STM32 - STM32CubeMX и Atollic TrueStudio

Здравствуйте.

В предыдущих статьях (раз, два, три) я описал простое программирование платы Blue Pill (STM32F103C8T6) в среде IDE Arduino, однако если вы хотите пойти дальше «мигания светодиодом» и задействовать весь потенциал микроконтроллеров stm32, нужно использовать соответствующие инструменты.

Если не знаете какую плату выбрать, то посмотрите здесь.



Итак, для разработки будем использовать…


STM32CubeMX — это программа для предварительной настройки МК и инициализации начального кода для различных сред разработки, в том числе и для Atollic TrueStudio.

В этой программе можно выбрать нужный МК, указать источники тактирования различных шин, инициализировать пины, включить таймеры, настроить прерывания и ещё кучу всего можно сделать. Всё это делается в графическом режиме, то есть всё то, что раньше нужно было прописывать вручную, можно сделать мышкой. При этом STM32CubeMX не позволит допустить ошибок и конфликтов в работе с железом. После этого созданный проект импортируется в среду разработки и программисту остаётся сосредоточится непосредственно на прикладной задаче.


Atollic TrueStudio — среда программирования (IDE) созданная на базе Eclipse. Atollic TrueStudio была выкуплена компанией ST и тем самым стала официальной средой для микроконтроллеров stm32.

Atollic TrueStudio и STM32CubeMX полностью бесплатные. Поддерживаемые операционные системы   и 

Дополнение: компания ST выпустила среду, которая объединила в себе TrueStudio и STM32CubeMX — STM32CubeIDE.

Перечисленный софт полностью бесплатный и не имеет никаких ограничений! Единственный нюанс, это весьма запутанная регистрация на сайте ST.



Приступим

Подопытной железкой будет упомянутая выше плата Blue Pill…


Шикарная вещица, а стоит сущие копейки. Если планируете заказывать, то закажите две штуки, в дальнейшем одну из них мы превратим в программатор.


Прошивать будем через USART, так что понадобится USB to UART конвертер…



… либо ардуина, из неё можно сделать конвертер (об этом ниже).

Если у Вас есть программатор, то можете прошивать через него (конвертер не понадобится), суть статьи от этого не меняется.

Ну, а если у Вас фирменная плата типа Discovery или Nucleo, тогда вообще всё в шоколаде, втыкайте её в USB и погнали.

---

Установка

Atollic TrueStudio

Идём сюда atollic.com/resources/download/ выбираем нужную ОС, на следующей странице заполняем поля…


… и нажимаем на кнопку «Download installer...»



Для   будет скачан установочный exe-файл, который и следует запустить.


Для   будет скачан архив, который нужно распаковать в домашнюю папку, открыть терминал и перейдя в эту папку…

cd Atollic_TrueSTUDIO_for_STM32_9.0.1_installer

… запустить установочный скрипт из под root'а…

sudo ./install.sh

После установки в меню программ, в разделе «Разработка» появится ярлык

Это я делал на своей ubuntu 16.04, иные дистры не проверял.




STM32CubeMX

Идём сюда www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html и регистрируемся. После регистрации находим в самом низу кнопку «Get Software»…


Регистрация немного запутанная, но ничего не поделаешь.



Скаченный архив распаковываем в домашнюю папку и…

Для   запускаем файл SetupSTM32CubeMX-4.27.0.exe и следуем указаниям установщика.

Для   запускаем файл SetupSTM32CubeMX-4.27.0.linux (клацнув мышкой) и следуем указаниям установщика.

После установки появится папка STM32CubeMX, в которой будет исполняемый файл STM32CubeMX (запускать мышкой).

---

STM32CubeMX

Запускаем STM32CubeMX и жмакаем Меню ⇨ File ⇨ New Project…

В пятой версии CubeMX изменился дизаин, но суть осталась прежняя.


В открывшемся окне выбираем вкладку MCU Selector и в левой колонке последовательно устанавливаем галочки (ядро, серия, линейка и корпус) соответствующие вашему МК, а внизу-справа выбираем строчку с соответствующим объёмом Flash памяти (или циферкам-буковкам на камне).






