます。JTAGICE mkII、mkIII、および AVR Dragon は debugWIRE をサポートしています。debugWIRE は、オリジナルの JTAGICE リリース後に開発され、現在はクローンがサポートしています。

ジョイントテストアクショングループ（JTAG）機能は、チップがターゲットシステムで実行されている間にオンチップデバッグ機能にアクセスできるようにします。^[27] JTAGを使用すると、内部メモリとレジスタにアクセスしたり、コードにブレークポイントを設定したり、シングルステップ実行してシステムの動作を観察したりできます。

Atmel は、AVR 用の JTAG アダプター シリーズを提供しています。

1. Atmel-ICE ^[28]は最新のアダプタであり、JTAG、debugWire、aWire、SPI、TPI、PDIインターフェースをサポートしています。
2. JTAGICE 3 ^[29]はJTAGICEファミリー（JTAGICE mkIII）のミッドレンジデバッガです。JTAG、aWire、SPI、PDIインターフェースをサポートしています。
3. JTAGICE mkII ^[30]はJTAGICEの後継機で、価格も同程度です。JTAGICE mkIIはUSB経由でPCとインターフェースし、JTAGと新しいdebugWIREインターフェースの両方をサポートしています。Atmelが通信プロトコルをリリースした後、Atmel JTAGICE mkIIデバイスの多数のサードパーティクローンが出荷され始めました。^[31]
4. AVR Dragon ^[32]は、特定の対象部品に対する JTAGICE mkII の低コスト (約 50 ドル) な代替品です。AVR Dragon は、インシステム シリアル プログラミング、高電圧シリアル プログラミング、パラレル プログラミング、および 32 KB 以下のプログラム メモリを持つ部品に対する JTAG または debugWIRE エミュレーションを提供します。ATMEL は、最新のファームウェアである AVR Studio 4 - AVR Studio 5 で AVR Dragon のデバッグ機能を変更し、現在では 32 KB を超えるプログラム メモリを持つデバイスをサポートしています。
5. JTAGICEアダプタは標準シリアルポートを介してPCとインターフェースします。^{[33] JTAGICEアダプタはAtmelによって「}サポート終了」と宣言されていますが、AVR Studioやその他のツールでは引き続きサポートされています。

JTAGは境界スキャンテストにも使用できます。 ^[34]これは、システム内のAVRと他の境界スキャン対応チップ間の電気的接続をテストします。境界スキャンは生産ラインに適していますが、趣味でテストする場合は、マルチメーターやオシロスコープでテストする方がよいでしょう。

公式 Atmel AVR 開発ツールと評価キットには、ほとんどの AVR デバイスをサポートする多数のスターター キットとデバッグ ツールが含まれています。

STK600スターターキットおよび開発システムは、STK500のアップデート版です。^[35] STK600は、ベースボード、信号ルーティングボード、およびターゲットボードを使用します。

ベース ボードは STK500 と似ており、電源、クロック、インシステム プログラミング、RS-232 ポート、DE9 コネクタ経由の CAN (コントローラ エリア ネットワーク、自動車標準) ポート、およびターゲット デバイスからのすべての GPIO 信号用のステーク ピンを提供します。

ターゲット ボードには、ボードに応じて、 DIP、SOIC、QFN、またはQFPパッケージ用のZIFソケットがあります。

信号ルーティング ボードはベース ボードとターゲット ボードの間に配置され、デバイス ボード上の適切なピンに信号をルーティングします。ZIF ソケットに挿入されているデバイスに応じて、単一のターゲット ボードで使用できるさまざまな信号ルーティング ボードがあります。

STK600 は、PC から USB 経由でインシステム プログラミングを可能にし、RS-232 ポートをターゲット マイクロコントローラで使用可能にします。STK600 の「RS-232 スペア」というラベルの付いた 4ピン ヘッダーは、チップ上の任意の TTL レベル USART ポートをオンボードの MAX232 チップに接続して、信号を RS-232 レベルに変換します。RS-232 信号は、DB-9 コネクタの RX、TX、CTS、および RTS ピンに接続されます。

STK500 スターター キットおよび開発システムには、すべての AVR デバイスを直接または拡張ボード経由で使用できる ISP および高電圧プログラミング (HVP) 機能が備わっています。ボードには、DIP パッケージで使用可能なすべての AVR 用の DIP ソケットが装備されています。

