Итак, на ноги мы уже встали, в смысле на выводы микроконтроллера на плате STM32VL Discovery у нас подключено все что надо, говорить мы научились, на языке программирования Си, пора бы и в первый класс проект создать.

Написание программы

Закончив с созданием и настройкой проекта, можно приступить к написанию реальной программы. Как повелось у всех программистов, первой программой написанной для работы на компьютере, является программа, выводящая на экран надпись «HelloWorld», так и у всех микроконтроллерщиков первая программа для микроконтроллера производит мигание светодиода. Мы не будем исключением из этой традиции и напишем программу, которая будет управлять светодиодом LD3 на плате STM32VL Discovery.

После создания пустого проекта в IAR, он создает минимальный код программы:

Теперь наша программа будет всегда «крутиться» в цикле while .

Для того, чтобы мы могли управлять светодиодом, нам необходимо разрешить тактирование порта к которому он подключен и настроить соответствующий вывод порта микроконтроллера на выход. Как мы уже рассматривали ранее в первой части, за разрешение тактирования порта С отвечает битIOPCEN регистра RCC_APB2ENR . Согласно документу «RM0041 Reference manual .pdf » для разрешения тактирования шины порта С необходимо в регистре RCC_APB2ENR установить бит IOPCEN в единицу. Чтобы при установке данного бита, мы не сбросили другие, установленные в данном регистре, нам необходимо к текущему состоянию регистра применить операцию логического сложения (логического «ИЛИ») и после этого записать полученное значение в содержимое регистра. В соответствии со структурой библиотеки ST, обращение к значению регистра для его чтения и записи производится через указатель на структуру RCC -> APB 2 ENR . Таким образом, вспоминая материал со второй части, можно записать следующий код, выполняющий установку бита IOPCEN в регистре RCC_APB2ENR :

Как можно убедиться, из файла «stm32f10x.h», значение бита IOPCEN определено как 0x00000010, что соответствует четвертому биту (IOPCEN ) регистра APB2ENR и совпадает со значением указанным в даташите.

Теперь аналогичным образом настроим вывод 9 порта С . Для этого нам необходимо настроить данный вывод порта на выход в режиме push-pull. За настройку режима порта на вход/выход отвечает регистр GPIOC_CRH , мы его уже рассматривали в , его описание также находится в разделе «7.2.2 Port configuration register high» даташита. Для настройки вывода в режим выхода с максимальным быстродействием 2МГц, необходимо в регистре GPIOC_CRH установить MODE9 в единицу и сбросить бит MODE9 в нуль. За настройку режима работы вывода в качестве основной функции с выходом push-pull отвечают биты CNF 9 иCNF 9 , для настройки требуемого нам режима работы, оба эти бита должны быть сброшены в ноль.

Теперь вывод порта, к которому подключен светодиод, настроен на выход, для управления светодиодом нам необходимо изменить состояние вывода порта, установив на выходе логическую единицу. Для изменения состояния вывода порта существует два способа, первый это запись непосредственно в регистр состояния порта измененного содержимого регистра порта, так же как мы производили настройку порта. Данный способ не рекомендуется использовать в виду возможности возникновения ситуации, при которой в регистр порта может записаться не верное значение. Данная ситуация может возникнуть если во время изменения состояния регистра, с момента времени когда уже было произведено чтение состояния регистра и до момента когда произведется запись измененного состояния в регистр, какое либо периферийное устройство или прерывание произведет изменение состояния данного порта. По завершению операции по изменению состояния регистра произойдет запись значения в регистр без учета произошедших изменений. Хотя вероятность возникновения данной ситуации является очень низкой, все же стоит пользоваться другим способом, при котором описанная ситуация исключена. Для этого в микроконтроллере существует два регистра GPIOx_BSRR и GPIOx_BRR . При записи логической единицы в требуемый бит регистра GPIOx_BRR произойдет сброс соответствующего вывода порта в логический ноль. Регистр GPIOx_BSRR может производить как установку, так и сброс состояния выводов порта, для установки вывода порта в логическую единицу необходимо произвести установку битов BSn , соответствующих номеру необходимого бита, данные биты располагаются в младших регистрах байта. Для сброса состояния вывода порта в логический нуль, необходимо произвести запись битов BRn соответствующих выводов, эти биты располагаются в старших разрядах регистра порта.

Светодиод LD3 подключен к выводу 9 порта С . Для включения данного светодиода, нам необходимо подать на соответствующем выводе порта логическую единицу, чтобы «зажечь» светодиод.

Добавим код настройки вывода порта светодиода в нашу программу, а также добавим функцию программной задержки, для уменьшения частоты переключения светодиода:

//Не забываем подключить заголовочный файл с описанием регистров микроконтроллера #include "stm32f10x.h" void Delay (void ); void Delay (void ) { unsigned long i; for (i=0; i<2000000; i++); } //Наша главная функция void main(void ) { RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPCEN; //очистим разряды MODE9 (сбросить биты MODE9_1 и MODE9_0 в нуль) GPIOC->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE9; //Выставим бит MODE9_1, для настройки вывода на выход с быстродействием 2MHz GPIOC->CRH |= GPIO_CRH_MODE9_1; //очистим разряды CNF (настроить как выход общего назначения, симметричный (push-pull)) GPIOC->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF9; while (1) { //Установка вывода 9 порта С в логическую единицу («зажгли» светодиод) GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BS9; Delay(); GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR9; Delay(); } }

Скачать архив с исходным кодом программы, написанной с использованием непосредственного управления регистрами микроконтроллера можно по ссылке .

Наша первая работоспособная программа написана, при её написании, для работы и настройки периферии, мы пользовались данными из официального даташита «RM0041 Reference manual .pdf », данный источник информации о регистрах микроконтроллера является самым точным, но для того чтобы им пользоваться приходится перечитывать много информации, что усложняет написание программ. Для облегчения процесса настройки периферии микроконтроллера, существуют различные генераторы кода, официальной утилитой от компании ST представлена программа Microxplorer , но она пока еще малофункциональна и по этой причине сторонними разработчиками была создана альтернативная программа «STM32 Генератор программного кода » . Данная программа позволяет легко получить код настройки периферии, используя удобный, наглядный графический интерфейс (см. рис. 2).

Рис. 2 Скриншот программы STM32 генератор кода

Как видно из рисунка 2, сгенерированный программой код настройки вывода светодиода совпадает с кодом написанным нами ранее.

Для запуска написанной программы, после выполнения компиляции исходного кода, необходимо загрузить нашу программу в микроконтроллер и посмотреть, как она выполняется.

Видео режима отладки программы мигания светодиодом

Видео работы программы мигания светодиодом на плате STM32VL Discovery

Библиотечные функции работы с периферией

Для упрощения работы с настройкой регистров периферии микроконтроллера, компания ST разработала библиотеки, благодаря использованию которых, не требуется так досконально читать даташит, поскольку при использовании данных библиотек, работа по написанию программы станет более приближена к написанию программ высокого уровня, в виду того, что все низкоуровневые функции реализуются на уровне функций библиотеки. Однако не следует полностью отказываться от использования непосредственной работы с регистрами микроконтроллера, в виду того, что библиотечные функции требуют больше процессорного времени на свое исполнение, как следствие их использование в критичных по времени выполнения участках программы не оправдано. Но все же, в большинстве случаев, такие вещи как инициализация периферии, не критичны ко времени выполнения, и удобство использования библиотечных функций оказывается более предпочтительным.

Теперь напишем нашу программу с использованием библиотеки ST. В программе требуется произвести настройку портов ввода/вывода, для использования библиотечных функций настройки портов, необходимо произвести подключение заголовочного файла «stm32f10x_gpio.h » (см. табл. 1). Подключение данного файла можно произвести расскоментированием соответствующей строки в подключенном заголовочном конфигурационном файле «stm32f10x_conf.h ». В конце файла «stm32f10x_gpio.h » имеется список объявлений функций для работы с портами. Подробное описание всех имеющихся функций можно прочитать в файле «stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm », краткое описание наиболее часто применяемых приведено в таблице 2.