Для фирменных плат типа Discovery или Nucleo можно и нужно воспользоваться вкладкой Board Selector и просто клацнуть свою плату. В этом случае инициализируются всякая разная периферия подключённая к МК (светодиоды, кнопки, акселерометр и т.п.), и настроен источник тактирования.



После этого станут активны кнопки Features и другие, поклацев которые можно посмотреть блок-схему МК, даташит и прочие доки.



Кнопка Start Project создаёт проект…

В меню ничего интересного нет кроме пункта Project, о котором поговорим позже.



Слева настройка системной частоты, таймеров и прочей периферии. В выпадающих списках представлены все возможные режимы и настройки. По центру сам МК с интерактивными выводами. Можно тыкать, перетаскивать и поворачивать.



Знакомство начнём с предупреждений и незаметно перейдём к функционалу…


Если что-то инициализировано, в данном случае инициализирован (по дефолту) системный счётчик (SysTick), то оно подсвечивается зелёненьким…





Важно! Если работаете с программатором, всегда указывайте Debug ⇨ Serial Wire. В противном случае плата не будет прошиваться. Если всё таки проморгали этот момент, тогда смотрите под спойлер...




Если где-то появляется значёк , то в этом нет ничего страшного, это просто предупреждение…



… в данном случае я инициализировал аналоговый вход, а система любезно предупредила, что при такой конфигурации не удастся использовать вывод четвертого канала третьего таймера. Имеется в виду именно вывод (ножка), то есть, например сравнение можно использовать.




Если же появится такой значёк , то это означает…



… что если я инициализирую РА2, например как аналоговый вход, то не смогу воспользоваться вторым USART'ом.



Теперь обратим свой взор на картинку МК, как вы уже поняли, ножки у него интерактивные. Если клацнуть какую-нибудь ножку, то выскочит контекстное меню, в котором указаны все возможные режимы для данной ножки…




Если инициализированый пин клацнуть правой кнопкой мыши, то появиться ещё одно меню, в котором можно поменять название вывода (Enter User Label) или убрать булавку (Signal Unpinning), Pin Stacking — это что-то связанное с разведением многослойных плат.


Некоторые ножки можно ремапить (переназначать на другие ножки). Если ножку «приколоть» булавкой, то её нельзя будет переназначить.



В левой панели активируйте USART1 указав асинхронный режим.



Зажав Ctrl и тыкнув вывод уарта, вы увидите как система подсветит альтернативные ножки. Удерживая Ctrl их можно перетащить.

Теперь закройте этот проект — Меню ⇨ File ⇨ Close Project, и откройте новый — Меню ⇨ File ⇨ New Project.



Тактирование


Любой новый проект начинается с выбора источника тактирования. В левой панели находим регистр RCC…

Сейчас будут пояснения, которые могут показаться мудрёными, но пугаться не стоит, следом описана автоматическая настройка.



LSE — это кварц для встроенных часов. К работе МК отношения не имеет, поэтому рассмотрим его позже. Сейчас нужно разобраться с HSE, множителями, предделителями, мультиплексорами и тактированием периферии.

Откройте вкладку Clock Configuration…




Если в регистре RCC оставить Disable, тогда МК будет работать от HSI RC.

HSI (High Speed Internal) — внутренний генератор частоты 8МГц (для STM32F103). Это не очень точный источник тактирования, его частота может «плавать» от перепада температуры. Внутренний генератор используется в том случае, когда нет возможности установить внешний и устройство не нуждается в высокой вычислительной точности.

Стоит заметить, что микроконтроллеры stm32 всегда стартуют от внутреннего кварца, а потом переходят на внешний. Это сделано для того, чтоб МК мог проверить, что внешний кварц исправен.

Режимы тактирования можно изменять в процессе работы программы, например для энергосбережения.


HSE (High Speed External) — внешний кварцевый резонатор от 4 до 16МГц, обеспечивающий стабильную частоту.