STK500 拡張モジュール: STK500 ボードにはいくつかの拡張モジュールが用意されています。

• STK501 – 64 ピン TQFP パッケージのマイクロコントローラのサポートを追加します。
• STK502 – 64 ピン TQFP パッケージの LCD AVR のサポートを追加します。
• STK503 – 100 ピン TQFP パッケージのマイクロコントローラのサポートを追加します。
• STK504 – 100 ピン TQFP パッケージの LCD AVR のサポートを追加します。
• STK505 – 14 ピンおよび 20 ピン AVR のサポートを追加します。
• STK520 – AT90PWM および ATmega ファミリの 14 ピン、20 ピン、32 ピンのマイクロコントローラのサポートを追加します。
• STK524 – ATmega32M1/C1 32 ピン CAN/LIN/モーター制御ファミリのサポートを追加します。
• STK525 – 64 ピン TQFP パッケージの AT90USB マイクロコントローラのサポートを追加します。
• STK526 – 32 ピン TQFP パッケージの AT90USB マイクロコントローラのサポートを追加します。

STK200 スターター キットおよび開発システムには、40、20、または 8 ピン パッケージの AVR チップをホストできるDIPソケットがあります。ボードには、4 MHz クロック ソース、8 個の発光ダイオード(LED)、8 個の入力ボタン、RS-232ポート、32 KB SRAM用ソケット、および多数の汎用 I/O があります。チップは、パラレル ポートに接続されたドングルを使用してプログラムできます。

Atmel ICE は、現在サポートされている、すべての AVR デバイスをプログラムおよびデバッグするための安価なツールです (以下で説明する AVRISP/AVRISP mkII、Dragon などとは異なります)。USB 経由で PC に接続して電源を受け取り、JTAG、PDI、aWire、debugWIRE、SPI、SWD、TPI、UPDI (Microchip Unified Program and Debug Interface) インターフェイスをサポートします。

ICE は、JTAG インターフェイスを介してすべての AVR をプログラムおよびデバッグでき、各デバイスでサポートされている追加のインターフェイスを使用してプログラムできます。

• PDI 2線インターフェース経由の8ビットAVR XMEGAデバイス
• OCD（オンチップデバッガ）サポートを備えた、SPI経由の8ビットmegaAVRおよびtinyAVRデバイス
• TPI をサポートする 8 ビット tinyAVR マイクロコントローラ
• SWD経由の32ビットSAM Arm Cortex-Mベースのマイクロコントローラ

ターゲット動作電圧範囲 1.62V ～ 5.5V と次のクロック範囲がサポートされています。

• 32 kHz から 7.5 MHz までの JTAG および PDI クロック周波数をサポート
• 7.5 kbit/s ～ 7 Mbit/s の aWire ボーレートをサポート
• 4 kbit/s ～ 0.5 Mbit/s の debugWIRE ボーレートをサポート
• 8kHz～5MHzのSPIクロック周波数をサポート
• 32 kHz～2 MHzのSWDクロック周波数をサポート

ICE は、Microchip Studio IDE とコマンド ライン インターフェイス (atprogram) によってサポートされています。

Atmel-ICE は、デバッグ機能とプログラミング機能が使用されていない場合、データ ゲートウェイ インターフェイス (DGI) の限定的な実装をサポートします。データ ゲートウェイ インターフェイスは、ターゲット デバイスから接続されたコンピュータにデータをストリーミングするためのインターフェイスです。これは、アプリケーション機能のデモンストレーションを可能にし、アプリケーション レベルのデバッグを支援するためのユニットの便利な補助として意図されています。

AVRISP と AVRISP mkII は、すべての AVR をICSP経由でプログラムできる安価なツールです。

AVRISP はシリアル ポート経由で PC に接続し、ターゲット システムから電力を供給します。AVRISP では、10 ピンまたは 6 ピン コネクタのいずれかの「標準」ICSP ピン配置を使用できます。

AVRISP mkII は USB 経由で PC に接続し、USB から電源を供給します。半透明のケースを通して見えるLED がターゲット電源の状態を示します。

AVRISP mkIIにはドライバ/バッファICがないため^[36] 、 SPIラインに複数の負荷があるターゲットボードをプログラミングする際に問題が発生することがあります。このような場合には、より大きな電流を供給できるプログラマが必要です。あるいは、各周辺機器の前のSPIラインに低値（約150オーム）の負荷制限抵抗を配置できれば、AVRISP mkIIを使用することができます。

