Подключение стандартной библиотеки периферии к любому семейству STM32
 

При создании первого приложения на микроконтроллере STM32 можно пойти несколькими путями. Первый, классический, берём точное описание контроллера на сайте www.st.com, которое фигурирует под названием «Reference Manual» и читаем описание регистров периферии. Дальше пробуем записывать их и смотрим, как работает периферия. Чтение этого документа очень полезно, но на первом этапе освоения микроконтроллера от этого можно отказаться, как это не странно. Инженеры STMicroelectronics написали библиотеку драйверов стандартной периферии. Более того, они написали множество примеров использования данных драйверов, что может свести программирование вашего приложения к нажатию клавиш Ctrl+C и Ctrl+V, с последующей небольшой правкой примера использования драйвера под свои потребности. Таким образом, подключение библиотеки драйверов периферии к вашему проекту является вторым методом построения приложения. Кроме скорости написания есть и другие достоинства этого метода: универсальность кода и применение других фирменных библиотек, таких как USB, Ethernet, управление приводом и т.д., которые предоставляются в исходниках и использующих стандартный драйвер периферии. Недостатки данного метода тоже есть: Там где можно обойтись одной строкой кода стандартный драйвер периферии STM32 напишет 10. Сама библиотека периферии также предоставляется в виде исходных файлов, так что можно проследить какой бит какого регистра меняет та или иная функция. При желании можно будет перейти от второго метода написания программы к первому, закомментировав часть кода, использующего стандартную библиотеку на свою, управляющую непосредственно регистром периферии. В результате такого действия вы выиграете в скорости управления, объёме ОЗУ и ПЗУ, а потеряете в универсальности кода. В любом случае, инженеры компании "Промэлектроника" рекомендуют использовать библиотеку стандартной периферии хотя бы на первом этапе.

Наибольшие трудности ожидают разработчика при подключении библиотеки к своему проекту. Если не знать, как это делать, можно потратить много времени на это мероприятие, что противоречит самой идее использования готового драйвера. Материал посвящён подключению стандартной библиотеки к любому семейству STM32.

Каждое семейство STM32 имеет свою библиотеку стандартной периферии. Это связано с тем, что сама периферия разная. Например, периферия контроллеров STM32L в качестве одной из задач имеет функцию энергосбережения, что тянет за собой добавление функций управления. Классическим примером, можно считать АЦП, который в STM32L имеет возможность аппаратного отключения, при длительном отсутствии команды преобразования – одно из следствий задачи энергосбережения. АЦП контроллеров семейств STM32F не имеют такой функции. Собственно говоря, в силу наличия аппаратной разницы периферии имеем разные библиотеки драйверов. Кроме очевидного различия функций контроллера имеет место улучшение периферии. Так, периферия контроллеров семейств, которые были выпущены позже, может быть более продуманной и удобной. Например, периферия контроллеров STM32F1 и STM32F2 имеет различия по управлению. На взгляд автора управление периферией STM32F2 более удобное. И это понятно почему: STM32F2 семейство было выпущено позже и это позволило разработчикам учесть некоторые нюансы. Соответственно, для данных семейств – индивидуальные библиотеки управления периферией. Идея вышесказанного проста: на странице микроконтроллера, который вы собираетесь использовать, находится подходящая ему библиотека периферии.

Несмотря на различие периферии в семействах драйверы скрывают 90% различий внутри себя. Например, функция настройки, упомянутого выше АЦП, для всех семейств выглядит одинаково:

void ADC_Init(ADC_Nom, ADC_Param),

где ADC_Nom – номер АЦП в виде ADC1, ADC2, ADC3 и т. д.

ADC_Param – указатель структуры данных, каким образом надо настроить АЦП (от чего запускаться, сколько каналов оцифровывать, выполнять ли это циклически и т.д.)

10% различий семейств, в данном примере, которые придётся поправить при переходе с одного семейства STM32 на другое, спрятаны в структуре ADC_Param. В зависимости от семейства количество полей этой структуры может быть разным. Общая же часть, имеет одинаковый синтаксис. Таким образом, перевод приложения для одного семейства STM32, написанного на базе стандартных библиотек периферии на другое, весьма прост. В части универсализации решений на микроконтроллерах STMicroelectronics неотразим!

