Программирование stm32 на си. ARM

Недавно коллега меня подсадил на идею создания умного дома, я даже успел заказать себе десятки разных датчиков. Встал вопрос о выборе Микроконтроллера (далее МК) или платы. После некоторых поисков нашёл несколько вариантов. Среди них были и Arduino (включая его клоны, один из которых себе заказал ради того, чтобы просто побаловаться) и Launchpad , но всё это избыточно и громоздко (хотя в плане программирования гораздо проще, но тему холиваров поднимать не буду, у каждого свои вкусы). В итоге решил определяться не с готовой платой, а взять только МК и делать всё с нуля. В итоге выбирал между Atmel ATtiny (2313), Atmel ATmega (решил отказаться т.к. не смог найти за адекватные деньги), STM32 (Cortex на ядре ARM ). С тинькой я уже успел побаловаться, так что взял себе STM32VL-Discovery . Это можно назвать вступлением к циклу статей по STM32 . Оговорюсь сразу, автором большинства этих статей буду являться не я, т.к. сам только познаю, здесь я публикую их в первую очередь для себя, чтоб удобнее было искать если что-то забуду. И так поехали!

Общие сведения

Микроконтроллеры семейства STM32 содержат в своём составе до семи 16-разрядных портов ввода-вывода c именами от PORTA до PORTG. В конкретной модели микроконтроллера без исключений доступны все выводы портов, общее количество которых зависит от типа корпуса и оговорено в DataSheet на соответствующее подсемейство.

Для включения в работу порта x необходимо предварительно подключить его к шине APB2 установкой соответствующего бита IOPxEN в регистре разрешения тактирования периферийных блоков RCC_APB2ENR :

RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPxEN; // Разрешить тактирование PORTx.

Управление портами STM32 осуществляется при помощи наборов из семи 32-разрядных регистров:

• GPIOx_CRL, GPIOx_CRH – задают режимы работы каждого из битов порта в качестве входа или выхода, определяют конфигурацию входных и выходных каскадов.
• GPIOx_IDR – входной регистр данных для чтения физического состояния выводов порта x.
• GPIOx_ODR – выходной регистр осуществляет запись данных непосредственно в порт.
• GPIOx_BSRR – регистр атомарного сброса и установки битов порта.
• GPIOx_BSR – регистр сброса битов порта.
• GPIOx_LCKR – регистр блокировки конфигурации выводов.

Режимы работы выводов GPIO

Режимы работы отдельных выводов определяются комбинацией битов MODEy и CNFy регистров GPIOx_CRL и GPIOx_CRH (здесь и далее: x-имя порта, y- номер бита порта).

GPIOx_CRL - регистр конфигурации выводов 0...7 порта x :

Структура регистра GPIOx_CRH аналогична структуре GPIOx_CRL и предназначена для управления режимами работы старших выводов порта (биты 8...15).

Биты MODEy указанных регистров определяют направление вывода и ограничение скорости переключения в режиме выхода:

• MODEy = 00: Режим входа (состояние после сброса);
• MODEy = 01: Режим выхода, максимальная скорость – 10МГц;
• MODEy = 10: Режим выхода, максимальная скорость – 2МГц;
• MODEy = 11: Режим выхода, максимальная скорость – 50МГц.

Биты CNF задают конфигурацию выходных каскадов соответствующих выводов:

в режиме входа:

• CNFy = 00: Аналоговый вход;
• CNFy = 01: Вход в третьем состоянии (состояние после сброса);
• CNFy = 10: Вход с притягивающим резистором pull-up (если PxODR=1) или pull-down (если PxODR=0);
• CNFy = 11: Зарезервировано.

в режиме выхода:

• CNFy = 00: Двухтактный выход общего назначения;
• CNFy = 01: Выход с открытым стоком общего назначения;
• CNFy = 10: Двухтактный выход с альтернативной функцией;
• CNFy = 11: Выход с открытым стоком с альтернативной функцией.

С целью повышения помехоустойчивости все входные буферы содержат в своём составе триггеры Шмидта. Часть выводов STM32 , снабженных защитными диодами, соединёнными с общей шиной и шиной питания, помечены в datasheet как FT (5V tolerant) - совместимые с напряжением 5 вольт.

Защита битов конфигурации GPIO

Для защиты битов в регистрах конфигурации от несанкционированной записи в STM32 предусмотрен регистр блокировки настроек GPIOx_LCKR
GPIOx_LCKR - регистр блокировки настроек вывода порта:

Для защиты настроек отдельного вывода порта необходимо установить соответствующий бит LCKy. После чего осуществить последовательную запись в разряд LCKK значений "1” - "0” - "1” и две операции чтения регистра LCKR , которые в случае успешной блокировки дадут для бита LCKK значения "0” и "1” . Защита настроечных битов сохранит своё действие до очередной перезагрузки микроконтроллера.