На моей плате установлен внешний кварц на 8МГц…


Сигнал от этого кварца проходит через специальный умножитель и получается нужная частота.

На платах Discovery и Nucleo может вообще отсутствовать внешний кварц (но место для него есть), в этом случае основной чип тактируется от чипа выполняющего роль программатора либо от внутреннего источника.



Для инициализации внешнего кварца нужно в RCC выбрать Crystal/Ceramic Resonator…




BYPASS Clock Source — в этом режиме можно тактировать МК от какого-нибудь генератора частоты или для синхронизации нескольких микроконтроллеров (см. ниже).


Master Clock Output — выдаёт тактовую частоту на отдельную ножку.



Это может пригодится для тактирования какой-то внешней периферии или подцепиться осциллографом для проверки. Так же можно синхронизировать два и более МК, например на одном МК (будет ведущим) инициализируем этот вывод, а на другом (будет ведомым) устанавливаем RCC ⇨ High Speed Clock ⇨ BYPASS Clock Source и подключаем вывод ведущего к пину RCC_OSC_IN ведомого. Таким образом ведомый будет тактироваться от ведущего. Эта схема используется на некоторых платах Discovery и Nucleo.




Теперь установите регистр RCC как на картинке выше и перейдите на вкладку Clock Configuration…



Верхнюю часть схемы я отрезал, она касается часов, разберёмся с ней потом. У более «жирных» камней побольше мультиплексеров, но суть такая же.


Трапеции с точечками это мультиплексоры (переключалки источников тактирования) — System Clock Mux, PLL Source Mux и MCO source Mux.

System Clock Mux — переключает источники тактирования различных шин (AHB, APBx).

PLL Source Mux — самый главный мультиплексор, он позволяет выбирать источник тактирования для всего МК.

MCO source Mux — выбор источника для подачи импульсов на внешнюю периферию. Я специально предложил указать в регистре RCC пункт Master Clock Output, чтоб мультиплексор был активным и его можно было потыкать. В дальнейшем Master Clock Output включать не нужно.

PLL (большой голубенький прямоугольник) — очень важная штуковина, это множитель, который увеличивает частоту поступающую с кварца.

— в таких прямоугольниках указаны различные делители и множители частоты, их нельзя редактировать.

Потыкайте мультиплексор MCO source Mux, выходная частота MCO будет меняться.


— а такие делители и множители можно устанавливать по своему усмотрению (если что-то настроите не так, то система ругнётся).

Потыкайте предделители на шинах (APB1,2 Prescaler), частота в голубеньких прямоугольничках будет меняться. ADC Prescaler станет активным только после инициализации пинов в регистрах ADC1 или ADC2.


Если что-то не активно, то оно либо не инициализировано, либо не может работать в данной конфигурации.


На верхней схеме настроено тактирование от внутреннего кварца. Чтобы перенастроить на внешний и установить максимальную частоту (72МГц) нужно переключить мультиплексор PLL Source Mux, множитель PLL выбрать х9, а мультиплексор System Clock Mux переключить на PLLCLK…



… и вуаля, контроллер заработал на нужной частоте.


FLITFCLK — это тактирование интерфейса доступа к Flash-памяти. Она тактируется от внутреннего кварца и всегда на частоте 8МГц, видимо это связано с тем, что МК стартует на этом кварце.


Enable CSS (Clock Security System) — если нажать эту кнопочку, тогда включится детектор частоты, который при ее сбое сразу же отключает HSE, включает HSI, устанавливает его источником системной частоты, посылает сигнал ошибки системной частоты расширенным таймерам и генерирует прерывание, извещая программу о сбое. Почитать.


AHB Prescaler и APB1,2 Prescaler — это предделители системной шины (AHB) и шин периферии (APB). Их настройка зависит от того, что подключено к шине (имеется в виду и внутренняя периферия, и устройства подключаемые к МК).


