STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим.⁠⁠

Как и обещал, начинаю тему про STM32. Данный пост вводный, я расскажу о настройке рабочей среды, немножко поморгаем светодиодами, всковырнём (чуть-чуть) FreeRTOS. Ну а в следующей статье я сравню STM32 и Atmega, посмотрим, зачем вообще нам нужны ARM.

Статья рассчитана на тех, кто давно ходит вокруг да около STM32, но не знает, с какого бока подступиться. Некоторые моменты могут показаться сложными на первый взгляд, но надо поработать мозгами, уж простите =) Стоит только понять некоторые основополагающие вещи, как наступит просветление, уверяю вас!

Внимание! Много текста и картинок!

1. Макетная плата

Для Пикабу я буду адаптировать статьи под обычную и дешёвую плату на STM32F103C8T6, например такую:

Их полно на Али, стоят около 120 рублей, можно заказывать пачками. Я заказал себе штук пять вариаций. По их приезду буду адаптировать больше своих статей сюда. У неё на борту 64-Кбайт Flash и 20-КБайт RAM. Вообще, чип довольно попсовый. Таймеров всего 4 штуки, периферия хиленькая. Но он стоит копейки, частота 72МГц, много оперативы, а значит можно неплохо развернуть FreeRTOS.

Также на Хабре и у себя в блоге я публикую статьи для оригинальной макетки STM32F3DISCOVERY, она основана на МК STM32F303VCT6 c 256-Кбайт Flash и 48-КБайт RAM в корпусе LQFP100. С ней гораздо интереснее работать.

Также вам понадобится программатор ST-Link, их также полно на Али, стоят от 150 руб с доставкой.

2. Среда разработки

Корпел несколько дней и родил аж две огромные статьи по настройке среды разработки под Linux Ubuntu 16.04 и MS Windows 10. Ниже я покажу, как настроить проект под нашу макетную плату и как подключить к ней светодиоды и кнопку.

Настройка Sublime Text 3, SW4 и STM32CubeMX для разработки STM32 под Windows 10

Настройка Sublime Text 3, SW4 и STM32CubeMX для разработки STM32 под Linux

Я не буду полностью адаптировать эти статьи, т.к. большие сложности с публикацией форматированного кода на Пикабу. Выкладывать скрины и ссылки на Gist лишний раз не хочется. Я буду отсылать к этим статьям, так что держите вкладки с ними открытыми.

Также я буду приводить все примеры для SW4. Если вы хотите работать под Keil uVision - нет проблем. Я в другой статье напишу, как он устроен и какой у него крутой дебаггер, если доступные статьи вам не нравятся (пишите в комментах).

Ну ладно. приступим!

Подключать будем по такой схеме (RESET и BOOT0/BOOT1 нарисовал до кучи)

Я считаю с этого места, что вы настроили среду разработки.

Для начала надо подключить ST-Link к нашему контроллеру. Делаем по схеме (слева программатор, справа контроллер):

SWDIO -> IO (или пин PA13)

SWCLK -> CLK (или пин PA14)

3.3V -> V3

GND -> G

Открываем STM32CubeMX и устанавливаем библиотеки для STM32F1 Help->Install New Libriaries, ставим галку Firmware Package for Family STM32F1, жмём Install Now:

Жмем New Project, в поле Part Number Search пишем STM32F103C8:

Щёлкаем два раза на чипе в нижней части экрана и попадаем в окно настройки.

Сначала настроим основные параметры.

- Включим FreeRTOS

- Включим резонатор на плате

- Затактируем системный таймер от TIM4

- Включим дебаг

- Включим RTC

Теперь подключим кнопку и два светодиода:

- Щелчок на PA0 -> GPIO_EXTI0. Правый щелчок на PA0 -> Enter User Label -> BUTTON. Обратите внимание, мы подключаем кнопку на прерывание EXT0.

- Аналогично щелкаем на PB0 и PB1, только выбираем GPIO_Output и называем LED1 и LED2:

В результате получим такую распиновку:

Откроем вкладку Clock Configuration.

- Отмечаем, что тактируемся от HSE и ставим частоту системной шины 72МГц:

Переходим во вкладку Configuration.

