Geekly articles weekly

我们以STM32F030f4p6为例开始研究微控制器



0.阅读文章之前


本文的目标如下：

  1. 展示如何专门使用此板；
  2. 显示仅依靠文档和逻辑即可编写闪烁的LED程序的方法；
  3. 以对微控制器不熟悉的人可以理解的语言展示材料。

就使用其他文件而言，该代码将变得非常简单-我们将不包括单个文件，除了构建空的但有效的固件所需的文件之外。 即 基于固件代码，虽然可以，但是没有任何用处。

我们将需要以下文档：

  1. 数据表STM32F030x4（我使用2017年1月的文档DocID024849 Rev 3）;
  2. RM0360参考手册STM32F030x4 / x6 / x8 / xC（我使用2017年4月的文档DocID025023 Rev 4）;
  3. 电路板。

您可以从云中下载这些文档。
本文中的计时器将不被考虑，并且不会被包含在代码中。
未使用ST-LINK编程器。 为了与开发板一起使用，使用了USB-COM适配器（基于PL2303HX的RS232），该适配器可模拟COM端口。

照片适配器

一切都收集在通过Windows X主机上的VirtualBox版本5.2.22r126460运行的Windows XP Professional 2002 SP3虚拟机上。

1.安装USB-COM适配器的驱动程序


Windows没有帮助，请从官方网站Prolific （在Google中请求“ prolific driver”的第一个链接）下载驱动程序USB到UART / Serial / Printer PL2303 Windows Driver （您需要一个Standard Driver ）。 或者，您可以从我的云下载。

安装驱动程序，重新启动并查看新的COM端口。

屏幕快照，其中包含安装程序的名称和新的COM端口

端口设置为标准配置。 您可以自行决定更改COM端口号。 以我的经验，我一生只看过一个程序，只能看到前4个COM端口，如果我没记错的话，那是Windows下的某种蓝牙终端。

COM端口设置


2.在板上装满固件


2.0下载实用程序，可用于开发板


我们从STM网站下载了FLASHER-STM32实用程序（在说明中称为STM32 Flash loader演示程序（UM0462）），您必须注册该程序，但这并不可怕-最终，我们将zip压缩文件与安装程序一起删除； 下一步->下一步->下一步...，所有内容均已安装。 为了方便起见，我在工作文件夹中创建此应用程序的快捷方式。

这是实用程序（网站的屏幕快照）


默认情况下，实用程序C的路径为：Program Files \ STMicroelectronics \ Software \ Flash Loader Demo \ STMFlashLoader Demo.exe 。

2.1引导细微差别


板上有一个BOOT跳线。

  • 当跳线闭合时 ，微控制器将从其存储器（即，由程序员编写的程序）中加载指令。
  • 当跳线打开时 ，微控制器将在RX和TX线上接收信息，即 它将从COM端口（在我的情况下是从适配器）刷新。

2.2配置实用程序




运行此应用程序，它实际上是最简单的（包含最少的设置）。 在第一个窗口中，选择：

  1. 接口（我有COM-3）；
  2. 计算机和微控制器通信的速度（IMHO，9600正常值）；
  3. 数据位数（出于某种原因，此窗口对我不可用，但到目前为止这并不重要）；
  4. 奇偶校验（我没有奇偶校验，即无）；
  5. 回声（我有关闭）;
  6. 等待时间（我有10秒）。

单击下一步，如果一切正常，那么我们将看到绿灯，并且“目标是可读的”。 如果看到红灯，则表明计算机无法连接。

如果成功检测到微控制器，则目标是可读的


总是有帮助的步骤顺序：

  1. 首先，您需要检查板上的BOOT跳线是否已关闭。
  2. 其次，在任何情况下，都应关闭微控制器的电源，最好关闭从适配器到电路板的TX和RX线（您不能断开接地）。
  3. 第三，在程序中，按返回到末尾，即 返回首页，甚至将其关闭然后重新启动（通常来说，它有时会冻结）。 重要的是，始终先从首页开始，然后再通过此程序与主板进行每次连接。
  4. 第四，从适配器到电路板的导线接好，然后尝试再次在程序中连接（请确保从首页开始！）。

如果其他所有方法均失败，则可以尝试关闭所有功能，重新启动计算机，然后尝试重新连接至主板。

因为 我在虚拟机上工作，我必须多次重新连接USB-COM适配器，以便虚拟机可以检测到它，并且主机没有时间安装损坏的驱动程序。

我在撰写本文时发现的另一种选择是按下板上的按钮，而不是不断拉动电线。 但是，无论如何都必须关闭并打开BOOT跳线。 该选项起作用的原因是该按钮位于外部NRST复位的底部。