Итак, мы скачали библиотеку для применяемого STM32. Что дальше? Далее, нам надо создать проект и подключить к нему требуемые файлы. Создание проекта рассмотрим на примере среды разработки IAR Embedded Workbench. Запускаем среду разработки и заходим на вкладку “Project”, выбираем пункт создания проекта “Create project”:


В появившемся окне выбираем ядро ARM, и язык программирования:


Далее вводим название файла проекта и сохраняем его:


В появившемся новом проекте вводим настройки, наведя курсор на название проекта, нажав правую клавишу мыши и выбрав в выпавшем меню «Options»:


В появившемся окне указать модель контроллера, применяемого в проекте. Если такового в списке нет, то указать ядро. Последнее случается крайне редко, скорее наоборот, можно в последней версии среды узнать о контроллерах, которые появятся в ближайшее время на рынке.


Дальше зайти в опции Linker:


Файл с расширением *.icf указывает диапазоны адресов памяти flash и ОЗУ, задаёт размер стека и т.д. В стандартном виде он непригоден к использованию. Поэтому, ставим галку напротив “Override default” и правим файл, нажав кнопку “Edit”. В выпавшем окне указываем адрес начала таблицы прерываний:


Области памяти ОЗУ и ПЗУ:


Размер стека и памяти динамических (локальных) переменных:


При нажатии кнопки “Save” среда предложит записать новый файл описания контроллера в папку проекта. Автор рекомендует создавать каждому проекту индивидуальный файл *.icp и хранить его в папке с проектом.

Если вы собираетесь внутрисхемно отлаживать свой проект, что рекомендуется, то вводим тип применяемого отладчика:


На вкладке “Download” разрешаем загрузку и проверку загруженного проекта:


На вкладке выбранного отладчика указываем интерфейс подключения отладчика (в нашем случае выбран ST-Link) к контроллеру:


С этого момента наш проект без библиотек готов к компиляции и загрузке в контроллер. В других средах, таких как Keil uVision4, Resonance Ride7 и т. п. потребуется выполнить эти же действия.

Если в файле main.c написать строку:

#include "stm32f10x.h" или

#include "stm32f2xx.h" или

#include "stm32f4xx.h" или

#include "stm32l15x.h" или

#include "stm32l10x.h" или

#include "stm32f05x.h"

с указанием расположения данного файла, либо копированием данного файла в папку проекта, то произойдёт ассоциация некоторых областей памяти с регистрами периферии соответствующего семейства. Сам файл находится в папке библиотеки стандартной периферии в разделе: \CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x (или похожее по названию для других семейств). С этого момента вы заменять адрес регистра периферии в виде числа его названием. Даже если вы не собираетесь использовать функции стандартной библиотеки, рекомендуется сделать такое подключение.

Если вы собираетесь использовать в своём проекте прерывания, то рекомендуется подключить стартовый файл с расширением *.s, который находится по пути \CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\iar, или подобном, для других семейств. Важно отметить, что для каждой среды файл свой. Соответственно, если мы используем IAR EWB, то должны взять файл из папки IAR. Это обусловлено небольшим различием синтаксиса сред. Поэтому, чтобы проект запустился сразу, инженеры STMicroelectronics написали несколько вариантов стартовых файлов для нескольких наиболее популярных сред разработки. Большинство семейств STM32 имеют один файл. Семейство STM32F1 имеет несколько запускающих фалов:

  • startup_stm32f10x_cl.s – для микроконтроллеров STM32F105/107
  • startup_stm32f10x_xl.s - для микроконтроллеров STM32F101/STM32F103 768кб и более
  • startup_stm32f10x_hd.s - для микроконтроллеров STM32F101/STM32F103 c памятью Flash 256-512 кб
  • startup_stm32f10x_md.s - для микроконтроллеров STM32F101/ STM32F102/STM32F103 c памятью Flash 64-128 кб
  • startup_stm32f10x_ld.s - для микроконтроллеров STM32F101/ STM32F102/STM32F103 c памятью Flash менее 64кб
  • startup_stm32f10x_hd_vl.s для микроконтроллеров STM32F100 c памятью Flash 256-512 кб
  • startup_stm32f10x_md_vl.s для микроконтроллеров STM32F100 c памятью Flash 64-128 кб
  • startup_stm32f10x_ld_vl.s для микроконтроллеров STM32F100 c памятью Flash 32кб и менее

Итак, в зависимости семейства, подсемейства и среды разработки добавляем запускающий файл в проект:


Что содержит этот файл? Файл описывает, главным образом, название функций векторов прерываний. Если в программе встречается функция с названием описанным в этом файле, то она ассоциируется с соответствующим прерыванием. Именно файл startup_stm32XXXXXXX.s объясняет компилятору какая функция проекта является прерыванием, а какая нет.