1. Настроим Кнопку. Жмём GPIO, выбираем кнопку и ставим сработку прерывания по обоим фронтам импульса, а также подтянем линию к питанию.

2. Включим прерывание на кнопку. Жмём NVIC и в строке EXTI line0 interrupt ставим обе галки

3. Настроим FreeRTOS

Жмём на FreeRTOS, во вкладке Config parameters выставляем TOTAL_HEAP_SIZE 4096 (это сколько памяти мы резервируем для всего FreeRTOS в целом)

Во вкладке Task and Queues добавляем три задачи:

- Task Name: buttonPress, Priority: osPriorityNormal, Entry Function: StartButtonTask

- Task Name: Led1, Priority: osPriorityNormal, Entry Function: StartLed1Task

- Task Name: Led2, Priority: osPriorityNormal, Entry Function: StartLed2Task

Во вкладке Timers and Semaphores добавим семафор, за который будут драться светодиоды:

Включим функцию vTaskDelayUntill во вкладке Include parameters:

Теперь укажем параметры проекта в Project->Settings из верхнего меню.

Указываем имя проекта в поле Project Name: PikabuLes1

Указываем путь в поле Project Location: ВАШ ПУТЬ, ГДЕ ХРАНИТЕ ПРОЕКТЫ

Выбираем Toolchain: SW4STM32

Не забываем во вкладке Code Generator включить “Add necessary libriary files as reference in the toolchain project configuration file”

Генерируем проект:

Дальше, чтоб не выкладывать тут простыни кода, вы можете заменить три файла на аналогичные с моего репозитория на GitHub:

Inc/main.h -> меняем на этот

Src/main.c -> меняем на этот

Src/stm32f1xx_it.c -> меняем на этот

И для корректного автодополнения кода в ST3 в корень проекта закинуть CMakeLists.txt (если у вас Linux) либо сформировать правильный .clang_complete (если Windows), как я писал в статье.

Загружаем и запускаем так, как написано в той же статье.

Можете и тупо клонировать репо, инструкцию выше я давал для понимания, как это делается.

Теперь расскажу, как это всё работает.

Суть всего процесса - это планировщик задач FreeRTOS. У нас есть три задачи:

- ButtonTask: Занимается обработкой нажатий нашей кнопки

- Led1Task и Led2Task: занимаются светодиодами LED1 и LED2.

Для особого шика я добавил в эту связку бинарный семафор ledOnSemHandle. Суть его в том, что кто им владеет, тот и может управлять своим светодиодом. А кнопка, если перехватывает семафор, управляет обоими светодиодами.

Итак. При старте семафор свободен, состояние кнопки неизвестно. Кому повезёт, тот и хватает семафор функцией xSemaphoreTake. Соответственно задачи Led1Task или Led2Task ждут, когда семафор освободится.

Если нажимается кнопка, то задача ButtonTask ждёт, когда ей отдадут семафор. Когда она его получает, зажигает оба светодиода и держит семафор, пока не отпустить кнопку.

Дальше. Нажатия кнопки отбиваются прерыванием в Src/stm32f1xx_it.c в колбэке EXTI0_IRQHandler(). Самое главное вот в чём:

- Срабатывает прерывание.

- Мы проверяем, что сработка была более 50мсек от предыдущего срабатывания (простая защита от дребезга)

- Проверяем состояние линии: нажата или отпущена кнопка

- Уведомляем задачу ButtonTask об изменившемся состоянии кнопки

- Задача ButtonTask в зависимости от состояния кнопки пытается перехватить семафор или наоборот отдаёт его.

Вообще, с бинарными семафорами надо быть ОЧЕНЬ аккуратными. Это опасная штука и надо стараться обходиться без них. Хотя в некоторых задачах они необходимы. Например, если несколько задач используют одну шину для передачи данных. Но надо всегда держать в голове, что категорически нельзя глушить задачи, которые имеют доступ к семафору, иначе можно повесить всё наглухо.

Так, на этом всё на сегодня. Это вводная статья и тут куча моментов, на которых стоит остановиться подробнее. Об этом другой раз. Ну или пишите в комментах.

P.S. Баянометр ругается, но совпадений точно нет, контент на 100% уникальный.