STM32 (2): удобная среда разработки — SES + CubeMX: методика ускорения разработки (часть 1)

STM32 (2): удобная среда разработки — SES + CubeMX: методика ускорения разработки (часть 1)

В предыдущей статье мы рассмотрели и настроили среду разработки на основе

Segger Embedded Studio (SES).

В этой статье я опишу методику ускорения разработки ПО под STM32 путём подключения HAL (Hardware Abstraction Level, библиотека абстракции от аппаратуры) от ST.

В прошлый раз мы упоминали пакет CMSIS (Cortex-M Software Interface Standard) — это набор общих для всех Cortex-M контроллеров дефайнов (#define). Эта, условно говоря, библиотека разработана для стандартизации процесса разработки и повышения переносимости кода между всеми Cortex-M контроллерами. У неё есть очевидное положительное качество — её легковесность, так как дефайны, раскрываясь при компиляции, не занимают места. И, да — она облегчает работу на Cortex-M (в том числе и на STM32). Но если вы будете писать код с использованием лишь CMSIS, вам придётся заполнять все структуры (множество структур) самостоятельно. И, более того, о, ужас, писать непонятные вещи, подобные этому:

GPIOA->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR0;

Компания STMicroelectronics пошла дальше и разработала продукт называемый STM32CubeMX (CubeMX). CubeMX — свободный, кроссплатформенный пакет для настройки HAL от ST в графической среде. Процесс работы с использованием CubeMX выглядит примерно так: выбираем тип контроллера, настраиваем его интерфейсы, выбираем IDE, под которую нужно создать проект, нажимаем «Сгенерировать проект», открываем проект в выбранной IDE, работаем над функционалом. К сожалению CubeMX не поддерживает SES. Как это компенсировать я и расскажу на простом примере.

Для начала работы, скачайте CubeMX:
https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html
Нужно нажать Get Software и, к сожалению без регистрации/авторизации скачать не получится.

Устанавливаем, запускаем, создаём проект (New Project —> ACCESS TO MCU SELECTOR):

В открывшемся окне (загружается из базы продуктов ST) выберите свой контроллер — либо в списке, либо введите часть его названия в поле поиска слева вверху. По идее на генерацию кода это не должно влиять, но так как CubeMX у ST выполняет частично и функции продажи, придётся выбрать даже тип корпуса. В прочем, если вам придётся реально отлаживать комплекс на уровне железа (осциллограф, анализатор, тестер) — будет ещё удобнее видеть где какие конкретные выводы находятся. Ведь CubeMX нарисует вам выбранный контроллер в выбранном корпусе с реальным расположением и названиями ног и выводов!

Вверху вы увидите три вкладки — Pinout & Configuration, Clock Configuration и Project Manager.

Начнём с самого основного — настройки частоты на которой будет работать наш контроллер. Перейдите на вкладку Clock Configuration. Вы увидите следующее (картина будет отличаться в зависимости от выбранного контроллера, я для примера рассматриваю один из самых простых — STM32L011):

Видите как много параметров в настройке частоты? А теперь введите в поле HCLK (MHz) (обычно чуть выше и правее середины схемы) значение. CubeMX даже подскажет вам максимальную частоту, которую вы можете себе «позволить» на выбранном контроллере.

После нажатия Enter, CubeMX сам рассчитает всю цепь, а в случае некорректного значения сообщит об ошибке.

Далее во вкладке Project Manager введите название проекта, пути и прочее. В поле Toolchain / IDE выберите MDK-ARM V5. Последнее важно для импортирования проекта в SES. Теперь нажмите «GENERATE CODE» (находится справа вверху). CubeMX создаст проект, скопирует HAL под нужный контроллер и, что самое главное — сгенерирует высокоуровневый код (с использованием HAL'а), который выполнит инициализацию всего того, что мы настроили в графической среде.

Как я уже писал — под SES CubeMX не умеет делать проекты. Сейчас мы будем это исправлять. Открываем SES и создаём проект, выбираем тот же контроллер, что и в CubeMX. Здесь не повторяюсь — этот процесс описан в предыдущей статье.

Открываем оба каталога — с проектом CubeMX и с проектом SES. Далее будем копировать файлы из каталога с проектом CubeMX в корень каталога проекта SES (себе). Я буду показывать процесс на примере проекта под STM32L0xx. В случае использования другого контроллера, имена каталогов изменятся соответственно.

1. Удаляем из проекта SES файл main.c (нажать на нём правой кнопкой и выбрать «X Delete»).

2. Копируем себе каталоги Src и Inc.

3. Перемещаем файл Src/system_stm32l0xx.c в каталог STM32L0xx/CMSIS/Device/Source (с замещением).

4. Копируем каталог STM32L0xx_HAL_Driver (у CubeMX находится в каталоге Drivers). Я обычно копирую его в каталог STM32L0xx, который SES создаёт в корне проекта.

5. Добавляем новые файлы исходного кода: жмём правой кнопкой мыши по Source Files, выбираем Add Existing File... и указываем все файлы из каталога Src.

6. Повторяем эту процедуру, указывая все файлы из каталога STM32L0xx/STM32L0xx_HAL_Driver/Src

7. Открываем свойства проекта (правая кнопка на проекте —> Options...), ищем User Include Directories и указываем:

.
./Inc
STM32L0xx/STM32L0xx_HAL_Driver/Inc

На этом самая сложная часть импорта ST HAL'а в проект завершилась. На данном этапе ваш проект должен компилироваться, собираться, загружаться и работать.