Таблица 2.Описание основных функций настройки портов

Функция	Описание функции, передаваемых и возвращаемых параметров
GPIO_DeInit ( GPIO_TypeDef* GPIOx)	Производит установку значений регистров настройки порта GPIOx на значения по умолчанию
GPIO_Init ( GPIO_TypeDef* GPIOx,	Производит установку регистров настройки порта GPIOx в соответствии с указанными параметрами в структуре GPIO_InitStruct
GPIO_StructInit ( GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)	Заполняет все поля структуры GPIO_InitStruct, значениями по умолчания
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit( GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);	Чтение входного значения вывода GPIO_Pin порта GPIOx
uint16_t GPIO_ReadInputData ( GPIO_TypeDef* GPIOx)	Чтение входных значений всех выводов порта GPIOx
GPIO_SetBits( GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)	Установка выходного значения вывода GPIO_Pin порта GPIOx в логическую единицу
GPIO_ResetBits( GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)	Сброс выходного значения вывода GPIO_Pin порта GPIOx в логический ноль
GPIO_WriteBit( GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal)	Запись значения BitVal в вывод GPIO_Pin порта GPIOx
GPIO_Write( GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal)	Запись значения PortVal в порт GPIOx

Как видно из описания функций, в качестве параметров настроек порта и т.п., в функцию передают не множество различных отдельных параметров, а одну структуру. Структуры - это объединенные данные, у которых есть некоторая логическая взаимосвязь. В отличие от массивов, структуры могут содержать данные разных типов. Другими словами, структура представляет набор различных переменных с различными типами, объединенными в одну своеобразную переменную. Переменные, находящиеся в данной структуре называются полями структуры, а обращение к ним производится следующим образом, сперва пишется имя структуры, затем пишется точка и имя поля структуры (имя переменной в этой структуре).

Список переменных, включенных в структуры для функций работы с портами, описаны в том же файле несколько выше описания функций. Так, например, структура «GPIO_InitTypeDef » имеет следующую структуру:

typedef struct { uint16_t GPIO_Pin; /*!< Specifies the GPIO pins to be configured. This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */ GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; /*!< Specifies the speed for the selected pins. This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */ GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; /*!< Specifies the operating mode for the selected pins. This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */ }GPIO_InitTypeDef;

Первое поле данной структуры содержит переменную «GPIO _ Pin » типа unsigned short , в данную переменную необходимо записывать флаги номеров соответствующих выводов, для которых предполагается произвести необходимую настройку. Можно произвести настройку сразу несколько выводов, задав в качестве параметра несколько констант через оператор побитовое ИЛИ (см. ). Побитовое ИЛИ «соберёт» все единички из перечисленных констант, а сами константы являются маской, как раз предназначенной для такого использования. Макроопределения констант указаны в этом же файле ниже.

Второе поле структуры «GPIO_InitTypeDef » задает максимально возможную скорость работы выхода порта. Список возможных значений данного поля перечислен выше:

Описание возможных значений:

• GPIO_Mode_AIN - аналоговый вход (англ. Analog INput);
• GPIO_Mode_IN_FLOATING - вход без подтяжки, болтающийся (англ. Input float) в воздухе
• GPIO_Mode_IPD - вход с подтяжкой к земле (англ. Input Pull-down)
• GPIO_Mode_IPU - вход с подтяжкой к питанию (англ. Input Pull-up)
• GPIO_Mode_Out_OD - выход с открытым стоком (англ. Output Open Drain)
• GPIO_Mode_Out_PP - выход двумя состояниями (англ. Output Push-Pull - туда-сюда)
• GPIO_Mode_AF_OD - выход с открытым стоком для альтернативных функций (англ. Alternate Function). Используется в случаях, когда выводом должна управлять периферия, прикрепленная к данному выводу порта (например, вывод Tx USART1 и т.п.)
• GPIO_Mode_AF_PP - то же самое, но с двумя состояниями

Аналогичным образом можно посмотреть структуру переменных других структур, необходимых для работы с библиотечными функциями.

Для работы со структурами, их также как и переменные, необходимо объявить и присвоить им уникальное имя, после чего можно обращаться к полям объявленной структуры, по присвоенному ей имени.

//Объявляем структуру /* Прежде чем начать заполнение полей структуры, рекомендуется проинициализировать содержимое структуры данными по умолчанию, это делается в целях предотвращения записи неверных данных, если по какой либо причине не все поля структуры были заполнены. Для передачи значений структуры в функцию необходимо перед именем структуры поставить символ &. Данный символ говорит компилятору, что необходимо передавать функции не сами значения, содержащиеся в структуре, а адрес в памяти, по которому располагаются данные значения. Это делается для того, чтобы уменьшить количество необходимых действий процессора по копированию содержимого структуры, а также позволяет экономить оперативную память. Таким образом, вместо передачи в функцию множества содержащихся в структуре байт, будет передан только один, содержащий адрес структуры. */ /* Запишем в поле GPIO_Pin структуры GPIO_Init_struct номер вывода порта, который мы будем настраивать далее */ GPIO_Init_struct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9; /* Подобным образом заполним поле GPIO_Speed */ /* После того как мы заполнили необходимые поля структуры, данную структуру необходимо передать в функцию, которая произведет необходимую запись в соответствующие регистры. Помимо структуры с настройками данной функции, также необходимо передать имя порта, для которого предназначены настройки. */

Практически вся периферия настраивается примерно таким же образом, различия имеются только в специфических для каждого устройства параметрах и командах.

Теперь напишем нашу программу мигания светодиодом с использованием только библиотечных функций.

//Не забываем подключить заголовочный файл с описание регистров микроконтроллера #include "stm32f10x.h" #include "stm32f10x_conf.h" //объявляем функцию программной задержки void Delay (void ); //сама функция программной задержки void Delay (void ) { unsigned long i; for (i=0; i<2000000; i++); } //Наша главная функция void main(void ) { //Разрешаем тактирование шины порта С RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //Объявляем структуру для настройки порта GPIO_InitTypeDef GPIO_Init_struct; //Заполняем структуру начальными значениями GPIO_StructInit(&GPIO_Init_struct); /* Запишем в поле GPIO_Pin структуры GPIO_Init_struct номер вывода порта, который мы будем настраивать далее */ GPIO_Init_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; // Подобным образом заполним поля GPIO_Speed и GPIO_Mode GPIO_Init_struct.GPIO_Speed= GPIO_Speed_2MHz; GPIO_Init_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //Передаем заполненную структуру, для выполнения действий по настройке регистров GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_Init_struct); //Наш основной бесконечный цикл while (1) { //Установка вывода 9 порта С в логическую единицу ("зажгли" светодиод) GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_9); //Добавляем программную задержку, чтобы светодиод светился некоторое время Delay(); //Сброс состояния вывода 9 порта С в логический ноль GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_9); //Добавляем снова программную задержку Delay(); } }

ссылке .

Из приведенного выше примера видно, что использование библиотечных функций работы с периферией позволяет приблизить написание программ для микроконтроллера к объектно-ориентированному программированию, а также снижает необходимость в частом обращению к даташиту для чтения описания регистров микроконтроллера, но использование библиотечных функций требует более высоких знаний языка программирования. В виду этого, для людей не особо близко знакомых с программированием, более простым вариантом написания программ будет являться способ написания программ без использования библиотечных функций, с прямым обращением к регистрам микроконтроллера. Для тех же, кто хорошо знает язык программирования, но плохо разбирается в микроконтроллерах, в частности STM32, использование библиотечных функций существенно упрощает процесс написания программ.

Данное обстоятельство, а также тот факт, что компания ST позаботилась о высокой степени совместимости, как в аппаратном, так и в программном плане, различных своих микроконтроллеров, способствует более простому их изучению, в виду того, что не требуется углубляться на особенности строения различных контроллеров серии STM32 и позволяет в качестве микроконтроллера для изучения выбрать любой из имеющихся в линейке STM32 микроконтроллер.

