STM32系列教程

【STM32系列教程】0x02 第一个项目

扔掉难用的礦ision叭！快来使用现代化的 CubeMX / CMake / GCC / Clion / OpenOCD 轻松进行STM32开发！

开发环境概述

这部分让你弄明白各个程序都是用来干嘛的。如果看不懂直接跳过，后面有疑惑再来看。

从代码到程序运行

  1. 使用STM32CubeMX生成基础代码
  2. 使用CMake生成编译指令并保存在文件中
  3. 使用arm-none-eabi-gcc作为交叉编译器进行编译和链接
  4. 使用OpenOCD调用下载器将二进制文件刷写到STM32中
  5. 使用CLion作为GDB客户端连接到OpenOCD进行调试

STM32CubeMX

  • ST提供的工具
  • 图形化配置时钟、外设、中断等等功能
  • 自动复制各种库文件并且生成生成项目结构
  • 生成外设的初始化代码，避免繁琐的手动初始化

CMake

  • 编译代码需要编译器，手动操作编译器比较麻烦，所以有人发明了CMake工具来自动调用编译器进行编译，简化环境配置
  • 支持多平台、各种编译器
  • 只负责生成编译文件和编译要用到的指令，可以调用编译器，不负责下载和调试

编译器

  • 将代码转换为电脑可阅读的二进制文件
  • 传统的Keil开发使用Arm Compiler 5
  • 我们使用arm-none-eabi-gcc

Clion

  • JetBrains全家桶中的一个付费软件，适合进行嵌入式开发
  • 可以自动生成CMake文件，也可以识别现有的CMake工程
  • 负责调用CMake、编译器和OpenOCD

OpenOCD

  • 用于调用下载器下载和调试，可以调用ST-Link、DapLink、JLink等
  • 只负责下载和调试，不负责编译
  • 支持多种嵌入式芯片，包括我们用到的STM32F1/F4和其他各种各样的芯片
  • 自身实现了GDB服务器功能，作为GDB服务器运行，Clion作为调试客户端连接以进行在线调试
  • 安装包中自带调试器配置文件+芯片配置文件
  • 对每种芯片+下载器，需要额外的一个配置文件来选择芯片/下载器种类，Clion中称为“面板配置文件”
  • 需要在上述“面板配置文件”中引用安装包中自带的“调试器配置文件+芯片配置文件”，再额外添加自己的参数

开发环境搭建

  1. 申请Jetbrains教育优惠，申请链接
  2. 安装Clion，下载链接
  3. 安装STM32CubeMX，下载链接，务必注册ST帐号，会给你发带下载链接的邮件
  4. 安装arm-none-eabi-gcc并确保添加到系统Path，下载链接
  5. 安装OpenOCD并确保添加到系统Path，下载链接

注意：

  • 从现在开始，挂上你的科学上网吧
  • 下载文件名称可能很长。请选择系统带win字样的（系统），同时架构带x64/x86_64字样的（CPU架构）
  • 如何添加到系统Path请自行搜索解决

Update 20241001：

  • 注意CubeMX使用过程中会联网，请在上方Help > Updater Settings内配置代理选项
  • 最新版本OpenOCD发布的压缩文件中，script文件夹被挪到子文件夹中了，如果CLion提示无法识别到OpenOCD，可以尝试将其移动到上一级文件夹。

开发板介绍

开发板的需要关注的两个点：核心芯片，外围设备/接口的引脚分配

核心芯片

我们使用STMicroelectronics公司的STM32芯片，下面细分了各种各样不同系列不同型号的芯片。

我们使用最基础的STM32F103C8T6芯片作为教学，车上的开发板目前使用STM32F407IGHx系列的芯片（x表示任意字符）

引脚分配

开发板外围有一些基础的零件让芯片能正常运行起来，一般还会板载一些传感器/执行器接到芯片固定的某个引脚上，并且把芯片的一些特定功能的引脚引出来。

不同公司开发的开发板有不同的引脚分配，一般公司都会提供原理图。

比如开发板上的IIC2接口，包括四条线，线序是（GND/VCC/SCL/SDA），连接了STM32上的（SCL->PB6, SCK->PB7）

配置外设时需要阅读原理图，根据原理图分配引脚。

外设：芯片上的硬件控制器，通过外设可以更快的调用一些协议/接口/功能

开发板

名称 图片 芯片 链接
F103核心板 image-20240612093722244 STM32F103C8T6 https://stm32-base.org/boards/STM32F103C8T6-Blue-Pill.html
大疆A板 image-20240612093845523 STM32F407IGH6 https://www.robomaster.com/zh-CN/products/components/general/development-board
大疆C板 image-20240612093934697 STM32F427IIH6 https://www.robomaster.com/zh-CN/products/components/general/development-board-type-c

第一个空项目

大致流程

CubeMX

  1. 新建工程
  2. 选择芯片
  3. 配置基本信息
  4. 配置外设

CLion

  1. 打开工程
  2. 配置调试器
  3. 写代码
  4. 测试运行

CubeMX配置

CubeMX新建工程时会提示选择芯片。

我们使用STM32F103C8T6和STM32F407IGH6

image-20230729224113596

界面介绍

image-20230729224709476

基础配置

打开Pinout & Configuration页面，配置部分外设：

  • System Core -> RCC -> HSE选Crystal/Ceramic Resonator
  • System Core -> SYS -> Debug选Serial Wire