Рассмотрим прерывание сброса. Вектор сброса описан и его текст приведён ниже:

Reset_Handler
  LDR    R0, =SystemInit
  BLX    R0
  LDR    R0, =__iar_program_start
  BX     R0

Именно здесь оказывается микроконтроллер при старте программы. Прерывание последовательно вызывает функцию SystemInit(), а затем __iar_program_start. Вторая функция обнуляет либо записывает заранее заданные значения глобальных переменных, после чего осуществляет переход в программу пользователя main(). Функция SystemInit() настраивает тактирование микроконтроллера. Именно она даёт ответы на вопросы:

  • Надо ли переключаться на внешний кварц (HSE)?
  • Как умножить частоту от HSI/HSE?
  • Требуется ли подключение очереди загрузки команд?
  • Какая требуется задержка при загрузке команды (из-за низкой скорости работы Flash памяти)
  • Как поделить тактирование шин периферии?
  • Требуется ли разместить код во внешней ОЗУ?

Функцию SystemInit() можно прописать вручную в своём проекте. Если оформить эту функцию как пустую, то контроллер будет работать на внутреннем RC-генераторе с частотой порядка 8МГц (в зависимости от типа семейства). Вариант 2 – подключить к проекту файл system_stm32f10x.c (либо похожий по названию в зависимости от типа используемого семейства), который расположен в библиотеке по пути: Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x. В этом файле имеется функция SystemInit(). Обратите внимание на частоту внешнего кварца HSE_VALUE. Данный параметр выставляется в заголовочном файле stm32f10x.h. Стандартное значение 8 и 25МГц, в зависимости от семейства STM32. Основная задача функции SystemInit() – переключить тактирование на внешний кварц и умножить определённым образом данную частоту. Что произойдёт, если значение HSE_VALUE указано 8МГц, ядро должно тактироваться частотой 72МГц, а по факту на плате стоит кварц 16МГц? В результате таких некорректных действий ядро получит тактирование 144МГц, которые могут оказаться за пределами гарантированной работы системы на STM32. Т.е. при подключении файла system_stm32f10x.c потребуется указать значение HSE_VALUE. Всё это означает, что файлы system_stm32f10x.c, system_stm32f10x.h и stm32f10x.h (или похожие по названию для других семейств) должны быть индивидуальными для каждого проекта. И

нженеры STMicroelectronics создали инструмент Clock Configuration Tool, который позволяет правильно настроить тактирование системы. Это файл Excel, генерирующий файл system_stm32xxx.c (похожий по названию для заданного семейства семейств), после задания входных и выходных параметров системы. Рассмотрим его работу на примере STM32F4 семейства.


До запуска файла требуется разрешить работу макросов программе Excel. Нажав клавишу Run, программа предложит выбрать источник тактирования системы:


Варианты: внутренний RC-генератор, внутренний RC-генератор с умножением частоты, либо внешний кварц с умножением частоты. После выбора источника тактирования вводим параметры желаемой конфигурации системы, такие как входную частоту (при использовании внешнего кварца), частоту тактирования ядра, делители частоты тактирования шин периферии, работу буфера выборки команд и другие. Нажав на кнопку “Generate”, получаем окно


Далее копируем полученный файл system_stm32f4xx.c (или аналог для другого семейства) к себе в проект. Это ещё один вариант настройки системы.

Подключение файла system_stm32f4xx.c и его аналогов потребует подключение ещё одного файла стандартной библиотеки периферии. Для управления тактированием имеется целый набор функций, которые вызываются из файла system_stm32xxxxxx.c. Эти функции расположены в файле stm32f10x_rcc.c и его заголовке. Соответственно, подключая к проекту файл файла system_stm32xxxxxx.c требуется подключить stm32f10x_rcc.c, иначе линкер среды сообщит об отсутствии описания функций с именем RCC_xxxxxxx. Указанный файл находится в библиотеке периферии по пути: Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\src, а его заголовок \Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\inc.