Файл определений для периферии микроконтроллеров STM32 stm32f10x.h определяет отдельные группы регистров, объединённые общим функциональным назначением (в том числе и GPIO ), как структуры языка Си, а сами регистры как элементы данной структуры. Например:

GPIOC->BSRR – регистр BSRR установки/сброса порта GPIOC.
Воспользуемся определениями из файла stm32f10x.h для иллюстрации работы с регистрами ввода-вывода микроконтроллера STM32F100RB установленного в стартовом наборе STM32VLDISCOVERY :

#include "stm32F10x.h" u32 tmp; int main (void) { RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPCEN; // Разрешить тактирование PORTC. GPIOC->CRH |= GPIO_CRH_MODE8; // Вывод светодиода LED4 PC8 на выход. GPIOC->CRH &=~GPIO_CRH_CNF8; // Двухтактный выход на PC8. GPIOC->CRH |= GPIO_CRH_MODE9; // Вывод светодиода LED3 PC9 на выход. GPIOC->CRH &=~GPIO_CRH_CNF9; // Двухтактный выход на PC9. GPIOA->CRL&=~GPIO_CRL_MODE0; // Кнопка "USER" PA0 - на вход. // Заблокировать настройки выводов PC8, PC9. GPIOC->LCKR = GPIO_LCKR_LCK8|GPIO_LCKR_LCK9| GPIO_LCKR_LCKK; GPIOC->LCKR = GPIO_LCKR_LCK8|GPIO_LCKR_LCK9; GPIOC->LCKR = GPIO_LCKR_LCK8|GPIO_LCKR_LCK9| GPIO_LCKR_LCKK; tmp=GPIOC->LCKR; tmp=GPIOC->LCKR; }

Запись и чтение GPIO

Для записи и чтения портов предназначены входной GPIOx_IDR и выходной GPIOx_ODR регистры данных.

Запись в выходной регистр ODR порта настроенного на вывод осуществляет установку выходных уровней всех разрядов порта в соответствии с записываемым значением. Если вывод настроен как вход с подтягивающими резисторами, состояние соответствующего бита регистра ODR активирует подтяжку вывода к шине питания (pull-up, ODR=1) или общей шине микроконтроллера (pull-down, ODR=0).

Чтение регистра IDR возвращает значение состояния выводов микроконтроллера настроенных как входы:

// Если кнопка нажата (PA0=1), установить биты порта C, иначе сбросить. if (GPIOA->IDR & GPIO_IDR_IDR0) GPIOC->ODR=0xFFFF; else GPIOC->ODR=0x0000;

Сброс и установка битов порта

Для атомарного сброса и установки битов GPIO в микроконтроллерах STM32 предназначен регистр GPIOx_BSRR . Традиционный для архитектуры ARM способ управления битами регистров не требующий применения операции типа "чтение-модификация-запись” позволяет устанавливать и сбрасывать биты порта простой записью единицы в биты установки BS (BitSet) и сброса BR (BitReset) регистра BSRR . При этом запись в регистр нулевых битов не оказывает влияния на состояние соответствующих выводов.

GPIOx_BSRR – регистр сброса и установки битов порта:

GPIOC->BSRR=GPIO_BSRR_BS8|GPIO_BSRR_BR9; // Зажечь LED4 (PC8), погасить LED3. GPIOC->BSRR=GPIO_BSRR_BS9|GPIO_BSRR_BR8; // Зажечь LED3 (PC9), погасить LED4.

Альтернативные функции GPIO и их переназначение (remapping)
Практически все внешние цепи специального назначения STM32 (включая выводы для подключения кварцевых резонаторов, JTAG/SWD и так далее) могут быть разрешены на соответствующих выводах микроконтроллера, либо отключены от них для возможности их использования в качестве выводов общего назначения. Выбор альтернативной функции вывода осуществляется при помощи регистров с префиксом "AFIO ”_.
Помимо этого регистры AFIO _ позволяют выбирать несколько вариантов расположения специальных функций на выводах микроконтроллера. Это в частности относится к выводам коммуникационных интерфейсов, таймеров (регистры AFIO_MAPR ), выводам внешних прерываний (регистры AFIO_EXTICR ) и т. д.