打开Clock Cofiguration页面，如图配置时钟，一般需要配置划红线的地方

image-20230729223711142

打开Project Manager页面，配置工程：

  • Project -> Project Settings框 -> 填入项目名称
  • Project -> Project Settings框 -> Toolchain / IDE 选STM32CubeIDE
  • Code Generator -> Generated Files框 -> 勾上Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files per peripheral

配置IO和外设

后续的项目可以按需配置，作为第一个空项目没有要配置的东西

生成代码

点一下Generate Code按钮

Clion配置

打开工程

切换回Clion，直接打开.ioc文件所在的目录，Clion会自动识别并新建工程，所有东西默认就好。

“面板配置文件”选择可以跳过，下面讲怎么手动添加

配置调试器

  • 右上角的**”运行目标选择“框**可以选择将要执行的操作，包括两种：
    • “CMake应用程序”：这种是在CMake配置文件（CMakeList.txt）中定义的目标（可执行文件），这种目标在加载CMake配置文件时会自动生成
    • “OpenOCD下载并运行”：这种我们平时使用的目标，它会先调用CMake编译好指定的可执行文件，再调用OpenOCD并应用面板配置文件将可执行文件下载到芯片上
  • **“面板配置文件”**是OpenOCD的配置文件，用以告诉OpenOCD使用哪一种下载器、使用哪一种下载接口、下载到什么样的芯片上。

在右上角的”运行目标选择“框，选择编辑配置，新建OpenOCD下载并运行

  • 将“目标”和“可执行的二进制文件”选择为CMake编译出来的.elf文件（可以在STM32上运行的文件）

  • 新建一个配置文件，作为提供给OpenOCD的“面板配置文件”

这里提供几个我们用到的“面板配置文件”：

  • DapLink + F103

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    # choose st-link/j-link/dap-link etc.
source [find interface/cmsis-dap.cfg]
transport select swd
# set FLASH_SIZE 0x100000
;set OPENOCD_FLASH_START 0x08000000
source [find target/stm32f1x.cfg]
# download speed = 10MHz
adapter speed 10000

  • DapLink + F407

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    # choose st-link/j-link/dap-link etc.
source [find interface/cmsis-dap.cfg]
transport select swd
# set FLASH_SIZE 0x100000
;set OPENOCD_FLASH_START 0x08000000
source [find target/stm32f4x.cfg]
# download speed = 10MHz
adapter speed 10000

连接下载器

我们使用SWD调试，一般为四条线：

  • DIO/TMS
  • CLK/TCK
  • VCC/3V3
  • GND

根据板子和下载器上印刷的字连接这四条线

下载和运行

编译/运行/调试图标都在右上角

在”CMake“一栏应当提示"Build files have been written to: ..."，这意味着编译器配置正确，CMake能正常生成编译指令文件

在”消息“一栏应当提示"构建 已完成"，这意味着固件已经成功编译

在”运行“一栏提示"Programming Finished"，着意味着固件已经被下载到芯片中

image-20241012003703255

FAQ 常遇到的错误

遇到问题，请先检查以下几点：

  • 启动cmd”命令提示符“，运行arm-none-eabi-gcc和openocd指令，检查PATH环境变量是否成功配置
  • 配置完PATH之后需要重启
  • 检查环境目录和用户目录是否为全英文路径，是否有写入权限

Clion右上角没有可以选择的”CMake应用程序“

检查CLion左侧或者下方的三角形CMake标志，观察是否出现任何CMake生成错误

如果没有CMakeList.txt文件，重启CLion，它会重新尝试识别STM32CubeMX项目并生成CMakeList.txt文件

编译成功，但是链接的时候在STM32F103C8Tx_FLASH.ld文件报错：non constant or forward reference address expression for section .ARM.extab

旧版的gcc编译器无法识别(READONLY)符号，请将文档中的"(READONLY) "（注意包含后面的一个空格）删掉即可

Error: unable to find a matching CMSIS-DAP device

OpenOCD和下载器连接失败，请检查下载器和电脑的连接，以及OpenOCD的面板配置文件

Error: Error connecting DP: cannot read IDR

下载器和开发板连接失败，请检查下载器和开发板的连接，以及OpenOCD的面板配置文件

固件刷写成功，但是程序似乎没有运行

在刷写程序后或者调试开始时，有的时候需要手动按下开发板上的Reset按钮重启

工程结构介绍

目录介绍

目前我们只会用到：

  • Core/Inc 用户头文件目录
  • Core/Src 用户源文件目录，包含main.c主函数所在的文件

文件介绍

Core/Src/main.c

只关注main函数，其它东西先不管。程序从main函数开始运行。

可以看到main函数前面包含部分系统初始化代码，可以不用管它。关注函数末尾的死循环。现阶段我们只在循环里面写代码

CubeMX通过类似于/* USER CODE ...... */这种注释掉的符号来识别哪些代码是用户写的，哪些是它生成的。

对于CubeMX生成的文件，你只可以在一对/* USER CODE BEGIN ....*/和/* USER CODE END ....*/之间添加代码，在这些标志之间的代码称为用户代码。其余地方的代码成为系统代码，CubeMX会在下一次生成代码时把系统代码重置。

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  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  // √这里可以写自己的代码√
  while (1)
  {
    // √这里可以写自己的代码√
    /* USER CODE END WHILE */
      
    // ×这里不能写自己的代码×
      
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    // √这里可以写自己的代码  √
  }
  // √这里可以写自己的代码√
  /* USER CODE END 3 */
STM32
最后更新于 Oct 12, 2024 00:00 UTC