Для проверки правильно ли выставилась частота контроллера, добавим в наш main следующий функционал. Найдите вызов функции SystemClock_Config() и добавьте до и после неё соответствующий вывод:

printf ("Unset clock speed is: %dMHz ", HAL_RCC_GetSysClockFreq () / (1000 * 1000));
SystemClock_Config(); printf ("Clock speed is set to: %dMHz ", HAL_RCC_GetSysClockFreq () / (1000 * 1000));

У меня выводит следующее:
Unset clock speed is: 2MHz Clock speed is set to: 32MHz

Завершающее эту статью замечание. В коде, созданном в CubeMX вы увидите множество комментариев, в том числе и вида

/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */

По задумке разработчиков из ST CubeMX должен по этим меткам определять, где пользовательский код и при последующих изменениях настройки контроллера сохранять эти изменения. Так как с SES CubeMX не работает, эти комментарии нам уже не понадобятся. Лично я их удаляю все и сразу. Вы можете абсолютно без риска поступить так же.

Разумеется выставить частоту контроллера не единственная задача на наших проектах, поэтому в следующей статье я покажу что ещё можно делать в CubeMX и как добавлять в свой проект дальнейшие изменения если вы удалили комментарии USER CODE BEGIN/END.

STM32 (1): удобная среда разработки — SES: обзор, подготовка к работе

STM32 (1): удобная среда разработки — SES: обзор, подготовка к работе

В этой статье я предлагаю рассмотреть и настроить среду разработки на основе

Segger Embedded Studio (SES).

В отличие от других IDE, используемых для разработки под STM32 (в большинстве своём, основанных на Eclipse), SES, являясь проприетарным продуктом, представляет собой консистентную (целостную) IDE. SES предоставляет следующие возможности:

• Создание проектов под микроконтроллеры (через GUI-Wizard);
• Группировку проектов в «решения» (Solution);
• Массу настроек проекта (так же через GUI);
• Сборку проектов в различные выходные форматы (ELF, bin, hex);
• Загрузку прошивки в микроконтроллер через JTAG;
• Пошаговую отладку программы;
• Отладочный вывод (RTT — о нём ниже);
• Многое другое ещё не освоенное мной.

SES является кроссплатформенным продуктом (Linux, Mac, Windows), производителем предоставляется возможность бесплатно (свободно) пользоваться ей в некоммерческих целях. На момент написания этой статьи (май 2019) скачивание даже не требовало регистрации (что по нынешним меркам граничит с фантастикой).

И дополнительный бонус — в SES есть возможность включить в проект Segger RTT (Real Time Transfer, иногда переводят как Real Time Terminal) — очень быстрая и легковесная реализация отладочного вывода (printf) с устройства на компьютер и даже ввода данных с компьютера на устройство (!). Последнее я не использовал и не проверял.

В других IDE отладочный вывод надо реализовывать в коде самому, а иногда и дорабатывать JTAG (допаивать SWO — Single Wire Output, например). А если говорить о Semihosting'е, то придётся ещё дополнительное окно открывать. В компании Segger это реализовали по трём проводам (режим подключения SWD — Single Wire Debug). А сам отладочный вывод отображается в самой SES, во включающейся в режиме отладки вкладке Debug Terminal.

Из недочётов SES можно указать отсутствие поддержки ST-Link, но сделать J-Link из китайского ST-Link'а — не проблема (возможно, напишу о том как это делается).

Отмечу, что SES вся такая целостная и проприетарная не страдает недостатками подобных IDE (Keil, например). В SES можно экспортировать Makefile из проекта (правда вы скорее всего захотите его доработать, если решите работать с проектом на чистом Makefile). Можно открыть файл разметки секций и карты памяти в самом редакторе и править их руками, затем пересобирать проект с новым расположением секций. SES поставляется и работает на обычном GCC (и clang, чем компилировать — можно выбирать). Отсюда вытекают все положительные последствия — привычные настройки, ключи и поведение компилятора.

Для тех, кого я убедил попробовать SES, ссылка для скачивания: скачать SES

SES построена по принципу модульной системы — поддержка всего и вся здесь осуществляется модулями. Для того чтобы создать наш первый проект, нужно установить модуль для интересующего нас микроконтроллера и CMSIS (если, конечно вы не хотите писать код под Cortex-M, не отрываясь от документации). Модули легко устанавливаются (скачиваются из интернета) через GUI. Откройте диалоговое окно Tools —> Package Manager. 

Как видно из снимков этого диалогового окна — у меня уже установлены модули поддержки STM32L0, STM32F4 и CMSIS.

Найдите нужный вам тип контроллера и установите поддержку его. Зависимости устанавливаются автоматически. Например, для STM32 будет установлен CMSIS.

После откройте окно создания проекта (File —> New Project ... ), выберите проект под нужный тип контроллера (установленные вами пакеты поддержки контроллеров будет доступны здесь). Нажмите Next и в следующем окне укажите конкретный процессор (Target Processor) из выбранного семейства.

Если вы здесь забудете это сделать — ничего страшного, это можно будет поменять в последствии в свойствах проекта сколько угодно раз. Дальше Next, Next до упора, Finish. Всё, проект создан, вы можете подключить J-Link к компьютеру и отлаживаться.

В следующей статье я расскажу о том как можно путём некоторых изощрений (или извращений) облегчить себе жизнь. Речь пойдёт о HAL (Hardware Abstraction Level — библиотека абстракции от аппаратуры, облегчающая работу с ней).