在下一个窗口中，选择目标设备Target。 顺便说一句，有时在这里您通常可以看到（也许是一个错误）左侧的设备，例如，代替STM32而不是STM8-在发生某种故障的地方，上面已经描述了处理程序。 因此，在此步骤中，您不必急于单击“下一步”，但是请始终注意在Target中选择了所需设备的事实。

目标设备选择


如何确定我们拥有的设备？ -我们看一下芯片并重写所有写在芯片上的东西。 我们打开芯片上的数据表 ，“ 订购信息 ”部分描述了哪个字母负责什么。 以我为例：



我在Target中选择我的芯片（16K），然后继续。


芯片提供4种动作选择：

  1. 擦除内存（整个或选择一个特定区域）；
  2. 将固件写入设备；
  3. 从设备读取固件；
  4. 启用/禁用写或读保护。

2.3从板上读取固件


当我第一次连接开发板时，我决定保留原始固件，这是一种备份-我们现在就做。 有必要指出该固件的保存位置以及要保存的内存页面，还建议使用hex ， bin或s19文件格式进行选择 。

选择要读取的存储页面


如果您只是将固件上载到板上或从板上读取固件，则这些文件格式之间没有区别。 以下是进度页，有时该进程会长时间冻结99％（不一定是99），但应该在几秒钟后成功完成-实际上，在此之后，开发板没有给出与加载的固件相对应的行为。 简而言之，您需要重新连接所有内容并重新填充固件，对此没有什么要求。

固件文件已保存，以后可以上传到板上。

但是，如果安装了读取保护，则无法读取固件。

进度窗口


2.4刷板


现在填写固件文件，其源代码如下。 展望未来，我会说我们将上传bin和hex文件，因为 开发环境将发布它们。 s19和hex文件的其他设置相同。 与它们不同的是，在bin文件中，您可以选择将从中记录固件的地址，默认情况下在实用程序中为800万（适用于我们）。

准备录音


在录制之前，您可以通过选择以下三个选项之一来清除微控制器的闪存：

  • 擦除必要的页面（清除存储器的必要部分）；
  • 无擦除（未经纯化）；
  • 全局擦除（完全清除）。

实际上，清除是将零写入内存的过程。

仍然有可选的字节，但是到目前为止您无法触摸它们。 单击“下一步”，等待该过程完成，然后完成。

如果要记录我的固件，可以在云中找到它，即blink.bin文件。 使用此固件时，PA4脚上的内置LED闪烁应闪烁。

3.代码编写


3.0安装CooCox CoIDE开发环境


您可以先从SoftPedia.com网站下载IDE，然后再从STM网站和IDE网站本身下载IDE，但是由于IDE不再提供支持，因此已成为不可能。 没有关键的不再支持IDE了，不，因为 对于编写代码，主要是编译器。 我下载了两个版本，但我使用的是1.7.8版本。
在这里很好地描述了环境的首次启动，Next-> Next-> Next ...，没有什么复杂的。 我只补充说，最好先创建一个项目，然后再进行其他所有操作。

但是，如果丢失了“存储库”选项卡，则可以在菜单“ 视图”->“存储库”中找到它。
您可以在此处下载适用于环境的工具（编译器），也可以向Google询问“用于手臂的gnu工具”； 我下载了一个在结尾处带有sha1.exe的选项。

3.1源框架


因此，已经创建了项目，选择了芯片，现在我们将向项目添加最少的资源集，否则将无法使用它。

这就是项目刚创建时的外观，即 只有主main.c文件，仅此而已


选择CMSIS BOOT ，环境将自动选择M0 Cmsis Core ，因为 依赖关系需要这个。

现在我们得到最少的来源


组装项目（“生成”图标或F7键）。 由于我不知道的原因，未收集十六进制文件（控制台中有警告）； 我几次重新安装了IDE和编译器，重新创建了项目，但是由于某种原因在虚拟机上出现了这样的结果。 在另一台计算机（不是虚拟的，而是真实的）上，所有内容都是一对一的，并且输出是十六进制的。 幸运的是，这里有垃圾桶。

该项目已成功组装


我建议您注意文件大小，可以在控制台的输出末尾看到它，也可以通过标准方式看到它（在这里，您可以看到十六进制为空）。 同时，此屏幕快照显示固件文件位于项目文件夹中，然后是Debug / bin /