Обработчик прерывания

Микроконтроллеры имеют одну замечательную способность – останавливать выполнение основной программы по какому-то определенному событию, и переходить к выполнению специальной подпрограммы – обработчику прерывания . В качестве источников прерывания могут выступать как внешние события – прерывания по приему/передаче данных через какой либо интерфейс передачи данных, или изменение состояния вывода, так и внутренние – переполнение таймера и т.п.. Список возможных источников прерывания для микроконтроллеров серии STM32 приведен в даташите «RM0041 Reference manual » в разделе «8 Interrupts and events ».

Поскольку обработчик прерывания также является функцией, то и записываться она будет как обычная функция, но чтобы компилятор знал, что данная функция является обработчиком определенного прерывания, в качестве имени функции следует выбрать заранее определенные имена, на которые указаны перенаправления векторов прерывания. Список имен этих функций с кратким описанием находится в ассемблерном файле «startup_stm32f10x_md_vl.s ». На один обработчик прерывания может приходиться несколько источников вызывающих прерывания, например функция обработчик прерывания «USART1_IRQHandler » может быть вызвана в случае окончания приема и окончания передачи байта и т.д..

Для начала работы с прерываниями следует настроить и проинициализировать контроллер прерываний NVIC. В архитектуре Cortex M3 каждому прерыванию можно выставить свою группу приоритета для случаев, когда возникает несколько прерываний одновременно. Затем следует произвести настройку источника прерывания.

В поле NVIC_IRQChannel указывается, какое именно прерывание мы хотим настроить. Константа USART1_IRQn обозначает канал, отвечающий за прерывания, связанные с USART1. Она определена в файле «stm32f10x.h », там же определены другие подобные константы.

В следующих двух полях указывается приоритет прерываний (максимальные значения этих двух параметров определяются выбранной приоритетной группой). Последнее поле, собственно, включает использование прерывания.

В функцию NVIC_Init , также как и при настройке портов передается указатель на структуру для применения внесенных настроек и записи их в соответствующие регистры микроконтроллера.

Теперь в настройках модуля необходимо установить параметры, по которым данный модуль будет генерировать прерывание. Для начала следует произвести включение прерывания, это делается вызовом функции name _ITConfig() , которая находится заголовочном файле периферийного устройства.

//Разрешаем прерывания по окончанию передачи байта по USART1 USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE); //Разрешаем прерывания по окончанию приема байта по USART1 USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

Описание параметров, передаваемых функции, можно посмотреть в файле исходного кода периферийного устройства, чуть выше расположения самой функции. Данная функция разрешает или запрещает прерывания по различным событиям от указанного периферийного модуля. Когда данная функция будет исполнена, микроконтроллер сможет генерировать прерывания на требуемые нам события.

После того как мы попадем в функцию обработки прерывания, нам необходимо проверить от какого события произошло прерывание, и затем сбросить взведенный флаг, иначе по выходу из прерывания микроконтроллер решит, что мы не обработали прерывание, поскольку флаг прерывания все еще установлен.

Для выполнения различных, небольших, повторяющихся с точным периодом действий, в микроконтроллерах с ядром Cortex-M3 имеется специально предназначенный для этого системный таймер. В функции данного таймера входит только вызов прерывания через строго заданные интервалы времени. Как правило, в вызываемом этим таймером прерывании, размещают код для измерения продолжительности различных процессов. Объявление функции настройки таймера размещено в файле «core _ cm 3. h ». В качестве передаваемого функции аргумента указывается число тактов системной шины между интервалами вызова обработчика прерывания системного таймера.

SysTick_Config(clk);

Теперь разобравшись с прерываниями, перепишем нашу программу, используя в качестве времязадающего элемента системный таймер. Поскольку таймер «SysTick » является системным и им могут пользоваться различные функциональные блоки нашей программы, то разумным будет вынести функцию обработки прерывания от системного таймера в отдельный файл, из этой функции вызывать функции для каждого функционального блока по отдельности.

Пример файла «main.с» программы мигания светодиода с использованием прерывания:

//Подключаем заголовочный файл с описанием регистров микроконтроллера #include "stm32f10x.h" #include "stm32f10x_conf.h" #include "main.h" unsigned int LED_timer; //Функция, вызываемая из функции-обработчика прерываний системного таймера void SysTick_Timer_main(void ) { //Если переменная LED_timer еще не дошла до 0, if (LED_timer) { //Проверяем ее значение, если оно больше 1500 включим светодиод if (LED_timer>1500) GPIOC->BSRR= GPIO_BSRR_BS9; //иначе если меньше или равно 1500 то выключим else GPIOC->BSRR= GPIO_BSRR_BR9; //Произведем декремент переменной LED_timer LED_timer--; } //Ели же значение переменной дошло до нуля, зададим новое значение 2000 else LED_timer=2000; } //Наша главная функция void main(void ) { //Разрешаем тактирование шины порта С RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //Объявляем структуру для настройки порта GPIO_InitTypeDef GPIO_Init_struct; //Заполняем структуру начальными значениями GPIO_StructInit(&GPIO_Init_struct); /* Запишем в поле GPIO_Pin структуры GPIO_Init_struct номер вывода порта, который мы будем настраивать далее */ GPIO_Init_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; // Подобным образом заполним поля GPIO_Speed и GPIO_Mode GPIO_Init_struct.GPIO_Speed= GPIO_Speed_2MHz; GPIO_Init_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //Передаем заполненную структуру, для выполнения действий по настройке регистров GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_Init_struct); //выбираем приоритетную группу для прерываний NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0); //Настраиваем работу системного таймера с интервалом 1мс SysTick_Config(24000000/1000); //Наш основной бесконечный цикл while (1) { //В этот раз тут пусто, все управление светодиодом происходит в прерываниях } }

Часть исходного кода в файле «stm32f10x_it.c»:

… #include "main.h" … /** * @brief This function handles SysTick Handler. * @param None * @retval None */ void SysTick_Handler(void ) { SysTick_Timer_main(); } …

Пример рабочего проекта программы мигания светодиода с использованием прерывания можно скачать по ссылке .

На этом мой рассказ об основах разработки программ для микроконтроллера STM32 можно считать завершенным. Я предоставил всю информацию, необходимую для возможности дальнейшего самостоятельного изучения микроконтроллеров STM32. Предоставленный материал является лишь стартовым, поскольку полное описание работы с микроконтроллерами невозможно описать в рамках какой либо статьи. Помимо этого, изучение микроконтроллеров без получения практического опыта невозможно, а настоящий опыт приходит постепенно с годами работы, экспериментами, с накоплением различных программных и аппаратных наработок, а также чтении различных статей и документации по микроконтроллерам. Но пусть это Вас не пугает, поскольку предоставленной в статье информации вполне достаточно для создания своего первого устройства на микроконтроллере, а дальнейшие знания и опыт Вы сможете приобрести самостоятельно, разрабатывая с каждым разом все более сложные и лучшие устройства и совершенствуя свое мастерство.

Надеюсь, я смог заинтересовать Вас заняться изучением микроконтроллеров и разработкой устройств на них, и мои труды будут Вам полезны и интересны.

Необходимое для разработки программное обеспечение. В этой статье я расскажу как его правильно настроить и связать. Все коммерческие среды такие как IAR EWARM или Keil uVision обычно сами выполняют эту интеграцию, однако в нашем случае все придется настраивать вручную, потратив на это немало времени. Преимуществом является то, что у вас есть шанс понять как это все работает изнутри, и в дальнейшем гибко настраивать все под себя. Перед началом настройки рассмотрим структуру среды в которой мы будем работать:

Eclipse будет использован для удобного редактирования файлов реализации функций (.c ), заголовочных файлов (.h ), а также файлов ассемблера (.S ). Под "удобным" я понимаю использование автодополненения кода, подсветки синтаксиса, рефакторинга, навигации по функциям и их прототипам. Файлы автоматически скармливаются нужным компиляторам, которые генерируют объектный код (в файлах .o ). Пока что этот код не содержит абсолютных адресов переменных и функций и по этому для выполнения не пригоден. Полученные объектные файлы собираются воедино сборщиком (linker-ом). Чтобы знать, какие участки адресного пространства использовать, сборщик использует специальный файл (.ld ), который называется линкер-скриптом. Он обычно содержит определение адресов секций и их размеров (секция кода, отображаемая на флеш, секция переменных, отображаемая на ОЗУ и т.д.).