В последние годы 32 разрядные микроконтроллеры (МК) на основе процессоров ARM стремительно завоёвывают мир электроники. Этот прорыв обусловлен их высокой производи тельностью, совершенной архитектурой, малым потреблением энергии, низкой стоимостью и развитыми средствами программирования.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ
Название ARM является аббревиатурой Advanced RISC Machines, где RISC (Reduced Instruction Set Computer) обозначает архитектуру процессоров с сокращённым набором команд. Подавляющее число популярных МК, а пример семейства PIC и AVR, также имеют архитектуру RISC, которая позволила увеличить быстродействие за счёт упрощения декодирования инструкций и ускорения их выполнения. Появление совершенных и производительных 32 разрядных ARMмикроконтроллеров позволяет перейти к решению более сложных задач, с которыми уже не справляются 8 и 16 разрядные МК. Микропроцессорная архитектура ARM с 32 разрядным ядром и набором команд RISC была разработана британской компанией ARM Ltd, которая занимается исключительно разработкой ядер, компиляторов и средств отладки. Компания не производит МК, а продаёт лицензии на их производство. МК ARM – один из быстро развивающихся сегментов рынка МК. Эти приборы используют технологии энергосбережения, поэтому находят широкое применение во встраиваемых системах и доминируют на рынке мобильных устройств, для которых важно низкое энергопотребление. Кроме того, ARM микроконтроллеры активно применяются в средствах связи, портативных и встраиваемых устройствах, где требуется высокая производительность. Особенностью архитектуры ARM является вычислительное ядро процессора, не оснащённое какими либо дополнительными элементами. Каждый разработчик процессоров должен самостоятельно до оснастить это ядро необходимыми блоками под свои конкретные задачи. Такой подход хорошо себя зарекомендовал для крупных производителей микросхем, хотя изначально был ориентирован на классические процессорные решения. Процессоры ARM уже прошли несколько этапов развития и хорошо известны семействами ARM7, ARM9, ARM11 и Cortex. Последнее делится на подсемейства классических процессоров CortexA, процессоров для систем реального времени CortexR и микропроцессорные ядра CortexM. Именно ядра CortexM стали основой для разработки большого класса 32 разрядных МК. От других вариантов архитектуры Cortex они отличаются, прежде всего, использованием 16разрядного набора инструкций Thumb2. Этот набор совмещал в себе производительность и компактность «классических» инструкций ARM и Thumb и разрабатывался специально для работы с языками С и С++, что существенно повышает качество кода. Большим достоинством МК, построенных на ядре CortexM, является их программная совместимость, что теоретически позволяет использовать программный код на языке высокого уровня в моделях разных производителей. Кроме обозначения области применения ядра, разработчики МК указывают производительность ядра CortexM по десятибалльной шкале. На сегодняшний день самыми популярными вариантами являются CortexM3 и CortexM4. МК с архитектурой ARM производят такие компании, как Analog Devices, Atmel, Xilinx, Altera, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, STMicroelectronics, Samsung, LG, MediaTek, MStar, Qualcomm, SonyEricsson, Texas Instruments, nVidia, Freescale, Миландр, HiSilicon и другие.
Благодаря оптимизированной архитектуре стоимость МК на основе ядра CortexM в некоторых случаях даже ни же, чем у многих 8разрядных приборов. «Младшие» модели в настоящее время можно приобрести по 30 руб. за корпус, что создаёт конкуренцию предыдущим поколениям МК. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ STM32 Рассмотрим наиболее доступный и широко распространённый МК семейства STM32F100 от компании STMicroelectronics , которая является одним из ведущих мировых производителей МК. Недавно компания объявила о начале производства 32битного МК, использующего преимущества индустриального
ядра STM32 в недорогих приложениях. МК семейства STM32F100 Value line предназначены для устройств, где не хватает производительности 16разрядных МК, а богатый функционал «обычных» 32разрядных приборов является избыточным. Линейка МК STM32F100 базируется на современном ядре ARM CortexM3 с периферией, оптимизированной для применения в типичных приложениях, где использовались 16разрядные МК. Производительность МК STM32F100 на тактовой частоте 24 МГц превосходит большинство 16разрядных МК. Данная линейка включает приборы с различными параметрами:
● от 16 до 128 кбайт флэшпамяти программ;
● от 4 до 8 кбайт оперативной памяти;
● до 80 портов ввода вывода GPIO;
● до девяти 16разрядных таймеров с расширенными функциями;
● два сторожевых таймера;
● 16канальный высокоскоростной 12разрядный АЦП;
● два 12разрядных ЦАП со встроенными генераторами сигналов;
● до трёх интерфейсов UART с поддержкой режимов IrDA, LIN и ISO7816;
● до двух интерфейсов SPI;
● до двух интерфейсов I2С с поддержкой режимов SMBus и PMBus;
● 7канальный блок прямого доступа к памяти (DMA);
● интерфейс CEC (Consumer Electronics Control), включённый в стандарт HDMI;
● часы реального времени (RTC);
● контроллер вложенных прерываний NVIC.

Функциональная схема STM32F100 представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Архитектура МК линейки STM32F100

Дополнительным удобством является совместимость приборов по выводам, что позволяет, при необходимости, использовать любой МК семейства с большей функциональностью и памятью без переработки печатной платы. Линейка контроллеров STM32F100 производится в трёх типах корпусов LQFP48, LQFP64 и LQFP100, имеющих, соответственно, 48, 64 и 100 выводов. Назначение выводов представлено на рисунках 2, 3 и 4. Такие корпуса можно устанавливать на печатные платы без применения специального оборудования, что является весомым фактором при мелкосерийном производстве.

Рис. 2. МК STM32 в корпусе LQFP48 Рис. 3. МК STM32 в корпусе LQFP64

Рис. 4. МК STM32 в корпусе LQFP100

STM32F100 – доступный и оптимизированный прибор, базирующийся на ядре CortexM3, поддерживается развитой средой разработки МК семейства STM32, которая содержит
бесплатные библиотеки для всей пе риферии, включая управление двига телями и сенсорными клавиатурами.

СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ STM32F100C4
Рассмотрим практическое использование МК на примере самого простого прибора STM32F100C4, который, тем не менее, содержит все основные блоки линейки STM32F100. Принципиальная электрическая схема включения STM32F100C4 представлена на рисунке 5.


Рис. 5. Схема включения МК STM32F100C4

Конденсатор С1 обеспечивает сброс МК при включении питания, а конденсаторы С2-С6 фильтруют напряжение питания. Резисторы R1 и R2 ограничивают сигнальный ток выводов МК. В качестве источника тактовой частоты используется внутренний генератор, поэтому нет необходимости применять внешний кварцевый резонатор.


Входы BOOT0 и BOOT1 позволяют выбрать способ загрузки МК при включении питания в соответствии с таб лицей. Вход BOOT0 подключён к шине нулевого потенциала через резистор R2, который предохраняет вывод BOOT0 от короткого замыкания при его использовании в качестве выход ного порта PB2. С помощью соединителя J1 и одной перемычки можно из менять потенциал на входе BOOT0, определяя тем самым способ загрузки МК – из флэшпамяти или от встроенного загрузчика. При необходимости загрузки МК из оперативной памяти аналогичный соединитель с перемычкой можно подключить и к входу BOOT1.
Программирование МК осуществляется через последовательный порт UART1 или через специальные программаторы – отладчики JTAG или STLink. Последний входит в состав популярного отладочного устройства STM32VLDISCOVERY , изображённого на рисунке 6. На плате STM32VLDIS COVERY 4контактный разъём программатора – отладчика STLink – имеет обозначение SWD. Автор статьи предлагает программировать МК через последовательный порт UART1, поскольку это значительно проще, не требует специального оборудования и не уступает в скорости JTAG или ST Link. В качестве управляющего устройства, способного формировать команды и отображать результаты работы про граммы МК, а также в качестве программатора можно использовать любой персональный компьютер (ПК), имеющий последовательный COM порт или порт USB с преобразователем USBRS232.

Для сопряжения COMпорта ПК с МК подойдет любой преобразователь сиг налов RS232 в уровни логических сигналов от 0 до 3,3 В, например, микросхема ADM3232. Линия передачи TXD последовательного порта компьютера, после преобразователя уровней, должна подключаться к входу PA10 микроконтроллера, а линия приёмника RXD, через аналогичный преобразователь, – к выходу PA9.

При необходимости использования энергонезависимых часов МК, к нему следует подключить элемент питания типа CR2032 с напряжением 3 В и кварцевый резонатор на частоту 32768 Гц. Для этого МК оснащён выводами Vbat/GND и OSC32_IN/OSC32_OUT. Предварительно вывод Vbat необходимо отключить от шины питания 3,3 В.

Оставшиеся свободными выводы МК можно использовать по необходимости. Для этого их следует подключить к разъёмам, которые расположены по периметру печатной платы для МК, по аналогии с популярными устройствами Arduino и отладочной платой STM32VLDISCOVERY .


Рис. 6. Отладочное устройство STM32VLDISCOVERY

Схема электрическая принципиальная STM32VLDISCOVERY.

Таким образом, в зависимости от назначения и способа применения МК, к нему можно подключать необходимые элементы, чтобы задействовать другие функциональные блоки и пор ты, например, ADC, DAC, SPI, I2C и т.п. В дальнейшем эти устройства будут рас смотрены подробнее.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Сегодня многие компании предлагают средства для создания и отладки программ микроконтроллеров STM32. К их числу относятся Keil от ARM Ltd, IAR Embedded Workbench for ARM, Atol lic TrueStudio, CooCox IDE, GCC и Eclipse IDE. Разработчик может выбрать про граммные средства по своему пред почтению. Ниже будет описан инструментарий Keil uVision 4 от компании Keil , который поддерживает огромное число типов МК, имеет развитую систему отладочных средств и может быть использован бесплатно с ограничениями размера генерируемого кода 32 кбайт (что, фактически, максимально для рассматриваемых МК).

Простой и быстрый старт с CooCox CoIDE.

Итак приступим. Идем на официальный сайт CooCox и качаем последнюю версию CooCox CoIDE . Для скачивания необходимо зарегистрироваться, регистрация простая и бесплатная. Затем инсталлируем скачанный файл и запускаем.

CooCox CoIDE — среда разработки, на базе Eclipse, которая помимо STM32 поддерживает кучу других семейств микроконтроллеров: Freescale, Holtek, NXP, Nuvoton, TI, Atmel SAM, Energy Micro и др. С каждой новой версией CoIDE список МК постоянно пополняется. После успешной установки CoIDE запускаем:

Появится стартовое окно Step 1, в котором необходимо выбрать производителя нашего микроконтроллера. Нажимаем ST и переходим к Step 2 (выбор микроконтроллера), в котором необходимо выбрать конкретную модель. У нас STM32F100RBT6B, поэтому нажимаем на соответствующую модель:

Справа, в окне Help отображаются краткие характеристики каждого чипа. После выбора нужного нам микроконтроллера переходим к третьему шагу Step 3 — к выбору необходимых библиотек для работы:

Давайте создадим простейший проект для мигания светодиодом, как это принято для изучения микроконтроллеров.