尽管代码没有执行任何操作，但我将其上传到板上以确保可以上传（例如，实用程序不会拒绝它）。 我建议读者这样做。 如果不起作用，请再试一次，然后写评论。

3.2手指算法


首先，我们从人的角度勾勒出一种算法，微控制器将如何使LED闪烁。 为此，需要进行一些推理。

每种设备都由于存储的能量而工作，例如，某些发动机可以使用不同类型的燃料运行，但是为此，需要将发动机调整为我们将要供给的燃料类型。 同样，微控制器需要针对能源进行调整（调整）-这将是算法的第一步 。
我们进一步推理。 台式计算机具有监视器，扬声器，键盘，鼠标...，您可以看到某些设备向我们提供了信息，而在其他设备的帮助下，我们向计算机提供了信息，但是它们都连接到所有设备通用的盒子（系统单元）上。 您可以猜测微控制器可以接收并提供信息，这意味着其支路可以接收信号或发出信号-这将是算法的下一个步骤 。

接下来，微控制器必须打开LED，等待一会儿，关闭LED，等待一会儿，然后将其打开，然后再关闭...

结果，该算法将如下所示



该流程图的目的是清楚地显示算法的作用。 首先，该方案是为您自己编写的，因此每个人都可以随意（自己）编写/绘制该方案。 我认为，该方案应旨在尽可能简单，易读和直观，以具有较高的抽象水平。

按照此算法，我们将编写代码。

3.3处理文档


建议您使用打开文件stm32f0xx.h （位于我们项目的cmsis_boot文件夹中）和打开文档阅读本文的这一部分。

3.3.1选择时钟源


首先，您需要为微控制器供电。 微控制器从适配器接收5伏电压（用万用表测量），但是出现的问题是“微控制器以什么频率工作”，因为已知电子设备以不同的频率工作。 首先，打开数据表 ，在目录中，您可以看到两个有意义的部分： 电源管理 ， 时钟和启动 。 首先是关于电压和低功耗模式。 第二部分隐藏了我们目前感兴趣的内容。 在第一句话中已经说过“内部RC 8 MHz振荡器被选为复位时的默认CPU时钟”，这意味着默认情况下，复位MC后，内部8 MHz RC链被选为主时钟源 。
接下来是一些难以理解的时钟树方案，我们稍后再考虑。


时钟树

严格来说，您可以依靠短语“在重置MK之后默认情况下...”并斜着阅读本文的这一部分。

现在，您需要分散电路板的注意力，并寻找内部LED。 我知道电路中的二极管由D1 ， D2 ...表示，即 D ==二极管 ，在我的电路板上靠近电阻R7的是二极管D1 。

板照片


也许，在仔细检查电路板之后，您可以找到二极管挂在哪条腿上，但我将转向电路板。 不幸的是，电路板的元件在其位置上与电路中的元件并不完全匹配。 但是我很高兴在互联网上找到了这样的方案（否则我很长时间都找不到了）。



在该图中，我们看到二极管的阴极通过跳线J2接地，而阳极通过电阻器连接到PA4引脚。 PA4表示端口A的第四个输出，这意味着要点亮和关闭LED，必须向PA4的输出端提供电压。

接下来，您需要确定如何向该输出施加电压。 对我而言，这根本不是直观的，并且很长一段时间以来，我一直在仔细阅读文档，直到在数据表最开始的“ 描述”部分遇到了框图 。 在其中我看到了珍贵的轨道PA [15：0] <=> GPIO端口A <=> AHB解码器<=>总线矩阵<=> Cortex-M0 ，即 端口A是通用I / O端口，并连接到AHB总线。

方块图
（图片可点击）


我注意到在电子产品中，通常将微控制器的输出分成端口，通常该端口有16个输出。 该图显示端口A ， B和C只有16个，但是端口D和F却较少（少于16个引脚，更多-否）。

让我们回到“ 时钟树”方案，找到AHB签名的输出。 我们将弄清楚该输出的工作频率。 HCLK信号到AHB ，离开HPRE分频器。 该分频器从开关SW接收SYSCLK信号。 通过编程设置 SW输入中的哪个信号将用作SYSCLK ，然后在代码中进行设置。 提供选择：

  1. HSI-来自内部高频发生器的信号，它是由一个8 MHz石英谐振器产生的，在使用该板之前我已将其焊接；
  2. PLLCLK-来自倍频器PLLMUL的信号；
  3. HSE-来自外部高频发生器的信号。

任何选项都适合我们的任务，我建议选择其中最简单，最实惠的HSI 。

我们将进入参考手册并打开第7节“ 复位和时钟控制（RCC）” ，特别是7.2.6系统时钟选择 ，在这里我们再次遇到数据表中类似的措辞：“系统复位后，选择HSI振荡器作为系统时钟”-即 我们甚至不需要做任何事情，MK将从HSI开始。