AVRISP と AVRISP mkII はどちらも現在製造中止になっており、Microchip の Web サイトから製品ページが削除されています。2019 年 7 月現在、AVRISP mkII はいくつかの販売店でまだ在庫があります。サードパーティ製のクローンも多数販売されています。

Atmel Dragon は、USB 経由で PC に接続する安価なツールです。Dragon は JTAG、HVP、PDI、^[37]、または ICSP 経由ですべての AVR をプログラムできます。Dragon では、JTAG、PDI、または debugWire 経由ですべての AVR をデバッグすることもできます。以前は 32 KB 以下のプログラム メモリを持つデバイスに制限されていましたが、AVR Studio 4.18 では削除されました。^[38] Dragon には、電源ピンとプログラミング ピンへの接続を含む、8、28、または 40 ピンの AVR を収容できる小さなプロトタイプ領域があります。追加の回路用の領域はありませんが、これは「Dragon Rider」と呼ばれるサードパーティ製品によって提供できます。^[39]

JTAGインサーキット エミュレータ (JTAGICE) デバッグ ツールは、JTAG インターフェイスを備えた AVR のオンチップ デバッグ (OCD) をサポートします。オリジナルの JTAGICE (遡及的に JTAGICE mkIと呼ばれることもあります) は、PC への RS-232 インターフェイスを使用し、JTAG インターフェイスを備えた AVR のみをプログラムできます。JTAGICE mkI は製造中止になりましたが、JTAGICE mkII に置き換えられました。

JTAGICE mkII デバッグ ツールは、SPI、JTAG、PDI、および debugWIRE インターフェイスを備えた AVR のオンチップ デバッグ (OCD) をサポートします。debugWire インターフェイスでは、1 つのピン (リセット ピン) のみを使用してデバッグできるため、ピン数の少ないマイクロコントローラで実行されているアプリケーションのデバッグが可能になります。

JTAGICE mkII は USB を使用して接続しますが、シリアル ポート経由の代替接続もあり、その場合は別の電源を使用する必要があります。JTAG に加えて、mkII は ISP プログラミング (6 ピンまたは 10 ピン アダプタを使用) もサポートしています。USB リンクとシリアル リンクの両方で、STK500 プロトコルのバリアントが使用されます。

JTAGICE3は、より高度なデバッグ機能と高速プログラミングを備えたmkIIをアップデートします。USB経由で接続し、JTAG、aWire、SPI、およびPDIインターフェイスをサポートします。^[40]キットには、ほとんどのインターフェイスピン配置で使用できるアダプタがいくつか含まれています。

AVR ONE!は、オンチップデバッグ機能を備えたすべてのAtmel 8ビットおよび32ビットAVRデバイス用のプロフェッショナル開発ツールです。SPI、JTAG、PDI、aWireプログラミングモードと、debugWIRE、JTAG、PDI、aWireインターフェースを使用したデバッグをサポートしています。^[41]

非常に人気のあるAVR Butterflyデモボードは、Atmel AVR ATmega169Vマイクロコントローラを搭載した、バッテリー駆動の自己完結型コンピュータです。これは、AVRファミリ、特に当時の新しい内蔵LCDインターフェースを披露するために作られました。ボードには、LCDスクリーン、ジョイスティック、スピーカー、シリアルポート、リアルタイムクロック（RTC）、フラッシュメモリチップ、温度センサーと電圧センサーの両方が含まれています。AVR Butterflyの初期バージョンにはCdSフォトレジスタも含まれていましたが、 RoHS準拠を可能にするために、2006年6月以降に製造されたButterflyボードには搭載されていません。^[42]この小さなボードの背面にはシャツのピンが付いており、名札として着用できます。

AVR Butterfly には、マイクロコントローラの機能を示すソフトウェアがプリロードされています。工場出荷時のファームウェアでは、名前をスクロール表示したり、センサーの読み取り値を表示したり、時刻を表示したりできます。AVR Butterfly には、音や音楽を再生するために使用できる圧電トランスデューサも搭載されています。

AVR Butterfly は、14 セグメントの 6 文字の英数字ディスプレイを実行して LCD 駆動をデモンストレーションします。ただし、LCD インターフェイスは多くの I/O ピンを消費します。