Для этого нам понадобится библиотека GPIO, при включении которой, CoIDE попросит создать новый проект. На это предложение нажимаем Yes, указываем папку где будет храниться наш проект и его название. При этом, CoIDE подключит к проекту 3 другие, необходимые для работы библиотеки, а также создаст всю необходимую структуру проекта:

Чем еще хорош CoIDE, это тем, что в нем есть возможность загружать примеры прямо в среду разработки. В вкладке Components вы можете видеть, что почти к каждой библиотеке есть примеры, нажимаем на GPIO (with 4 examples) и видим их:

Туда можно добавлять и свои примеры. Как видно на скриншоте выше, в примерах уже присутствует код для мигания светодиодом GPIO_Blink. Можно нажать кнопку add и он добавиться в проект, но как подключаемый файл, поэтому мы сделаем по другому просто скопируем весь код примера в файл main.c. Единственное, строку void GPIO_Blink(void) замените на int main(void). Итак, нажимаем F7 (или в меню выбираем Project->Build), чтобы скомпилировать проект и… не тут то было!

Среде нужен компилятор GCC, а у нас его нет. Поэтому идем на страничку GNU Tools for ARM Embedded Processors , справа выбираем тип вашей ОС и качаем последнюю версию тулчайна. Затем запускаем файл и инсталируем gcc toolchain. Далее, в настройках CoIDE укажем правильный путь к тулчайну:

Опять нажимаем F7 (Project->Build) и видим, что компиляция прошла успешно:

Осталось прошить микроконтроллер. Для этого при помощи USB подключаем нашу плату к компьютеру. Затем, в настройках дебаггера необходимо поставить ST-Link, для этого в меню выбираем Project->Configuration и открываем вкладку Debugger. В выпадающем списке выбираем ST-Link и закрываем окно:

Попробуем прошить МК. В меню выбираем Flash->Program Download (или на панели инструментов щелкаем по соответствующей иконке) и видим, что МК успешно прошит:

На плате наблюдаем мигающий светодиод, видео или фото я думаю приводить нет смысла, т.к. все это видели.

Также, в CoIDE работают различные режимы отладки, для этого нажимаем CTRL+F5 (или в меню Debug->Debug):

На этом все. Как видите, настройка среды CoIDE и работа с ней очень проста. Надеюсь данная статья подтолкнет вас в изучении очень перспективных и недорогих микроконтроллеров STM32.

Микроконтроллеры для котят

Всем Мяу, котаны:)

Как-то раз от меня ушла кошка:(Ну и чем валерьянку лопать, я решил заняться делом, так сказать «на благо Родине». Давно уж хотел цифровыми устройствами заняться, да времени не было (сами понимаете, то спать, то с кошкой по крышам гулять), а тут как раз время-то и появилось. Ну-с начнём..)

Всё как обычно начинается с выбора. Ну вроде выбор-то небольшой PIC, да AVR. Последние мне как-то больше приглянулись. Нужен был ещё и USB программатор за неимением других портов на компьютере, от цены которого у меня чуть хвост не отвалился. Ещё Arduino есть - зверёк такой. Его и программировать по USB можно. Ну, думаю, "то что доктор прописал". В селе нашем его только через интернет-магазин достать можно. Нашёл, где по-выгодней, чуть не купил и... ОПА! Смотрю - STM32VL-Discovery. Что за зверь такой? Хм, STM32.. Что-то слышал краем уха.. А от характеристик усы дыбом, честно!

А лап-то у неё сколько!

Итак, попорядку:

• У Arduino 14 цифровых портов ввода/вывода и 6 аналоговых входов. У STM32VL-Discovery 45 цифровых входа/выхода 10 из которых по желанию превращаются в аналоговые входы.
• У Arduino 32 Кб для хранения программы и 2 Кб ОЗУ. У STM32VL-Discovery 64 Кб для хранения программ и 8 Кб ОЗУ.
• У Arduino тактовая частота 16 МГц у STM32VL-Discovery же 24 МГц.
• Любой микроконтроллер STM32 можно заменить другим STM32, но с лучшими характеристиками, без изменения схемы
• STM32 можно программировать без программатора по COM порту (об этом чуть позже)
• Цена Arduino на момент написания статьи ~1300 рублей, STM32VL-Discovery ~600 рублей. Это ж дешевле более чем в 2 раза!