В конце концов linker генерирует.elf файл (Executable and Linkable Format), который содержит в себе кроме инструкций и данных отладочную информацию (Debugging information), используемую отладчиком. Для обычной прошивки программой vsprog этот формат не подходит, поскольку для этого нужен более примитивный файл образа памяти (например Intel HEX - .hex). Для его генерации тоже есть инструмент из набора Sourcery CodeBench (arm-none-eabi-objcopy), и он отлично интегрируются в eclipse с помощью установленного ARM-плагина.

Для осуществления самой отладки используются три программы:

1. сам eclipse, дающий возможность программисту "визуально" использовать отладку, ходить по строкам, наводить курсором мышки на переменные для просмотра их значений, и прочие удобности
2. arm-none-eabi-gdb - GDB клиент - отладчик, который скрыто управляется eclips-ом(через stdin) в качестве реакции на действия, указанные в п.1. В свою очередь GDB подключается к Debug-серверу OpenOCD, и все поступающие на вход команды транслируются отладчиком GDB в команды, понятные для OpenOCD. Канал GDB <-> OpenOCD реализуется по протоколу TCP.
3. OpenOCD - это debug-сервер, который может общаться непосредственно с программатором. Он запускается перед клиентом и ожидает подключения по TCP.

Данная схема может показаться вам весьма бесполезной: зачем использовать клиент и сервер в отдельности и выполнять лишний раз трансляцию команд, если все это можно было бы делать одним отладчиком? Дело в том, что такая архитектура теоретически позволяет удобно делать взаимозамену клиента и сервера. Например, если вам будет нужно вместо versaloon использовать другой программатор, который не будет поддерживать OpenOCD, а будет поддерживать другой специальный Debug-сервер (например texane/stlink для программатора stlink - который находится в отладочной плате STM32VLDiscovery), то вы просто вместо запуска OpenOCD будете запускать нужный сервер и все должно работать, без каких-либо дополнительных телодвижений. В то же время возможна обратная ситуация: допустим вы захотели использовать вместо связки Eclipse + CodeBench, среду IAR EWARM вместе с versaloon. У IAR есть свой встроенный Debug-клиент, который успешно свяжется с OpenOCD и будет им рулить, а также получать в ответ нужные данные. Однако все это иногда остается только в теории, поскольку стандарты общения клиента и сервера регламентированы не жестко, и местами могут отличатся, однако указанные мною конфигурации с st-link+eclipse и IAR+versaloon мне удавались.

Обычно клиент и сервер запускаются на одной машине и подключение к серверу происходит по адресу localhost:3333 (Для openocd), или localhost:4242 (для texane/stlink st-util). Но никто не мешает открыть порт 3333 или 4242 (и пробросить этот порт на роутере во внешнюю сеть) и ваши коллеги из другого города смогут подключится и отладить вашу железку. Данный трюк часто используется ембеддерами, работающими на удаленных объектах, доступ к которым ограничен.

Приступаем

Запускаем eclipse и выбираем File->New->C Project, выбираем тип проекта ARM Linux GCC (Sorcery G++ Lite) и имя "stm32_ld_vl" (Если у вас STV32VLDiscovery то логичнее будет назвать "stm32_md_vl"):

Нажимаем Finish, сворачиваем или закрываем окно Welcome. Итак, проект создан, и в вашем workspace должна появиться папка stm32_ld_vl. Теперь ее нужно наполнить необходимыми библиотеками.

Как вы поняли из названия проекта, я буду создавать проект для вида линейки low-density value line (LD_VL). Чтобы создать проект для других микроконтроллеров вы должны заменить все файлы и define-ы в названии которых присутствует _LD_VL (или _ld_vl ) на нужные вам, в соответствии с таблицей:

Вид линейки	Обозначение	Микроконтроллеры (х может менятся)
Low-density value line	_LD_VL	STM32F100x4 STM32F100x6
Low-density	_LD	STM32F101x4 STM32F101x6 STM32F102x4 STM32F102x6 STM32F103x4 STM32F103x6
Medium-density value line	_MD_VL	STM32F100x8 STM32F100xB
Medium-density	_MD	STM32F101x8 STM32F101xB STM32F102x8 STM32F102xB STM32F103x8 STM32F103xB
High density Value line	_HD_VL	STM32F100xC STM32F100xD STM32F100xE
High density	_HD	STM32F101xC STM32F101xD STM32F101xE STM32F103xC STM32F103xD STM32F103xE
XL-density	_XL	STM32F101xF STM32F101xG STM32F103xF STM32F103xG
Connectivity line	_CL	STM32F105xx и STM32F107xx

Чтобы понять логику таблицы, вы должны быть знакомы с маркировкой STM32 . То есть, если у вас VLDiscovery то дальше вам придется заменять все что связано с _LD_VL на _MD_VL, поскольку в дискавери распаян чип STM32F100RB, относящийся к Medium-density value line.

Добавление в проект библиотек CMSIS и STM32F10x Standard Peripherals Library

CMSIS (Cortex Microcontroller Software Interface Standard) - стандартизированная библиотека работы с микроконтроллерами Cortex, выполняющая реализацию уровня HAL (Hardware Abstraction Layer), тоесть позволяет абстрагироваться от деталей работы с регистрами, поиска адресов регистров по даташитам и т.д. Библиотека представляет собой набор из исходников на языке С и Asm. Ядерная (Core) часть библиотеки одинакова для всех Cortex-ов (Будь это ST, NXP, ATMEL, TI или еще кто другой), и разрабатывается компанией ARM. Другая же часть библиотеки отвечает за периферию, которая естественно различна у разных производителей. Поэтому в конечном итоге полная библиотека все равно распространяется производителем, хотя ядерную часть все же можно скачать отдельно на сайте ARM. Библиотека содержит определения адресов, код инициализации тактового генератора (удобно настраиваемый define-ами), и все прочее, что избавляет программиста от ручного введения в свои проекты определения адресов всяческих регистров периферии и определения битов значений этих регистров.

Но ребята из ST пошли дальше. Помимо поддержки CMSIS они предоставляют еще одну библиотеку для STM32F10x под названием Standard Peripherals Library (SPL ), которая может использоваться в дополнение к CMSIS. Библиотека обеспечивает более быстрый и удобный доступ к периферии, а также контролирует (в некоторых случаях) правильность работы с периферией. Поэтому данную библиотек часто называют набором драйверов к периферийным модулям. Она сопровождается пакетом примерчиков, разделенных по категориям для разной перифериии. Библиотека также есть не только для STM32F10x, но и под другие серии.

Скачать всю SPL+CMSIS версии 3.5 можно тут: STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0 или на сайте ST. Разархивируйте архив. Создайте папки CMSIS и SPL в папке проекта и начнем копировать файлы к себе в проект:

Что копировать	Куда копировать (учитывая, что папка проекта stm32_ld_vl)	Описание файла
Libraries/CMSIS/CM3/ CoreSupport/core_cm3.c	stm32_ld_vl/CMSIS/core_cm3.c	Описание ядра Cortex M3
Libraries/CMSIS/CM3/ CoreSupport/core_cm3.h	stm32_ld_vl/CMSIS/ core_cm3.h	Заголовки описания ядра
ST/STM32F10x/system_stm32f10x.c	stm32_ld_vl/CMSIS/ system_stm32f10x.c	Функции инициализации и управления тактовой частотой
Libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ ST/STM32F10x/system_stm32f10x.h	stm32_ld_vl/CMSIS/ system_stm32f10x.h	Заголовки к этим функциям
Libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ ST/STM32F10x/stm32f10x.h	stm32_ld_vl/CMSIS/ stm32f10x.h	Основное описание периферии
Libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ ST/STM32F10x/startup/gcc_ride7/ startup_stm32f10x_ld_vl.s	stm32_ld_vl/CMSIS/ startup_stm32f10x_ld_vl.S (!!! Внимание расширение файла CAPITAL S)	Файл с таблицей векторов прерываний и init-ами на asm
Project/STM32F10x_StdPeriph_Template/ stm32f10x_conf.h	stm32_ld_vl/CMSIS/stm32f10x_conf.h	Шаблон для настройки периферийных модулей
inc/*	stm32_ld_vl/SPL/inc/*	Заголовочные файлы SPL
Libraries/STM32F10x_StdPeriph_Driver/ src/*	stm32_ld_vl/SPL/src/*	Реализация SPL

После копирования зайдите в Eclipse и сделайте Refresh в контекстном меню проекта. В результате в Project Explorer вы должны получить такую же структуру как на картинке справа.