Butterfly の ATmega169 CPU は最大 8 MHz の速度に対応していますが、ボタン電池の寿命を延ばすために、工場出荷時にはソフトウェアによって 2 MHz に設定されています。プリインストールされたブートローダ プログラムにより、標準の RS-232 シリアル プラグを介してボードを再プログラムし、ユーザーが無料の Atmel IDE ツールを使用して新しいプログラムを作成できます。

この小型ボードは名刺の半分ほどの大きさで、価格は AVR Butterfly よりわずかに高い程度です。USB On-The-Go (OTG) 対応の AT90USB1287、16 MB のDataFlash、LED、小型ジョイスティック、温度センサーが搭載されています。ボードには、USB 大容量ストレージ デバイス(ドキュメントは DataFlash に同梱されています) として動作させるソフトウェア、USB ジョイスティックなどが搭載されています。USB ホスト機能をサポートするには、バッテリーで動作させる必要がありますが、USB 周辺機器として動作させる場合は、USB 経由で供給される電源のみが必要です。

JTAG ポートのみが従来の 2.54 mm ピン配列を使用します。他のすべての AVR I/O ポートには、よりコンパクトな 1.27 mm ヘッダーが必要です。

AVR Studio 4.18 で 32 KB の制限が削除されたため、AVR Dragon はプログラミングとデバッグの両方が可能で、JTAGICE mkII はプロセッサのプログラミングとデバッグの両方が可能です。プロセッサは、USB「デバイス ファームウェア更新」プロトコルを使用して、Windows または Linux ホストから USB 経由でプログラミングすることもできます。Atmel は、独自の (ソース コードは含まれていますが配布は制限されています) サンプル プログラムと USB プロトコル スタックをデバイスとともに出荷しています。

LUFA ^[43]は、USBKeyやその他の8ビットUSB AVR用の サードパーティ製のフリーソフトウェア（MITライセンス）USBプロトコルスタックです。

RAVEN キットは、Zigbeeやその他のワイヤレス スタック用の Atmel のIEEE 802.15.4チップセットを使用したワイヤレス開発をサポートします。これは、ワイヤレスのより強力な Butterfly カード 2 枚とワイヤレス USBKey を組み合わせたようなもので、価格はそれくらいです (100 ドル未満)。これらのボードはすべて JTAG ベースの開発をサポートします。

キットには、IEEE 802.15.4 (およびフリーライセンスの Zigbee スタック) をサポートする 2.4 GHz トランシーバーを備えた 2 つの AVR Raven ボードが含まれています。無線は ATmega1284p プロセッサで駆動され、ATmega3290p プロセッサで駆動されるカスタム セグメント LCD ディスプレイでサポートされます。Raven 周辺機器は Butterfly に似ており、ピエゾ スピーカー、DataFlash (大きい)、外部 EEPROM、センサー、RTC用の 32 kHz 水晶などがあります。これらは、リモート センサー ノードの開発、リレーの制御、その他必要な用途に使用することを目的としています。

USB スティックは、USB ホストと 2.4 GHz ワイヤレス リンクへの接続に AT90USB1287 を使用します。これらは、ローカル バッテリーではなくホスト電源に依存して、リモート ノードを監視および制御することを目的としています。

AVRにはさまざまなサードパーティのプログラミングおよびデバッグツールが用意されています。これらのデバイスは、RS-232、PCパラレルポート、USBなど、さまざまなインターフェースを使用します。^[44]

AVR は、セキュリティ、安全性、パワートレイン、エンターテイメント システムなど、さまざまな自動車アプリケーションで使用されています。Atmel は最近、自動車アプリケーションの開発者を支援するために新しい出版物「Atmel Automotive Compilation」をリリースしました。現在、BMW、Daimler-Chrysler、TRW などで使用されています。

Arduino物理コンピューティングプラットフォームは、 ATmega328マイクロコントローラ (Diecimila より古いボード バージョンではATmega168 または ATmega8)に基づいています。より多くのピン配列とメモリ機能を備えた ATmega1280 と ATmega2560 も、 Arduino Megaプラットフォームの開発に使用されています。Arduino ボードは、その言語とIDEで使用することも、標準化され広く利用可能な AVR プラットフォームとして、より一般的なプログラミング環境 ( C、アセンブラなど) で使用することもできます。