А что дальше? В STM32VL-Discovery есть встроенный программатор/отладчик, который лёгким движением лапы (снятием перемычек) может программировать и отлаживать (отладка очень уж вещь полезная, но об этом чуть позже) микроконтроллеры STM32 за пределами платы. С Arduino такое не прокатит. То есть используя STM32VL-Discovery мы и деньги экономим и получаем большую производительность и свободу творчества:)

Да и сами микроконтроллеры STM32 выглядят привлекательней остальных:

А ещё STM32 32-х разрядные, а это означает возможность работы с 32-х битными данными за один такт. AVR и PIC этим не похвастаются.

Ну что, котаны, убедил? Тогда начнём курс молодого бойца цифровика!)

Как оно работает? Из чего состоит? Что умеет?

Как известно, все коты очень любознательные, а радиокоты особенно!

Микроконтроллер - это микросхема сочетающая в себе функции процессора, периферии, имеющая ОЗУ, flash память. Как компьютер, только меньше!

Проведём аналогию: компьютером управляет операционная система, а микроконтроллером «прошивка», которую пишете Вы; операционная система компьютера хранится на жёстком диске, «прошивка» микроконтроллера в его flash памяти; функции ОЗУ схожи - хранение изменяющихся данных во время выполнения программы. А ещё у МК есть различные периферийные устройства, такие как АЦП и ЦАП например.

МК общается с внешним миром при помощи лап на его корпусе (не таких как у котов, конечно, а металлических). Но не все из них управляются программой, есть выводы питания, вывод сброса, выводы питания периферии, вывод резервного питания. А те, которые управляются программой делятся на группы называемые «порты». Все эти управляемые выводы называются 2-мя буквами и цифрой. Например PA1: P - порт, А - порт «А», 1 - номер вывода этого порта.

В программе порты конфигурируются либо на вход, либо на выход, по вашему желанию.

Выводы порта настроенного на вход могут быть в разных режимах, для каждого вывода он может быть своим:

• Цифровой вход - вход, значение которого (логическая 1 или 0) можно считывать программой. Если напяжение на входе 0, то значение равно 0, если на входе напяжение равное напрядению питания, то значение входа 1. Третьего не дано. Можно сделать с подтягивающим резистором либо к питанию, либо к массе
• Аналоговый вход - вход значение которого можно считывать программой, но значений может быть много - целых 4096. А точнее от 0 если на входе напяжение 0 относительно минуса питания микроконтроллера до 4095, если на входе напряжение равное напряжению питания. Все эти преобразования делает АЦП - аналогово-цифровой преобразователь, при помощи его можно например измерять напряжение на терморезисторе и узнавать температуру или измерять напяжение на фоторезисторе и узнавать яркость попадающего на него света... Ну много чего можно придумать, если фантазия есть:) Если питать микроконтроллер от 3В, то 0В = 0, а 3В = 4096, значит 3/4096=0.000732421, т.е. при изменении напяжения на входе на 0.000732421В значение входа в программе меняется на 1. Не так-то всё и сложно, да? Идём дальше
• Цифровой вход в режиме альтернативной функции - вход для работы с периферией. Например вход для таймера или вход для какого-нибудь интерфейса. Из программы значение этого входа считать нельзя. В программе можно например считать данные полученные по этому выводу каким-нибудь интерфейсом.

А у порта настроенного на выход выводы могут быть в таких режимах:

• Выход. Просто выход. Обычный цифровой выход. На выводе либо напрядение питания (логическая 1) либо на выводе нет напряжения (логическая 0). Всё просто.
• Выход в режиме альтернативной функции - выход управляемый периферией. Этим выходом нельзя управлять из программы, но программой можно заставить управлять этим выводом например интерфейс.

Но не все выводы можно назначать «как захочется». Для того, что бы узнать, что можно, а что нельзя нужно посмотреть документацию (таблица 4) или воспользоваться программой MicroXplorer.

Перед использованием порта его нужно сначала тактировать - подавать на него тактовые импульсы, т.к. изначально они не подаются для экономии энергии. Можно выбрать разную частоту тактирования - больше частота - быстрее работают входы или выходы этого порта, но и больше потребление энергии.

Ещё есть выводы BOOT 0 и BOOT 1 . Эти выводы не относятся к портам, они служат для управления загрузкой микроконтроллера. Если во время подачи питания на выводе BOOT 0 логический ноль (вывод соединен с общей точкой), то микроконтроллер выполняет программу загруженную во flash память, т.е. Вашу прошивку. Если во время подачи питания на выводе BOOT 0 логическая еденица (вывод соединен с питанием микроконтроллера), а на выводе BOOT 1 логический ноль, то микроконтроллер выполняет не Вашу прошивку, а записанный на заводе загрузчик. Запомните это! Вы будете часто пользоваться этим в процессе работы с микроконтроллерами STM32! Иногда загрузка записанного с завода загрузчика - единственный способ записать/изменить прошивку микроконтроллера. Это бывает например при конфигурировании в прошивке выводов, к которым подключается программатор или при прошивке микроконтроллера без использования программатора. Так что настоятельно рекомендую при проектировании печатной платы эти выводы (или хотя бы BOOT 0) распологать в удобном месте.