Возможно вы заметили, что в папке Libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F10x/startup/ есть папки для разных IDE (в разных IDE используются разные компиляторы). Я выбрал IDE Ride7, так как в ней используется компилятор GNU Tools for ARM Embedded, совместимый с нашим Sourcery CodeBench.

Вся библиотека конфигурируется с помощью препроцессора (с помощью define-ов), это позволят решить все необходимые ветвления еще на стадии компиляции (вернее даже перед ней) и избежать нагрузки в работе самого контроллера (которая наблюдалась бы, если бы конфигурирование выполнялось в RunTime). Например все оборудование различное для разных линеек и поэтому чтобы библиотека "узнала", какую линейку вы хотите использовать, вас просят раскомментировать в файле stm32f10x.h один из define-ов (соответствующих вашей линейке):

/* #define STM32F10X_LD */ /*!< STM32F10X_LD: STM32 Low density devices */
/* #define STM32F10X_LD_VL */ /*!< STM32F10X_LD_VL: STM32 Low density Value Line devices */
/* #define STM32F10X_MD */ /*!< STM32F10X_MD: STM32 Medium density devices */
И так далее...

Но делать этого я не советую. Файлы библиотек мы трогать пока не будем, а define мы сделаем позже с помощью настроек компилятора в Eclipse. И тогда Eсlipse будет вызвать компилятор с ключем -D STM32F10X_LD_VL , что для препроцессора абсолютно эквивалентно ситуации если бы вы расскомментировали "#define STM32F10X_LD_VL" . Таким образом код мы менять не будем, в следствии, при желании, когда-нибудь вы сможете вынести библиотеку в отдельную директорию и не копировать в папку каждого нового проекта.

Linker-скрипт

В контекстном меню проекта выбираем New->File->Other->General->File, Next. Выбираем корневую папку проекта (stm32_ld_vl). Вводим имя файла "stm32f100c4.ld" (или "stm32f100rb.ld" для дискавери). Теперь копируем и вставляем в eclipse:

ENTRY(Reset_Handler) MEMORY { FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 16K RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 4K } _estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM); MIN_HEAP_SIZE = 0; MIN_STACK_SIZE = 256; SECTIONS { /* Interrupt vector table */ .isr_vector: { . = ALIGN(4); KEEP(*(.isr_vector)) . = ALIGN(4); } >FLASH /* The program code and other data goes into FLASH */ .text: { . = ALIGN(4); /* Code */ *(.text) *(.text*) /* Constants */ *(.rodata) *(.rodata*) /* ARM->Thumb and Thumb->ARM glue code */ *(.glue_7) *(.glue_7t) KEEP (*(.init)) KEEP (*(.fini)) . = ALIGN(4); _etext = .; } >FLASH .ARM.extab: { *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*) } >FLASH .ARM: { __exidx_start = .; *(.ARM.exidx*) __exidx_end = .; } >FLASH .ARM.attributes: { *(.ARM.attributes) } > FLASH .preinit_array: { PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .); KEEP (*(.preinit_array*)) PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .); } >FLASH .init_array: { PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .); KEEP (*(SORT(.init_array.*))) KEEP (*(.init_array*)) PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .); } >FLASH .fini_array: { PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .); KEEP (*(.fini_array*)) KEEP (*(SORT(.fini_array.*))) PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .); } >FLASH _sidata = .; /* Initialized data */ .data: AT (_sidata) { . = ALIGN(4); _sdata = .; /* create a global symbol at data start */ *(.data) *(.data*) . = ALIGN(4); _edata = .; /* define a global symbol at data end */ } >RAM /* Uninitialized data */ . = ALIGN(4); .bss: { /* This is used by the startup in order to initialize the .bss secion */ _sbss = .; /* define a global symbol at bss start */ __bss_start__ = _sbss; *(.bss) *(.bss*) *(COMMON) . = ALIGN(4); _ebss = .; /* define a global symbol at bss end */ __bss_end__ = _ebss; } >RAM PROVIDE(end = _ebss); PROVIDE(_end = _ebss); PROVIDE(__HEAP_START = _ebss); /* User_heap_stack section, used to check that there is enough RAM left */ ._user_heap_stack: { . = ALIGN(4); . = . + MIN_HEAP_SIZE; . = . + MIN_STACK_SIZE; . = ALIGN(4); } >RAM /DISCARD/ : { libc.a(*) libm.a(*) libgcc.a(*) } }

Данный линкер-скрипт будет предназначен именно для контроллера STM32F100C4 (у которого 16 Кб флеша и 4 Кб ОЗУ), если у вас другой, то придется поменять параметры LENGTH у областей FLASH и RAM в начале файла (для STM32F100RB, который в Discovery: Flash 128K и ОЗУ 8К).

Сохраняем файл.

Настройка сборки (C/C++ Build)

Заходим в Project->Properties->C/C++ Build-> Settings->Tool Settings, и начинаем настраивать инструменты сборки:

1) Target Precessor

Выбираем под какое именно ядро Cortex компилятор будет работать.

• Processor: cortex-m3

2) ARM Sourcery Linux GCC C Compiler -> Preprocessor

Добавляем два define-a путем передачи их через ключ -D компилятору.

• STM32F10X_LD_VL - определяет линейку (о этом define-е я писал выше)
• USE_STDPERIPH_DRIVER - указание библиотеке CMSIS, что она должна использовать драйвер SPL

3) ARM Sourcery Linux GCC C Compiler -> Directories

Добавляем пути к includ-ам библиотек.

• "${workspace_loc:/${ProjName}/CMSIS}"
• "${workspace_loc:/${ProjName}/SPL/inc}"

Теперь, например, если мы напишем:

#include "stm32f10x.h

То компилятор должен сначала поискать файл stm32f10x.h в директории проекта (он это делает всегда), он его там не найдет и приступит к поиску в папке CMSIS, путь к которой мы указали, ну и найдет его.

4) ARM Sourcery Linux GCC C Compiler -> Optimization

Включим оптимизацию функций и данных

• -ffunction-sections
• -fdata-sections

В результате все функции и элементы данных будут помещены в отдельные секции, и сборщик сможет понять какие секции не используются и просто выкинет их.

5) ARM Sourcery Linux GCC C Compiler -> General

Добавляем путь к нашему linker-скрипту: "${workspace_loc:/${ProjName}/stm32f100c4.ld}" (или как он у вас называется).

И ставим опции:

• Do not use standard start files - не использовать стандартные файлы запуска.
• Remove unused sections - удалить неиспользованные секции

Все, настройка закончена. OK.

С момента создания проекта мы много всего сделали, и кое-чего Eclipse мог не заметить, по этому нам нужно сказать ему чтобы он пересмотрел структуру файлов проекта. Для этого из контекстного меню проекта нужно сделать Index -> rebuild .

Hello светодиоды на STM32

Пора создать главный файл проекта: File -> New -> C/C++ -> Source File. Next. Имя файла Source file: main.c.