Подключение заголовочных файлов драйвера периферии происходит в файле stm32f10x_conf.h, на который ссылается stm32f10x.h. Файл stm32f10x_conf.h – это просто набор заголовочных файлов драйверов конкретных периферий контроллера, подлежащих включению в проект. Изначально все заголовки «#include» отмечены как комментарии. Подключение заголовочного файла периферии заключается в снятии комментария с соответствующего названия файла. В нашем случае – это строка #include "stm32f10x_rcc.h". Очевидно, что файл stm32f10x_conf.h индивидуален для каждого проекта, т.к. разные проекты используют разную периферию.

И последнее. Надо указать несколько директив препроцессору компилятора и пути к заголовочным файлам.


Пути к заголовочным файлам могут быть иными, в зависимости от расположения библиотеки периферии относительно папки проекта, а вот наличие “ USE_STDPERIPH_DRIVER” – обязательно при подключении драйверов периферии стандартной библиотеки.

Итак, мы подключили стандартную библиотеку, к проекту. Более того, мы подключили один из стандартных драйверов периферии к проекту, выполняющих управление тактированием системы.

Мы познали, как выглядит устройство библиотеки изнутри, теперь пара слов о том как она выглядит снаружи.


Таким образом, подключение заголовочного файла stm32f10x.h в приложении тянет за собой подключение других заголовочных файлов и файлов кода. Некоторые из представленных на рисунке описаны выше. Несколько слов об остальных. Файлы STM32F10x_PPP.x – это файлы-драйверы периферии. Пример подключения такого файла показан выше, это RCC – периферия управления тактированием системы. Если мы хотим подключить драйверы другой периферии, то название подключаемых файлов получается заменой «PPP» названием периферии, например АЦП - STM32F10x_ADC.с, или порты ввода-вывода STM32F10x_GPIO.с, или ЦАП - STM32F10x_DAC.с. В целом интуитивно понятно какой файл нужно подключить при подключении заданной периферии. Файлы «misc.c», «misc.h» - это по большому счёту те же STM32F10x_PPP.x, только выполняют управление ядром. Например настройку векторов прерываний, который встроен в ядро или управление таймером SysTick, который является частью ядра. Файлы xxxxxxx_it.c описывают вектора немаскируемых прерываний контроллера. Они могут быть дополнены векторами прерываний периферии. Файл core_m3.h описывает ядро CortexM3. Данное ядро стандартизовано и может встречаться в микроконтроллерах других производителей. Для кросс-платформенной универсализации компания STMicroelectronics провела работу по созданию отдельной библиотеки ядра CortexM, после чего компания ARM стандартизировала её и распространила на других производителей микроконтроллеров. Так что переход на STM32 с контроллеров других производителей с ядром CortexM будет чуть проще.

Итак, мы можем подключить библиотеку стандартной периферии к любому семейству STM32. Того, кто научился это делать ждёт приз: очень простое программирование микроконтроллеров. Библиотека кроме драйверов в виде исходных файлов содержит множество примеров применения периферии. Для примера, рассмотрим создание проекта с участием выходов сравнения таймера. При традиционном подходе мы будем внимательно изучать описание регистров данной периферии. Но сейчас мы можем изучить текст работающей программы. Заходим в папку примеров стандартной периферии, которая находится по пути ProjectSTM32F10x_StdPeriph_Examples. Здесь находятся папки примеров с названием применяемой периферии. Заходим в папку «TIM». Таймеры в STM32 имеют множество функций и настроек, поэтому одним примером возможности контроллера продемонстрировать невозможно. Поэтому внутри указанного каталога имеется множество примеров применения таймеров. Нас интересует генерация ШИМ сигнала таймером. Заходим в папку «7PWM_Output». Внутри имеется описание работы программы на английском языке и набор файлов:

main.c
 stm32f10x_conf.h
 stm32f10x_it.h
 stm32f10x_it.c
 system_stm32f10x.c
	

Если проект не имеет прерываний, то содержательная часть полностью расположена в файле main.c. Копируем эти файлы в каталог проекта. Скомпилировав проект, мы получим программу для STM32, которая настроит таймер и порты ввода-вывода на генерацию 7-ми ШИМ сигналов от таймера 1. Далее, мы можем приспособить уже написанный код под свою задачу. Например, уменьшить число ШИМ сигналов, изменить скважность, направление счёта и т.п. Функции и их параметры хорошо описаны в файле stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm. Названия же функций и их параметров легко ассоциируются с их назначением для тех, кто немного знает английский язык. Для наглядности приводим часть кода взятого примера:

/* Time Base configuration */
   
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;                      // предделение счётных импульсов отсутствует (16-битный регистр) 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   // направление счёта вверх 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TimerPeriod;               // счёт выполнять до значения TimerPeriod (константа в программе) 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;                  // предделение счётных отсутствует 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;              // счётчик переполнений для генерации событий (не используется в программе)

 
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);           // ввод значений TimeBaseStructure в регистры таймера 1 (ввод данных в эту  
// переменную - выше)

 
/* Channel 1, 2,3 and 4 Configuration in PWM mode */          // настройка ШИМ выходов 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;             // режим работы ШИМ2 
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // разрешитьвыход ШИМ сигналов таймера 
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; // разрешить комплиментарный выходШИМтаймера 
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel1Pulse;                // ширина импульс Channel1Pulse – константа в программе 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;      // настройка полярности выхода 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;   // настройка полярности комплиментарного выхода 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;    // установка безопасного состояния выхода ШИМ 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset; // установка безопасного состояния комплиментарного выхода ШИМ 
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);                  // ввод значений переменной TIM_OCInitStructure в регистры ШИМ канала 1 
                                                              // таймера1

 
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel2Pulse;                // меняем ширину импульса в переменной OCInitStructure и вводим её в 
TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);                      // регистры ШИМ канала 2 таймера1

 
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel3Pulse;                // меняем ширину импульса в переменной OCInitStructure и вводим её в 
TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);                      // регистры ШИМ канала 3 таймера1

 
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel4Pulse;                // меняем ширину импульса в переменной OCInitStructure и вводим её в 
TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);                      // регистры ШИМ канала 4 таймера1

 

/* TIM1 counter enable */
   
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);                                        // запускаем таймер1
 

/* TIM1 Main Output Enable */
   
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);                             // разрешаем работу выходов сравнения таймера 1 

В правой части автор оставил комментарий на русском языке к каждой строке программы. Если открыть этот же пример в описании функций библиотек stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm, то мы увидим, что все используемые параметры функций имеют ссылку на собственное описание, где будут указаны их возможные значения. Сами функции тоже имеют ссылку на собственное описание и исходный код. Это очень полезно, т.к. зная, что функция делает, мы можем проследить, каким образом она это делает, на какие биты регистров периферии и как она воздействует. Это, во-первых, ещё один источник информации для освоения контроллера, основанный на практическом использовании контроллера. Т.е. вы сначала решите техническую задачу, а потом изучите само решение. Во-вторых, это поле для оптимизации программы тому, кого библиотека не устроит по скорости работы и объёму кода.


Простота и наглядность примеров использования стандартной библиотеки – одна из сильнейших сторон для её использования в своём проекте. По факту у вас есть набор стандартных простых решений по запуску периферии STM32. Соединяя несколько примеров в один проект, вы получаете практически готовое решение технической задачи. Инженеры STMicroelectronics думали об этом, когда писали библиотеку стандартной периферии.

Компания Промэлектроника желает вам успешных разработок.

Получить более подробную информацию вы можете:

Задать вопрос техподдержке вы можете на нашем форуме.  


Автор документа: Промэлектроника , http://www.promelec.ru"
Дата публикации: 15.05.2013
Дата редактирования: 15.05.2013
Кол-во просмотров 10349
 
 Все новости одной лентой


подписка на новости

Подпишись на новости!



радиационно стойкие ПЗУ Миландр

Продажа силового и бронированного кабеля и провода в Москве

Кабель в Краснодаре

Мероприятия:

12-я международная выставка информационных технологий и электроники для пассажирского транспорта и транспортной инфраструктуры