Вот разобрались:) Теперь знаем что такое микроконтроллер, из чего он состоит. Сейчас узнаем ещё о некоторых премудростях и перейдём к самому интересному - практике!

Программа в микроконтроллере выполняется пошагово. Один такт процессора - один шаг программы.

Например пусть перемигивается красная и зелёная лампочки, пока НЕ нажата кнопка. Длительность каждой лампы - 5 секунд. Вот алгоритм:

1. Проверяем, на входе с кнопкой есть напряжение? (кнопка замыкает вывод микроконтроллера на + питания)
2. Если нет напряжения, то загорается красная лампочка на 5 секунд, зелёная тухнет, если есть напряжение, то начинаем всё сначала
3. Снова проверяем
4. Если нет напряжение, то загорается зелёная лампочка на 5 секунд, красная тухнет, если есть напряжение, то начинаем всё сначала
5. Начинаем сначала

СТОП! А если я нажму кнопку, пока горит лампочка? То ничего не произойдёт! Потому что программа выполняется пошагово, а шаг с проверкой нажатия кнопки находится в момент переключения лампочек.
Вот именно для таких случаев есть такая вещь, как прерывания

Прерывания дают возможность прервать выполнение основной программы. Сделать это можно или внешним событием (нажатие кнопки, отпускание кнопки приём данных и пр.) или внутренним (по таймеру или пришло время кормить кота например). Когда происходит это самое прерывание, то начинает выполняться подпрограмма. Подпрограммы могут быть разные для разных видов прерываний, эти подпрограммы называются обработчики прерывния.

Когда этот самый обработчик прерывания закончит свою работу, основная программа начинает выполняться с того места, где была прервана.

Встаём на лапы!

Ну, котята, пора вставать на лапы! Надеюсь у Вас уже есть отладочная плата? Или хотя бы микроконтроллер? Надеюсь есть:) А если нет, то бежим в магазин! (и желательно не за колбасой. хотя...) Какое же это учение без практики?

Отлично на первых порах иметь отладочную плату, например STM32VL-Discovery, но если жаба душит или всё-таки нехватает на колбасу, то можно обойтись и одним микроконтроллером и преобразователем интерфейсов RS-232 ->UART (напр. MAX3232) или USB ->UART (напр. FT232RL). В этом случае в 100 рублей можно вполне уложиться, но придётся делать печатную плату и паять минимум 48 выводов шириной 0,3 мм с зазором 0,2 мм. Я предупреждал.

Сначала нужно естественно прикошачить отладочную плату или контроллер к компьютеру.

Если у Вас отладочная плата:

С отладочной платой, конечно проще. Берём шнурок Mini-USB и соединяем плату с компьютером, все драйверы должны поставиться автоматически. Увидеть STMicroelectronics STLink dongle в диспетчере устройств - хороший знак! Ну а если что-то пошло не так и ничего не вышло - не надо царапать диван, нужно просто зайти сюда и установить STM32 ST-LINK utility .

Ну а если Вы счастливый обладатель компьютера под управлением Windows 8, то перед проведением вышеописанных действий нужно сделать так: Параметры -> Изменение параметров компьютера -> Общие -> Особые варианты загрузки и выбрать параметр Отключение проверки подписи драйверов .

Если у Вас микроконтроллер:

Если у Вас один микроконтроллер, то у Вас должны быть прямые лапы. Но я в Вас не сомневаюсь!

Перед подключением микроконтроллера к компьютеру его нужно припаять к печатной плате. Для этого кроме микроконтроллера и прямых лап нужна как минимум печатная плата. А тут уж Ваше творчество.

Рабочий минимум на схеме ниже:

Но это неинтересный минимум.

Добавьте светодиодов и кнопок (не забудьте про выводы BOOT), например так

А вот с пайкой этой блохи могут возникнуть проблемы. Но я надеюсь, не возникнут. Я накошачился паять её своим любимым советским 25 Вт паяльником с шириной жала в 3/4 ширины контроллера. У меня больше проблем с изготовлением печатной платы... ну тут уж у каждого своя технология.

И переходник нужно сделать на UART по документации к той микросхеме, которую купили.

Соединяем выводы TxD и RxD на печатной плате с выводами RxD и TxD соответственно переходника. Не забываем про общую точку и питание всего этого.

Выбор и установка ПО

Пользоваться мы будем средой разработки CooCox IDE , но это не просто так, а по нескольким причинам:

• Во-первых это свободно распространяемое ПО. А это значит, что Ваша карма будет чиста
• На мой взгляд (да и не только на мой) эта среда разработки удобнее остаальных
• Позволяет использовать отладку
• Много примеров, которые можно загружать в среду разработки (полезно для котят и не только)

Среда разработки - это программа для написания кода, компилятор, отладчик в одном. Удобненько:) Но если какому-то суровому Челябинскому коту удобнее писать код (в блокноте например), компилировать и прошивать разными программами - я не против, тогда Вам пригодится STM32 ST-LINK utilit для загрузки прошивки в микроконтроллер. Хозяин барин, как говорится.