Копируем и вставляем в файл следующее:

#include "stm32f10x.h" uint8_t i=0; int main(void) { RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN; // Enable PORTB Periph clock RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN; // Enable TIM2 Periph clock // Disable JTAG for release LED PIN RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN; AFIO->MAPR |= AFIO_MAPR_SWJ_CFG_JTAGDISABLE; // Clear PB4 and PB5 control register bits GPIOB->CRL &= ~(GPIO_CRL_MODE4 | GPIO_CRL_CNF4 | GPIO_CRL_MODE5 | GPIO_CRL_CNF5); // Configure PB.4 and PB.5 as Push Pull output at max 10Mhz GPIOB->CRL |= GPIO_CRL_MODE4_0 | GPIO_CRL_MODE5_0; TIM2->PSC = SystemCoreClock / 1000 - 1; // 1000 tick/sec TIM2->ARR = 1000; // 1 Interrupt/1 sec TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE; // Enable tim2 interrupt TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // Start count NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn); // Enable IRQ while(1); // Infinity loop } void TIM2_IRQHandler(void) { TIM2->SR &= ~TIM_SR_UIF; //Clean UIF Flag if (1 == (i++ & 0x1)) { GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BS4; // Set PB4 bit GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BR5; // Reset PB5 bit } else { GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BS5; // Set PB5 bit GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BR4; // Reset PB4 bit } }

Хоть мы подключали библиотек SPL, тут она использована не была. Все обращения к полям вроде RCC->APB2ENR полностью описаны в CMSIS.

Можно выполнять Project -> Build All. Если все получилось, то в папке Debug проекта должен появится файл stm32_ld_vl.hex. Он был автоматически сгенерирован из elf встроенными инструментами. Прошиваем файл и видим как мигают светодиоды с частотой раз в секунду:

Vsprog -sstm32f1 -ms -oe -owf -I /home/user/workspace/stm32_ld_vl/Debug/stm32_ld_vl.hex -V "tvcc.set 3300"

Естественно вместо /home/user/workspace/ вы должны вписать свой путь к workspace.

Для STM32VLDiscovery

Код немного отличается от того, который я дал выше для своей отладочной платки. Отличие заключается в пинах, на которых "висят" светодиоды. Если у меня в плате это были PB4 и PB5, то в Discovery это PC8 и PC9.

#include "stm32f10x.h" uint8_t i=0; int main(void) { RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPCEN; // Enable PORTC Periph clock RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN; // Enable TIM2 Periph clock // Clear PC8 and PC9 control register bits GPIOC->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE8 | GPIO_CRH_CNF8 | GPIO_CRH_MODE9 | GPIO_CRH_CNF9); // Configure PC8 and PC9 as Push Pull output at max 10Mhz GPIOC->CRH |= GPIO_CRH_MODE8_0 | GPIO_CRH_MODE9_0; TIM2->PSC = SystemCoreClock / 1000 - 1; // 1000 tick/sec TIM2->ARR = 1000; // 1 Interrupt/sec (1000/100) TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE; // Enable tim2 interrupt TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // Start count NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn); // Enable IRQ while(1); // Infinity loop } void TIM2_IRQHandler(void) { TIM2->SR &= ~TIM_SR_UIF; //Clean UIF Flag if (1 == (i++ & 0x1)) { GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BS8; // Set PC8 bit GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR9; // Reset PC9 bit } else { GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BS9; // Set PC9 bit GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR8; // Reset PC8 bit } }

Под Windows, прошить полученный hex(/workspace/stm32_md_vl/Debug/stm32_md_vl.hex) можно утилитой от ST.

Ну а под linux утилитой st-flash. НО!!! Утилита не хавает hex формата Intel HEX (который генерируется по дефолту), поэтому крайне важно в настройках создания Flash-образа, выбрать формат binary:

Расширение файла при этом не поменяется (останется hex как и было), но формат файла изменится. И только после этого можно выполнять:

St-flash write v1 /home/user/workspace/stm32_md_vl/Debug/stm32_md_vl.hex 0x08000000

Кстати, на счет расширения и формата: обычно бинарные файлы помечают расширением.bin, в то время как файлы формата Intel HEX именуют расширением.hex. Отличие в этих двух форматах скорей техническое, чем функциональное: бинарный формат содержит просто байты инструкций и данных, которые будут просто записываться в контроллер программатором "как есть". IntelHEX же имеет не бинарный формат, а текстовый: точно те же байты разбиты по 4 бита и представлены посимвольно в формате ASCII, причем использованы только символы 0-9, A-F (bin и hex - системы счисления с кратными основаниями, то есть 4 бита в bin можно представить одной цифрой в hex). Так что формат ihex более чем в 2 раза превышает размер обычного бинарного файла (каждые 4 бита заменяются байтом + переносы строк для удобного чтения), но его можно читать в обычном текстовом редакторе. Поэтому, если вы собираетесь отправить этот файл кому-то, или использовать его в других программах-программаторах, то желательно переименовать его в stm32_md_vl.bin, дабы не вводить в заблуждение тех, кто будет смотреть на его имя.

Итак мы настроили сборку прошивки для stm32. В следующий раз я расскажу как

Список статей который поможет изучить микроконтроллер STM32 даже начинающему. Подробно обо всем с примерами начиная от мигания светодиодом до управления бесколлекторным двигателем. В примерах используется стандартная библиотека SPL (Standard Peripheral Library).

Тестовая плата STM32F103, ST-Link программатор, и программное обеспечение для прошивки под Windows и Ubuntu.

VIC (Nested vectored interrupt controller) – модуль контроля прерываний. Настройка и использование прерываний. Приоритеты прерываний. Вложенные прерывания.

АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Схема питания и примеры использования АЦП в различных режимах. Regular и Injected каналы. Использование АЦП вместе с DMA. Внутренний термометр. Аналоговый watchdog.

Таймеры общего назначения. Генерирование прерывания через равные промежутки времени. Измерение времени между двумя событиями.

Захвата сигнала таймером на примере работы с ультразвуковым датчиком HC-SR04

Использование таймера для работы с энкодером.

Генерация ШИМ. Управление яркостью светодиода. Управление сервоприводом (сервомашинками). Генерация звука.

Когда только начинаешь программировать микроконтроллеры или давно не занимался программированием, то разбираться в чужом коде довольно не легко. Вопросы "Что это такое?" и "Откуда это взялось?" возникают чуть ли не на каждом сочетании букв и цифр. И чем быстрее приходит понимание логики "что? зачем? и откуда?", тем легче проходит изучение чужого кода, в том числе и примеров. Правда иногда для этого приходиться не один день "попрыгать по коду" и "полистать мануалов".

У всех микроконтроллеров STM32F4xx довольно много периферии. За каждым периферийным устройством микроконтроллеров закреплена определённая, конкретная и неперемещаемая область памяти. Каждая область памяти состоит из регистров памяти, причём эти регистры могут быть 8-разрядными, 16-разрядными, 32-разрядными или ещё как, зависит от микроконтроллера. В микроконтроллере STM32F4 эти регистры 32-разрядные и каждый регистр имеет своё назначение и свой конкретный адрес. Ничто не мешает в своих программах обращаться к ним напрямую, указывая адрес. По какому адресу размещен тот или иной регистр и к какому периферийному устройству он относиться указывается в карте памяти. Для STM32F4 такая карта памяти есть в документе DM00031020.pdf, который можно найти на сайте st.com. Документ называется

RM0090
Reference manual
STM32F405xx/07xx, STM32F415xx/17xx, STM32F42xxx and STM32F43xxx advanced ARM-based 32-bit MCUs

В разделе 2.3 Memory map на странице 64 начинается таблица с адресами областей регистров и их принадлежностью к периферийному устройству. В той же таблице есть ссылка на раздел с более подробным распределением памяти для каждой периферии.

Слева в таблице указан диапазон адресов, в середине название периферии и в последнем столбце - где находиться более подробное описание распределения памяти.

Так для портов ввода-вывода общего назначения GPIO в таблице распределения памяти можно найти что для них выделены адреса начиная с 0х4002 0000. Порт ввода-вывода общего назначения GPIOA занимает диапазон адресов от 0х4002 000 до 0х4002 03FF. Порт GPIOB занимает диапазон адресов 0х4002 400 - 0х4002 07FF. И так далее.