На схеме показано какие выводы, интерфейсы и таймеры подключены к шинам APB1,2:




Для примера используем аналоговый вход. На вкладке Pinout активируйте какой-нибудь ADC-пин и вернитесь на вкладку Clock Configuration. Частота ADC покажет ошибку и выскочит окошко с предложением настроить всё автоматически (нажмите No)…



Дело в том, что ADC должен тактироваться частотой не превышающей 12МГц, чтоб исправить ошибку нужно установить ADC Prescaler /6…




USB Prescaler при активации регистра USB тоже выдаст ошибку так как частота не должна превышать 48МГц. Чтоб исправить ошибку установите предделитель /1.5…




Настраивая предделители нужно следить за тем, чтоб не возникало конфликтов. Например подключая какое-нибудь устройство по I2C (шина APB1) и подбирая необходимую частоту для этого интерфейса, вы тем самым измените частоту тактирования таймеров.


Разберёмся с часами. В регистре RCC укажите Low Speed Clock ⇨ Crystal/Ceramic Resonator, а в регистре RTC поставьте галочку Activate Clock Source…




В мультиплексоре RTC Clock Mux нужно указать источник LSE…



LSI (Low Speed Internal) — внутренний низкоскоростной генератор (40КГц). Это внутренний кварц для тактирования встроенных часов.

LSE (Low Speed External) — внешний низкоскоростной генератор (32.768КГц). Это внешний кварц для тактирования встроенных часов (присутствует на различных платках типа Discovery и т.п.).



Включать часы необязательно, я просто показал как их настраивать.



И наконец автоматическая настройка тактирования всего и вся...


Закройте этот проект и откройте новый (это можно сделать нажав кнопочку   не сохраняя предыдущий).

В регистре RCC выберите High Speed Clock ⇨ Crystal/Ceramic Resonator, больше ничего не трогайте и перейдите на вкладку Clock Configuration.

В синем прямоугольничке   HCLK (MHz) нужно вписать требуемую частоту и нажать Enter. Выскочит окошко, в котором надо нажать ОК…



После этого все мультиплексоры, предделители и частоты настроятся сами…



Больше ничего не тыкайте, чтоб не испортить. Далее мы подготовим проект для мигания светодиодом с использованием таймера и без.


Перейдите на вкладку Pinout, активируйте таймер №1 (TIM1) и пин PC13 инициализируйте как выход (мышкой кликнуть вывод и выбрать GPIO_Output)…



Clock Source ⇨ Internal Clock — означает что таймер тактируется от внутреннего источника (источником может быть и какой-то внешний сигнал).


Теперь пришло время посмотреть вкладку Configuration…




В левой колонке частично показана конфигурация из вкладки Pinout (если там что-то активировать, то оно появится здесь), справа кнопки с расширенными настройками выводов, интерфейсов, прерываний и т.д.


С DMA мы ничего не делаем, поэтому она и не зелёненькая.

Нажмите кнопку GPIO и кликните строчку…




GPIO output level — что подать на ножку при старте МК, 0 или 1.

GPIO Mode — работа вывода в обычном режиме (Push-pull), либо в режиме открытого стока (Open-drain).

GPIO Pull-up/Pull-down — внутренняя подтяжка к плюсу или минусу, либо без подтяжки.

Maximum output speed — задает время спада/нарастания фронта при переключении пина. Иными словами, это скорость с которой пин может переключаться с LOW на HIGH или с HIGH на LOW. (Low — 2MHz, Medium — 10MHz, High — 50MHz)

User Label — можно указать своё имя для ножки (led13).


На вкладке RCC ничего интересного нет кроме возможности присвоить свои имена выводам кварца.

Нажмите Apply и OK.



NVIC — отвечает за всякие прерывания.

RCC — всякие настройки источника тактирования (кварца).

Я не буду описывать эти и большинство других настроек, так как для этого придётся написать книгу.



Поскольку мы будем мигать светиком с помощью таймера, то его нужно настроить. Нажмите кнопку TIM1 и перейдите на вкладку NVIC Setting…



Включите прерывание по переполнению как на картинке и перейдите на вкладку Parameter Setting…




Здесь нужно настроить таймер так, чтоб он вызывал прерывание каждые 500мс, таким образом светик будет мигать раз в секунду.