Эта среда разработки основана на многим известном Eclipse.

1. Идём сюда
2. Тыкаем Download through CoCenter (Recommend)
3. Вводим адрес эл.почты (можно от балды, он там «для галочки»)
4. После загрузки устанавливаем этот самый CoCenter
5. В первой строчке, где написано CooCox CoIDE тыкаем Download
6. После того, как загрузка закончится, то вместо Download будет Install . Сюда и жмём
7. Идём сюда
8. Справа в колонке Download скачиваем файл который .exe. Устанавливаем его.
9. Открываем сам CooCox CoIDE , вкладка Project , Select Toolchain Path .
10. Указываем путь к файлу arm-none-eabi-gcc.exe (это мы установили в п.8, путь приблизительно такой: D:Program Files (x86)GNU Tools ARM Embedded4.7 2013q1bin)
11. Снова открываем CoIDE , нажимаем View -> Configuration , открываем вкладку Debugger и делаем так [фото]
12. Радуемся, потому что теперь мы можем написать программу и прошить её в микроконтроллер! Чем мы и займёмся.

Если у Вас вариант без отладочной платы/программатора, то для загрузки программы в МК понадобится программка Flash Loader Demonstrator которая находится

Находим общий язык

Перед тем, как писать свою первую программу нужно найти с МК общий язык. Вряд ли он будет учить наш язык, по этому придется выучить (а может просто вспомнить) язык на котором мы будем общаться с МК, это Си. Понадобятся нам только основы (состав программы, функции, операторы). Если язык этот знаете, то можете сразу перейти к пункту «Первая программа», ну а незнающих я введу в курс дела.

Проект состоит из файлов с расширениями .c и .h . В первых находятся функции во вторых названия используемых функций и константы например. Так уж заведено. Самый главный файл, в котором находится код программы main.c . Для использования различных функций нужно подключать библиотеки с этими функциями. Подключаются они записью #include "название_библиотеки" ну библиотеки естественно должны быть в проекте. Подключают их в самом начале файла.

Функции - это своеобразная часть программы. Вообще программа состоит из одной или нескольких функций. Функция имеет вид:

тип_возвращаемой_переменной имя_функции (тип_переменной)
{
Тело функции
}

В функцию можно отправить какую-нибудь переменную, фунция её обработает и вернёт какое-нибудь значение. Очень удобно использовать функцию для повторяющихся действий, чем писать постоянно один и тот же кусок кода, можно просто отправлять переменную в функцию и получать обратно обработанное значение.

Перед тем, как использовать функцию, её нужно объявить в самом начале файла. Делают это в таком виде:

тип_возвращаемой_переменной имя_функции (тип_переменной);

Ах, да, забыл самое главное! В конце каждой строки должна быть точка с запятой!

Если функция ничего не возвращает (например временная задержка, она просто тянет кота за хвост время), то тип указывают void .

При запуске, первой всегда выполняется функция main() .

Ну с функциями вроде разобрались, понимание придёт только с практикой.

Выше я упоминал тип переменной . Все переменные могут быть разных типов, вот основные:

• INT - переменная этого типа может быть только целым числом от -2147483648 до 2147483647
• FLOAT - переменная этого типа число с точностью до 7 разрядов от ±1,5*10-45 до ±3,4*1033
• DOUBLE - число с точностью до 16 разрядов от ±5*10-324 до ±1,7*10306
• ULONG - тоже целое число, но от 0 до 18446744073709551615
• LONG - целое от -9223372036854775808 до 9223372036854775807
• CHAR - один символ
• BOOL - логическая переменная. Она может иметь только 2 значения: истина (true) или ложь (false)

Строку (слово, предложение) можно представить как массив из символов типа char. Например:

char stroka = "Слово";

Здесь квадратных скобках - количество символов в строке, «stroka» - название массива.

Перед использованием переменной её нужно обязательно объявить. (просто указать тип переменной и имя)

• + - сложение.
• - - вычитание.
• * - умножение.
• / - деление.
• = - присвоение переменной значения.

Например выражение a=b+c значит присвоить переменной a значение суммы значений переменных b и c .

• ++ - инкремент. Увеличение значения переменной на 1
• -- - декремент. Уменьшение значения переменной на 1

Например выражение a++ значит увеличить значение переменной a на 1 (то же самое, что и a=a+1 )

• == - сравнение, знак «равно». (НЕ ПУТАТЬ С ПРИСВОЕНИЕМ)
• != - сравнение, знак «не равно».
• < - сравнение, знак «меньше».
• <= - сравнение, знак «меньше или равно».
• > - сравнение, знак «больше».
• >= - сравнение, знак «больше или равно».

Например выражение a становится истинным, если значение переменной a меньше значения переменной b и ложным, если значения равны или a больше b . Выражение a==b истинно если a равно b и ложно, если a не равно b , НО выражение a=b истинно всегда , потому что это не сравнение, это присвоение переменной a значения переменной b .