Для того чтобы посмотреть более подробное распределение в самом диапазоне, нужно просто пройти по ссылке.

Здесь также находиться таблица, но уже с картой памяти для диапазона адресов GPIO. Согласно этой карте памяти первые 4 байта принадлежат регистру MODER, следующие 4 байта принадлежат регистру OTYPER и так далее. Адреса регистров считаются от начала диапазона, принадлежащему конкретному порту GPIO. То есть каждый регистр GPIO имеет конкретный адрес, который можно использовать при разработке программ для микроконтроллера.

Но использование адресов регистров для человека неудобно и чревато большим количеством ошибок. Поэтому производители микроконтроллеров создают стандартные библиотеки, которые облегчают работу с микроконтроллерами. В этих библиотеках физическим адресам ставиться в соответствие их буквенное обозначение. Для STM32F4xx эти соответствия заданы в файле stm32f4xx.h . Файл stm32f4xx.h принадлежит библиотеке CMSIS и лежит в папке Libraries\CMSIS\ST\STM32F4xx\Include\.

Посмотрим как определяется в библиотеках порт GPIOA. Аналогично определяется и всё остальное. Достаточно понять принцип. Файл stm32f4xx.h довольно большой и поэтому лучше использовать поиск или возможности, которые предоставляет ваш toolchain.

Для порта GPIOA находим строку в которой упоминается GPIOA_BASE

GPIOA_BASE определяется через AHB1PERIPH_BASE

AHB1PERIPH_BASE в свою очередь определяется через PERIPH_BASE

А в свою очередь PERIPH_BASE определяется как 0х4000 0000. Если посмотреть карту рапределения памяти периферийных устройств (в разделе 2.3 Memory map на странице 64), то увидим этот адрес в самом низу таблицы. С этого адреса начинаются регистры всей периферии микроконтроллера STM32F4. То есть PERIPH_BASE - это начальный адрес всей периферии микроконтроллеров STM32F4xx вообще, и микроконтроллера STM32F407VG в частности..

AHB1PERIPH_BASE определяется как сумма (PERIPH_BASE + 0x00020000). (см.картинки обратно). Это будет адрес 0х4002 0000. В карте памяти с этого адреса начинаются порты ввода-вывода общего назначения GPIO.

GPIOA_BASE определяется как (AHB1PERIPH_BASE + 0x0000), то есть это начальный адрес группы регистров порта GPIOA.

Ну а сам порт GPIOA определяется как структура из регистров, размещение которых в памяти начинается с адреса GPIOA_BASE (см строку #define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE).

Структура каждого порта GPIO определяется как тип GPIO_TypeDef.

Таким образом, стандартные библиотеки, в данном случае файл stm32f4xx.h , просто очеловечивают машинную адресацию. Если вы увидите запись GPIOA->ODR = 1234, то это означает, что по адресу 0х40020014 будет записано число 1234. GPIOA имеет начальный адрес 0х40020000 и регистр ODR имеет адрес 0х14 от начала диапазона, поэтому GPIOA->ODR имеет адрес 0х40020014.

Или например, вам не нравиться запись GPIOA->ODR, то можно определить #define GPIOA_ODR ((uint32_t *) 0x40020014) и получить тот же самый результат, записав GPIOA_ODR = 1234;. Только вот насколько это целесообразно? Если действительно хочется ввести свои обозначения, то лучше просто переназначить стандартные. Как это делается, можно посмотреть в файле stm32f4_discovery.h Например, вот так там определяется один из светодиодов:

#define LED4_PIN GPIO_Pin_12
#define LED4_GPIO_PORT GPIOD
#define LED4_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOD

Более детальное описание периферии портов находиться в stm32f4xx_gpio.h

Всем привет. Как Вы помните в прошлой статье мы настроили программный комплекс для работы с микроконтроллерами STM32 и скомпилировали первую программу. В этой записи познакомимся с архитектурой данной платы, микроконтроллера и имеющиеся библиотеки для работы.

Ниже представлен рисунок платы STM32F3 Discovery , где: 1 — MEMS датчик. 3-осевой цифровой гироскоп L3GD20. 2 — МЕМС система-в-корпусе, содержащая 3-осевой цифровой линейный акселерометр и 3-осевой цифровой геомагнитный сенсор LSM303DLHC. 4 – LD1 (PWR) – питание 3.3V. 5 – LD2 – красный/зеленый светодиод. По умолчанию красный. Зеленый означает связь между ST-LINK/v2 (or V2-B) и ПК. У меня ST-LINK/v2-B, а также индикации пользовательского порта USB. 6. -LD3/10 (red), LD4/9 (blue), LD5/8 (orange) and LD6/7 (green). В прошлой записи мы с Вами мигали светодиодом LD4. 7. – Две кнопки: пользовательская USER и сброса RESET. 8. — USB USER with Mini-B connector.

9 — USB отладчик/программатор ST-LINK/V2. 10. — Микроконтроллер STM32F303VCT6. 11. — Внешний высокочастотный генератор 8 Мгц. 12. – Здесь должен быть низкочастотный генератор, к сожелению не запаян. 13. – SWD – интерфейс. 14. – Джемперы для выбора программирования внешних контроллеров или внутреннего, в первом случае должны быть удалены. 15 – Джемпер JP3 – перемычка, предназначена для подключения амперметра, что б измерить потребление контроллера. Понятно если она удалена, то наш камушек не запустится. 16. – STM32F103C8T6 на нем находится отладочная плата. 17. — LD3985M33R Регулятор с низким падением напряжения и уровнем шума, 150мА, 3.3В.

Теперь познакомимся поближе с архитектурой микроконтроллера STM32F303VCT6. Его техническая характеристика: корпус LQFP-100, ядро ARM Cortex-M4, максимальная частота ядра 72МГц, объём памяти программ 256 Кбайт, тип памяти программ FLASH, объём оперативной памяти SRAM 40 кбайт, RAM 8 кбайт, количество входов/выходов 87, интерфейсы (CAN, I²C, IrDA, LIN, SPI, UART/USART, USB), периферия (DMA, I2S, POR, PWM, WDT), АЦП/ЦАП 4*12 bit/2*12bit, напряжение питания 2 …3.6 В, рабочая температура –40 …...+85 С. На рисунке ниже распиновка, где видим 87 портов ввода/вывода, 45 из них Normal I/Os (TC, TTa), 42 5-volt tolerant I/Os (FT, FTf) – совместимые с 5 В. (на плате справа 5В выводы, слева 3,3В). Каждая цифровая линия ввода-вывода может выполнять функцию линии ввода-вывода общего
назначения или альтернативную функцию. По ходу продвижения проектов мы с Вами будем последовательно знакомится с периферией.

Рассмотрим блок диаграмму ниже. Сердцем является 32-битное ядро ARM Cortex-M4, работающее до 72 МГц. Имеет встроенный блок с плавающей запятой FPU и блок защиты памяти MPU, встроенные макро-ячейки трассировки — Embedded Trace Macrocell (ETM), которые могут быть использованы для наблюдения за процессом выполнения основной программы внутри микроконтроллера. Они способны непрерывно выводить данные этих наблюдений через контакты ETM до тех пор, пока устройство работает. NVIC (Nested vectored interrupt controller) – модуль контроля прерываний. TPIU (Trace Port Interface Unit). Содержит память FLASH –256 Кбайт, SRAM 40 кбайт, RAM 8 кбайт. Между ядром и памятью расположена Bus matrix (Шинная матрица), которая позволяет соединить устройства напрямую. Также здесь видим два типа шинной матрицы AHB и APB, где первая более производительная и используется для связи высокоскоростных внутренних компонентов, а последняя для периферии (устройств ввода/вывода). Контроллер имеет 4 –ри 12-разрядных ADC (АЦП) (5Мбит/с) и датчик температуры, 7 компараторов (GP Comparator1 …7), 4-ри программируеммых операционных усилителя (OpAmp1…4) (PGA (Programmable Gain Array)), 2 12 разрядных канала DAC (ЦАП), RTC (часы реального времени), два сторожевых таймера — независимый и оконный (WinWatchdog and Ind. WDG32K), 17 таймеров общего назначения и многофункциональные.