Делим системную частоту на 720 и получаем 100000 тиков в секунду, соответственно до переполнения (50000) таймер дотикает за 500мс.

Prescaler — предделитель системной частоты.

Counter Mode — режим счетчика, в данном случае он будет считать вверх (от нуля и до переполнения).

Counter Period — переполнение.

Repetition Counter — счётчик повторений, этот счётчик позволяет генерировать прерывание не на каждое переполнение, а на каждые N переполнений.

Оставшиеся вкладки нам не интересны.

Нажмите Apply и OK.


Последняя вкладка — Power Consumption Calculator — калькулятор для расчёта энергопотребления, я в ней не разбирался.

Осталось сгенерировать проект. Нажимаем кнопку  …



Придумываем название проекта (Project Name), указываем путь до воркспейса (Project Location) и выбираем тулчеин (Toolchain/IDE). Размер кучи (Heap) и стека (Stack) трогать не стоит, во всяком случае пока.


На вкладке Advanced Settings можно выбрать библиотеку, на которой будет писаться код, оставьте HAL.

HAL (Hardware Acess Level) — библиотека для разработки, упрощающая создание программ и обеспечивающая переносимость кода. Появилась вместе с CubeMX.

LL (low-layer) — низкоуровневое API ориентированное на экспертов.



Нажмите Оk.

После первой сборки, это окно больше не будет показываться, если оно понадобится, тогда нужно нажать




Проект сгенерирован, нажмите Close...


STM32Cube-Presentation

---

Atollic TrueStudio

Описывать интерфейс я не буду, ничего особенно интересного тут нет, разве что справа-снизу можно видеть объём занимаемой памяти. С настройками компиляции, отладки и прочими умными словами разберётесь потихоньку сами, в любом случае это длительный процесс. Сейчас важно написать «Hello World» (помигать светиком).

Запускаем Atollic TrueStudio и открываем проект созданный в CubeMX — Меню ⇨ File ⇨ Open Project from File System…




Укажите папку с проектом (кнопка Directory...) и нажмите Finish.


В левой панеле разверните список и клацните файл main.c…



Свой код нужно вписывать в специально сделанные блоки USER CODE…

/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */
Эти блоки расставлены везде где нужно.

Если написать что-либо вне этих блоков, то при повторной генерации кода в CubeMX (мало ли нужно что-то добавить/удалить) оно будет затёрто. Вы можете менять что-либо в CubeMX и эти изменеия будут автоматически происходить в TrueStudio.


Прежде чем вносить изменения, нажмите  чтоб проверить соберётся ли проект.


В коде уже всё инициализировано, например в функции static void MX_TIM1_Init(void) вы найдёте те самые циферки, которые мы указывали в CubeMX. Однако здесь не хватает обработчика прерываний от таймера.

В левой панели нужно найти заголовочный файл stm32f1xx_hal_tim.h (название файла намекает на его принадлежность) и открыть…



В хедарах лежат прототипы всех нужных функций, вы будете часто сюда заглядывать.

Откройте окно поиска (Ctrl + F) и найдите функцию HAL_TIM_PeriodElapsedCallback. Это колбек, который вызывается каждый раз когда случается прерывание. Функция вызывающая колбек находится в файле stm32f1xx_hal_tim.c, там же лежит и сам колбек с атрибутом __weak.

Создадим свою функцию и вставим её в main.c между тегами…

/* USER CODE BEGIN 0 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if(htim->Instance == TIM1) //проверяем какой таймер вызвал колбек
   {
     HAL_GPIO_TogglePin(led13_GPIO_Port, led13_Pin); // переключаем пин на противоположное состояние
   }
}
/* USER CODE END 0 */

Так как колбек один для всех таймеров, то надо проверить какой именно таймер вызвал прерывание.


И ещё надо стартануть таймер функцией HAL_TIM_Base_Start_IT() (она тоже лежит в stm32f1xx_hal_tim.c).