为了确保MK确实可以从此源工作，我将在程序中明确编写此代码。 滚动到负责复位和时钟的寄存器 （第7.4节RCC寄存器 ）。 文档中描述的第一个寄存器是时钟控制寄存器（RCC_CR） ； 下面是对位的描述，这些位负责什么。

时钟控制寄存器


我们对HSION零位感兴趣，该位负责打开谐振器（ 0-关闭， 1-开启）。

因此，有必要向RCC_CR寄存器写入1。 （零位为1，或2 0 = 1）。

现在，我们在stm32f0xx.h文件中找到RCC的定义（ #define RCC ）。

RCC-> RC


如您所见，这是位于RCC_BASE的结构； 地址0x40021000 ，如果您全部展开define ，则可以在《 参考手册》中的2.2.2节“ 内存映射和寄存器边界地址”以及在数据表的“第5章内存映射 （ AHB区域）”中看到相同的地址。

要在RCC块CR寄存器中写入一个启用HSI的单元，需要一行代码

RCC->CR |= 0x1;

3.3.2设置腿


向微控制器的脚发送信号以点亮LED并停止信号，以使LED熄灭是简单的操作，因此适用于GPIO功能（通用输入输出端口）。

默认情况下，MK支脚未连接，即 输出是不确定的。 必须连接端口，该端口的脚将为LED供电。 之前，我们确定GPIO端口已连接到AHB总线-您需要调整该总线。 继续翻阅第7.4节RCC寄存器 （复位和控制控制寄存器），我们发现第7.4.6节AHB外设时钟使能寄存器 （ RCC_AHBENR和AHB总线时钟使能寄存器 ）。 早些时候，我确定我的LED已连接到PA4引脚-因此，我需要将一个单元写入寄存器的第17位，以便固定端口A。

AHB外设时钟使能寄存器


因此，代码应为

 RCC->AHBENR |= (1 << 17);

或者，这是同一回事

 RCC->AHBENR |= 0x20000;

使用#define文件stm32f0xx.h写入

 RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOAEN;

RCC-> AHBENR


我们已经为端口A供电，现在我们需要通知MK PA4将在出口工作-我们将阅读第8节通用I / O（GPIO） ； 本节的引言已经说到“每个通用I / O端口都有四个32位配置寄存器（ GPIOx_MODER ， GPIOx_OTYPER ， GPIOx_OSPEEDR和GPIOx_PUPDR ），两个32位数据寄存器（ GPIOx_IDR和GPIOx_ODR ）...”- 每个GPIO端口中有4个调整寄存器和2个数据寄存器 -这就是我们所需要的（配置端口A或PA4输出，并定期向其发送0和1 ）。 为了更好地理解所发生的情况（理论），您可以阅读本节，但我向下滚动至8.4节GPIO寄存器并根据说明配置端口。

  1. 端口模式 -退出。 根据文档，有必要在相应寄存器（ GPIOA_MODER ）的相应区域（ MODER4 ）中写入01 ，即 第9位和第8位：第9位应为零，以第8位为单位：

     GPIOA->MODER |= (1 << 8); //  

     GPIOA->MODER |= 0x100; //  

     GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODER4_0;

    GPIO端口模式寄存器


    GPIOA->模块


  2. 输出类型 。 老实说，我仍然没有完全弄清楚这种情况的电路（我会理解，再次阅读论坛等），但是研究有关MK输出配置的其他资源以及逻辑和直觉，建议应该有所作为-pull ，之后应上拉 。 无论如何，代码都已编写，一切正常，没有任何内容耗尽。 如果选择漏极开路类型并将此输出与另一个设备短路，则存在烧伤的真正风险，例如 这是一个开放的出口，不受任何保护。 另外，我们在二极管的前面有一个限流电阻-它肯定不会在这里燃烧。

    根据文档，有必要在第四位写零； 该文档还指出，重置后将为零。

     GPIOA->OTYPER &= ~(1 << 4); //  

     GPIOA->OTYPER &= ~0x10; //  

     GPIOA->OTYPER &= ~GPIO_OTYPER_OT_4;

    GPIO端口输出类型寄存器


  3. 输出速度 。 在我们的情况下，这并不重要，但是为了保真，我将在此处写入零。

     GPIOA->OSPEEDR &= ~(1 << 8); //  

     GPIOA->OSPEEDR &= ~0x100; //  

     GPIOA->OSPEEDR &= ~GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR4_0;