USB ベースの AVR は、Microsoft Xbox ハンド コントローラーで使用されています。コントローラーと Xbox 間のリンクは USB です。

数多くの企業が、愛好家、ロボット製作者、実験者、小規模システム開発者向けにAVRベースのマイクロコントローラボードを製造しており、その中にはCubloc、^[45]、 gnusb、^[46]、 BasicX、^[47]、 Oak Micros、^[48]、 ZX Microcontrollers、^[49]、myAVRなどがあります。^[50]また、同様のユーザーをサポートする Arduino互換ボードの大規模なコミュニティもあります。

シュナイダーエレクトリックは、さまざまなモーションアプリケーションで使用するために、Atmel AVRコアと高度なモーションコントローラを組み込んだM3000モーターおよびモーションコントロールチップを製造していましたが、これは廃止されました。^[51]

オープンソース コミュニティにおけるFPGAの人気が高まるにつれ、AVR 命令セットと互換性のあるオープンソース プロセッサの開発も始まりました。OpenCores Web サイトには、次の主要な AVR クローン プロジェクトがリストされています。

• pAVR ^[52]はVHDLで書かれており、より深いパイプライン化など、元のAVRプロセッサには見られなかった技術を実装することで、最速かつ最大限の機能を備えたAVRプロセッサを作成することを目的としています。
• VHDLで書かれたavr_core ^[53]は、ATmega103に可能な限り近づけることを目指したクローンです。
• Verilogで書かれたNavré ^[54]は、すべてのClassic Core命令を実装しており、高いパフォーマンスと低いリソース使用量を目的としています。割り込みはサポートしていません。
• Softavrcore ^[55]はVerilogで書かれており、 AVR5までのAVR命令セットを実装し、割り込みとオプションの自動割り込み確認、スリープモードによる省電力、およびいくつかの周辺インターフェースとハードウェアアクセラレータ（ UART、SPI、巡回冗長検査計算ユニット、システムタイマーなど）をサポートしています。これらの周辺機器は、このコアにどのように接続して構成できるかを示しています。パッケージ内には、コア+周辺機器の使用例として、フル機能のFreeRTOSポートも用意されています。
• Jürgen Sauermann博士がVHDLで書いたopencoresプロジェクトのCPU講義^{[56]では、完全なAVRベースの}システムオンチップ（SoC）を設計する方法を詳細に説明しています。

Atmel社が製造したチップに加えて、LogicGreen Technologies社からもクローンが入手可能である。^[57]これらの部品は正確なクローンではない。クローン元のチップにはないいくつかの機能があり、最大クロック速度も高いが、プログラミングにはISPではなくSWD（Serial Wire Debug 、 ARMのJTAGの変種）を使用するため、異なるプログラミングツールを使用する必要があります。

ATmegaアーキテクチャを使用したマイクロコントローラは、ロシアのヴォロネジにあるNIIETによって、1887シリーズの集積回路の一部として製造されています。これには、1887VE7T（ロシア語：1887ВЕ7Т ）という名称のATmega128が含まれます。^[58]

• ウィリアムズ、エリオット (2014)。AVRプログラミング: ハードウェア用ソフトウェアの書き方を学ぶ。Maker Media。ISBN 978-1449355784。
• Schmidt, Maik (2011)。Arduino : クイックスタートガイド。Pragmatic Bookshelf。ISBN 978-1-934356-66-1。
• Margush, Timothy S. (2011)。Some Assembly Required: AVR マイクロコントローラを使用したアセンブリ言語プログラミング。CRC Press。ISBN 978-1439820643。
• Mazidi, Muhammad Ali; Naimi, Sarmad; Naimi, Sepehr (2010)。AVRマイクロコントローラと組み込みシステム: アセンブリと C の使用。Pearson。ISBN 978-0138003319。

公式ウェブサイト

• アトメルAVR

公式コミュニティ

• AVR Freaks コミュニティ
• マイクロチップフォーラム

ピン配置図

• AVR DIPパッケージ: ATtiny44/45/84/85、ATmega328P、ATmega644P、ATmega1284P
• AVR SMDパッケージ: ATmega328、ATmega2560、ATmega32U4

シミュレーター

• AVR8js (8 ビット ブラウザ内シミュレーター)