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1); // передаём в функцию указатель на структуру TIM1
/* USER CODE END 2 */

Заодно впишем в цикл while(1) немного кода, чтоб помигать тем же светиком, но без таймера, через delay(). Перед прошивкой что-нибудь одно закомментируете.

while (1)
  {

  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
	  HAL_GPIO_WritePin(led13_GPIO_Port, led13_Pin, GPIO_PIN_SET);
	  HAL_Delay(1000); // 1000ms (HAL_Delay останавливает программу)
	  HAL_GPIO_WritePin(led13_GPIO_Port, led13_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	  HAL_Delay(1000);
  }
  /* USER CODE END 3 */

Помните о том, что у платы Blue Pill PC13 включается минусом.


Соберите проект кнопкой


Если внизу на вкладке Problems всё чисто, то значит пришло время прошивать плату.


Если работаете с программатором, тогда запустите отладку —   — это загрузит прошивку в МК.

Запустите программу (внутри МК) —
Поставьте программу на паузу —
Выйти —


Если программатора нет, тогда ступайте в раздел «Прошивка».

---

Прошивка

Описанным способом можно загружать любые .bin или .hex файлы.


Файл будет лежать там где и проект, в папке Debug — STM32_workspace_9.0/myled/Debug/myled.hex.



Вам потребуется USB to UART конвертер…



Если такой штуковины нет, то есть два варианта превращения ардуины в конвертер…



Далее переставляем джамперы на платке вот так:

Если плата самодельная, тогда пин BOOT0 надо подтянуть к плюсу.


Режим системного бутлоадера. Не поленитесь заглянуть по ссылке.



Соединяем конвертер и STM следующим образом…



Конвертер RX <-> PA9 STM
Конвертер TX <-> PA10 STM
Конвертер GND <-> GND STM

… и подключаем конвертер и STM к компьютеру.



Инструкция по прошивке для


Скачайте архив и распакуйте куда-нибудь. Если хотите, можете взять с сайта ST (в самом низу страницы).

Нажмите Reset на плате.

Перейдите в папку Flash Loader Demonstrator и запустите Flash Loader Demonstrator.exe


Выбираем СОМ-порт конвертера и жмем Next...


Если выдаёт ещё какие-то ошибки, то либо не нажали Reset, либо что-то с конвертером.




Если светофор даёт зеленый свет, то смело жмите Next...




Жмем Next...




В пункте Download to device указываем путь к файлу myled.hex и жмем Next...





Готово.




Инструкция по прошивке для


Скачайте архив и распакуйте куда-нибудь.

Из папки соответствующей вашей ОС скопируйте файл stm32flash в домашнюю папку.

Эта утилита есть в репах ubuntu, в других дистрах не знаю, поэтому выкладываю.

Перед прошивкой всегда нажимайте Reset на плате.

В терминале дайте команду:

./stm32flash -w /home/dima/Atollic/TrueSTUDIO/STM32_workspace_9.0/myled/Debug/myled.hex -v -g 0x0 /dev/ttyUSB0

Путь к файлу у вас будет свой. HEX-файлы тоже можно прошивать этой утилитой.

Если будет ругаться на права, тогда дайте команду…

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

… или запускайте утилиту через sudo.


Защита от записи

Если появилось вот такое сообщение…



… тогда дайте по очереди две команды:

./stm32flash -u /dev/ttyUSB0

./stm32flash -k /dev/ttyUSB0

Первая снимает защиту от записи, вторая от чтения.

---

Ну и наконец...

Верните джампер в исходное положение и нажмите Reset…



Светик начнёт мигать. Первая программа написана и прошита.





На этом наверно всё.


Всем спасибо


Если у Вас стоял ардуиновский загрузчик, то он будет затёрт, чтоб его востановить просто залейте описанным выше способом этот файлик. И не забудте вот про это.


Телеграм-чат istarik

Телеграм-чат STM32


В следующей статье описано как из платы Blue Pill сделать программатор, и работать с ним в Atollic TrueStudio

Мои статьи про stm32