    GPIO端口输出速度寄存器


  4. 电梯 。 因为 输出将为LED供电，您需要将其上拉至电源，即 上拉

    必须拧紧端口A的第4针; 该文档说，为此，有必要分别在9和8位中写入0和1。

     GPIOA->PUPDR |= (1 << 8); //  

     GPIOA->PUPDR |= 0x100; //  

     GPIOA->PUPDR |= GPIO_PUPDR_PUPDR4_0;

    GPIO端口上拉/下拉寄存器


    GPIOA-> PUPDR



3.3.3 LED开/关和延迟


前面我们读到每个端口都有寄存器，包括IDR和ODR数据寄存器-分别是输入和输出数据寄存器。 MK分支上的逻辑零和一-这是数据吗？ -是的，数据。 数据可以来自微控制器外部（作为输入 ），然后退出微控制器并进入另一个设备（作为输出 ）。 MK支路上的单元是存在高电压电平，即 如果将一个带到输出，则将有电压，并且此LED可以为我们的LED供电。 单元向微控制器支路的输出不同于将单元写入ODR输出寄存器。

GPIO端口输出数据寄存器


根据文档，我们看到每个端口（ A ， B ， C ， D ， F ）都有一个32位寄存器。 端口的引脚数不能超过16个，则仅使用寄存器的前16位。 每一位对应一个端口号（引脚）。 要将一个单元输出到PA4支路，需要将一个单元写入第4位，以输出零-将一个零写入第4位，即 从输出端去除电压。



GPIOA-> ODR


开启LED的代码如下所示

 GPIOA->ODR |= (1 << 4); //  

 GPIOA->ODR |= 0x10; //  

 GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_4;

代码关闭LED

 GPIOA->ODR &= ~(1 << 4); //  

 GPIOA->ODR &= ~0x10; //  

 GPIOA->ODR &= ~GPIO_ODR_4;

但是，如果您在打开电源线之后写了关闭LED的线，则LED不会闪烁（如果您对发生的事情感兴趣-您可以尝试;什么都不会燃烧，这已经在上面进行了讨论）-那么您需要进行延迟。 计时器用于延迟，但是计时器值得一提（由于复杂性），因此我们将延迟使用拐杖：我们将驱动空闲周期。 有一点： 如果启用了编译 器优化 ，则编译器将减少我们的空闲周期，并且不会有延迟。 确保未启用优化。 为此，让我们进入项目配置（右键单击项目树中的项目名称），然后检查“ 编译 ”选项卡中的“ 编译控制字符串”行：它必须具有-O0参数（“约零”表示禁用优化）。 如果您按照我的指示收集了所有内容，那么很可能还会有-O0 ，因为 默认情况下，我在这里什么都没碰。 参数-O1 -O2 -O3表示启用相应级别的优化。

编译器优化检查


空闲周期可以这样写：

 int t = 4000000; while(t > 0) t--;

我没有这样设置t的值，我这样推断：如果微控制器以8MHz运行，那么它将在一秒钟内执行大约8,000,000条指令，如果您夸大其词，那么半秒的延迟将需要运行4,000,000次。
空闲周期将需要在打开LED之后，关闭LED之后运行，并且所有这些共同循环。

3.4编写代码并运行


让我们将之前编写的所有代码行放在一起。 您还需要包括stm32f0xx.h头文件，如下所示 我们依靠它并从中获取结构，地址和值的定义。 结果应为：

 #include "stm32f0xx.h" int main(void) { int t; //  '' RCC->CR |= 0x1; //   HSI RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOAEN; //   A GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODER4_0; // PA4   GPIOA->OTYPER &= ~GPIO_OTYPER_OT_4; //  push-pull  PA4 GPIOA->OSPEEDR &= ~GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR4_0; //    PA4 GPIOA->PUPDR |= GPIO_PUPDR_PUPDR4_0; //  pull-up  PA4 while(1) { GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_4; //    PA4 t = 4000000; while(t > 0) t--; //  GPIOA->ODR &= ~GPIO_ODR_4; //    PA4 t = 4000000; while(t > 0) t--; //  } }

单击重建，然后通过实用程序在板上填写代码。



为了使开发板能够启动新固件，请不要忘记关闭BOOT跳线并进行复位（RESET）。

4.结论


代码已编写，一切正常。 部队消耗得无法估量。 我很高兴基于文档，事实证明编写了工作代码，主要是因为STM拥有高质量的文档。

计划是写一篇关于如何在没有IDE的情况下通过控制台真正手工组装所有东西的文章，理想情况下，这一切都可以在Linux下完成。 现在，我正在研究PWM和ADC（也在该板上）-我也会在它们上写一篇文章。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN437234/

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