В общих чертах мы рассмотрели архитектуру контроллера. Теперь рассмотори доступные программные библиотеки. Сделав обзор можна выделить следующие: CMSIS, SPL и HAL. Рассмотрим каждую применив в простом примере мигая светодиодом.

1). CMSIS (Cortex Microcontroller Software Interface Standard) - стандартная библиотека для Cortex®-M. Обеспечивает поддержку устройств и упрощает программные интерфейсы. CMSIS предоставляет последовательные и простые интерфейсы для ядра, его периферии и операционных систем реального времени. Ее использования является профессиональным способом написания программ, т.к. предполагает прямую запись в регистры и соответственно необходимо постоянное чтение и изучение даташитов. Независим от производителя аппаратного уровня.
CMSIS включает в себя следующие компоненты:
— CMSIS-CORE: Consistent system startup and peripheral access (Постоянный запуск системы и периферийный доступ);
— CMSIS-RTOS : Deterministic Real-Time Software Execution (Детерминированное исполнение программного обеспечения реального времени);
— CMSIS-DSP: Fast implementation of digital signal processing (Быстрая реализация цифровой обработки сигналов);
— CMSIS-Driver: Generic peripheral interfaces for middleware and application code (Общие периферийные интерфейсы для промежуточного программного обеспечения и кода приложения);
— CMSIS-Pack : Easy access to reusable software components (Легкий доступ к многократно используемым программным компонентам);
— CMSIS-SVD: Consistent view to device and peripherals (Согласованное представление устройства и периферийных устройств);
— CMSIS-DAP: Connectivity to low-cost evaluation hardware (Возможность подключения к недорогому оборудованию для оценки). ПО для отладки.

Для примера напишем программу – мигаем светодиодом. Для этого нам понадабится документация описывающая регистры. В моем случае RM0316 Reference manual STM32F303xB/C/D/E, STM32F303x6/8, STM32F328x8, STM32F358xC, STM32F398xE advanced ARM ® -based MCUs , а также описние конткретной ножки за что отвечает DS9118 : ARM®-based Cortex®-M4 32b MCU+FPU, up to 256KB Flash+ 48KB SRAM, 4 ADCs, 2 DAC ch., 7 comp, 4 PGA, timers, 2.0-3.6 V. Для начала в программе затактируем порт, т.к. по умолчанию все отключено чем достигается уменьшенное эрергопотребление. Открываем Reference manual и смотрим раздел Reset and clock control далее RCC register map и смотрим что за включение IOPEEN отвечает регистр

Перейдем в описание тактирования перефирии данного регистра AHB peripheral clock enable register (RCC_AHBENR) , где видим что данный порт находится под 21-м битом. Включаем его RCC->AHBENR|=(1<<21) . Далее сконфигурируем регистры GPIO. Нас интересует три: GPIOE_MODER и GPIOx_ODR . C помощью них повторим программу с предыдущей статьи, затактируем PE8. Первый отвечает за конфигурацию входа выхода, выбираем 01: General purpose output mode. GPIOE->MODER|=0×10000 . Второй за включение низкого/высокого уровня на ножке. Ниже программа:

#include "stm32f3xx.h" //Заголовочный файл микроконтроллера
unsigned int i;
void delay () {
for (i=0;i<500000;i++);
}
int main (void) {
RCC->AHBENR|=(1<<21);
GPIOE->MODER|=0×10000;
while (1){
delay ();
GPIOE->ODR|=0×100;
delay ();
GPIOE->ODR&=~(0×100);
} }

2). SPL (Standard Peripherals Library) - данная библиотека предназначена для объединения всех процессоров фирмы ST Electronics. Разработана для урощения преносимости кода и в первую очередь расчитана на начинающег разаработчика. ST работала над заменой SPL под названием «low layer», которая совместима с HAL. Драйверы Low Layer (LL) разработаны для обеспечения почти легкого экспертно-ориентированного уровня, который ближе к оборудованию, чем HAL. В дополнение к HAL также доступны LL API . Пример тойже программы на SPL.

#include
#include
#include
#define LED GPIO_Pin_8
int main() {
long i;
GPIO_InitTypeDef gpio;
// Blue LED is connected to port E, pin 8 (AHB bus)
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOE, ENABLE);
// Configure port E (LED)
GPIO_StructInit(&gpio); //объявляем и инициализируем переменную структуры данных
gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
gpio.GPIO_Pin = LED;
GPIO_Init(GPIOE, &gpio);
// Blinking LEDS
while (1) {
// On
GPIO_SetBits(GPIOE, LED);
for (i = 0; i < 500000; i++);
// All off
GPIO_ResetBits(GPIOE, LED);
for (i = 0; i < 500000; i++);
} }

Каждая функция описывается в технической документации UM1581 User manual Description of STM32F30xx/31xx Standard Peripheral Library . Здесь подключаем три заголовочных файла которые содержат необходимоые данные, структуры, функции управления сбросом и синхронизацией, а также для конфигурации портов ввода/вывода.

3). HAL - (Hardware Acess Level , Hardware Abstraction Layer) - Еще одна общая библиотека для разработки. С которой вышла и программа CubeMX для конфигурации, которую мы с Вами использовали в прошлой статье. Там же мы написали программу мигания светодиодом используя данную библиотеку. Как видим на рисунке, ниже, куб генерирует драйвера HAL and CMSIS. Что ж опишем основные используемые файлы:
— system_stm32f3x.c и system_stm32f3x.h - предоставляют минимальные наборы функций для конфигурации системы тактирования;
— core_cm4.h – предоставляет доступ к регистрам ядра и его периферии;
— stm32f3x.h - заголовочный файл микроконтроллера;
— startup_system32f3x.s — стартовый код, содержит таблица векторов прерываний и др.

#include «main.h»
#include «stm32f3xx_hal.h»
void SystemClock_Config (void); /*Объявляем функции конфигурации тактирования*/
static void MX_GPIO_Init (void); /*Инициализация ввода/вывода*/
int main (void) {
/*Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick.*/
HAL_Init ();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config ();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init ();
while (1) {
HAL_GPIO_TogglePin (GPIOE, GPIO_PIN_8);//Переключаем состояние ножки
HAL_Delay (100); }
}
void SystemClock_Config (void) {
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;

RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = 16;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
if (HAL_RCC_OscConfig (&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) {

}
/**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig (&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK) {
_Error_Handler (__FILE__, __LINE__);
}
/**Configure the Systick interrupt time*/
HAL_SYSTICK_Config (HAL_RCC_GetHCLKFreq ()/1000);
/**Configure the Systick */
HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig (SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);
/* SysTick_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, 0, 0);
}
/** Configure pins as Analog Input Output EVENT_OUT EXTI */
static void MX_GPIO_Init (void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE ();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin (GPIOE, GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11
|GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pins: PE8 PE9 PE10 PE11 PE12 PE13 PE14 PE15 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11
|GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init (GPIOE, &GPIO_InitStruct);
}
void _Error_Handler (char * file, int line) {
while (1) {
} }
#ifdef USE_FULL_ASSERT

Void assert_failed (uint8_t* file, uint32_t line) {
}
#endif
Здесь также как и в предыдущем примере можем просмотреть описание каждой функции в документации, например UM1786 User Manual Description of STM32F3 HAL and low-layer drivers.

Можем подвести итог, что первый выриант, используя CMSIS, является менее громоздким. Для каждой библиотеки есть документация. В последующих проектах, мы будем использовать HAL и CMSIS, используя программу для конфигурации STCube и по возможности использовать регистры напрямую, без программных оберток. На этом сегодя и остановимся. В следующей статье мы с Вами рассмотрим основные принципы построения умного дома. Всем пока.