292

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:

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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)

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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:

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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.

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост
STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

В результате получим такую распиновку:

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

Откроем вкладку Clock Configuration.

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

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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.

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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)

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

Включим функцию vTaskDelayUntill во вкладке Include parameters:

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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:

STM32 от Булкина. Урок 1: Вводный, где мы немножко похулиганим. Stm32, Stm32f103, Freertos, Урок, Длиннопост

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.

Найдены дубликаты

+8
Извините, но зачем RTOS в первом же уроке? Он сам по себе на многие уроки тянет :)
раскрыть ветку 9
+2
Ну как сказать. Аммм... Я за то, чтобы сразу приучать к программированию реального времени, так сказать. Я даже в самых элементарных проектах использую FreeRTOS, пусть и в два потока. Да, памяти кушает, но её достаточно. А гешефта сразу получаешь кучу. Если вдруг проект вырастет, что не редкость, снимается куча проблем. Да и мышление заточено под асинхронное программирование. К тому же, я ж сказал, похулиганим 😂
раскрыть ветку 8
+3
Это вы зря так. Сначала человек должен понять с чем он работает. Голый си и настройка без сторонних библиотек просто меняя биты в регистрах. Да, немного сложнее, но гешафт в том, что начинаешь понимать внутреннюю структуру контроллера. Человек учится пользоваться Reference manual. Видит перед собой схему тактирования и схему выводов GPIO. Такой подход даст бОльшую фору перед ардуиноподобным подходом. Будет проще разбираться и с другими контроллерами. Это IMHO.
раскрыть ветку 6
0
СПАСИБО тебе большое! Обязательно пиши ещё!!!
+10
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 6
+4

Главный вопрос с которого стоило бы начать для чего можно использовать по мимо баловства не раскрыт%)

раскрыть ветку 5
+1
Для этого надо снимать видео. А для этого нужен штатив. Оплатил, заказал, жду)) тут вообще сложный вопрос. Я не знаю сам, откуда начать. Мнений тысяча на этот счёт, единого нет. Вот пытаюсь как-то найти свой путь 😁
раскрыть ветку 2
0
Если у вас это вопрос, значит вам это не нужно !
раскрыть ветку 1
+4

STM32CubeMX
Ой, не, нафиг-нафиг.

+3

А простой USB TTL не подойдёт?

Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 1
0
Есть вариант прошивки через Uart, но дебага не будет
+2

Покажите, пожалуйста, проекты, под которые идёт такая техника.

У меня за плечами полтора десятка проектов (в т.ч. коммерческих) и я пока вообще не представляю, что нужно придумать, чтобы Arduino перестал справляться. 99% делаю на Nano (как вариант - Pro Mini), штучно - Mega/NodeMCU, ну и теоретически есть ещё Due.

раскрыть ветку 26
0

лабораторный блок питания. дисплей на ST7735 160х128 точек SPI. цвет одного пикселя 17бит. посчитай теперь нужную скорость SPI. справится твоя atmega328? справится, только фпс будет 0,5 кадра в секунду - красотища). я уже не говорю про то, что тупо не хватит вычислительной мощности. а у ф103 есть ДМА - отличная штука.

раскрыть ветку 25
+2
Т.е. быстрый вывод большого количества информации на дисплей, к примеру, ок.

У меня с относительно большими дисплеями был опыт с Mega + UTFT 320x480 - при полной отрисовке картинки "с нуля" fps действительно 0.5 (впрочем, картинку я не сам формирую, а на лету читаю из сети через W5100 ethernet), но в проекте такой fps был приемлем.

https://www.aliexpress.com/item/3-2-inch-TFT-LCD-screen-modu...


Если вести речь про "лабораторный блок питания" - неужели там надо всю картинку целиком отрисовывать? Судя по тестам этой комбинации (mega+utft), отдельные элементы (т.е. без перерисовки всего экрана) выводятся очень даже шустро.


ОК, если речь зашла о производительности - что скажете про NodeMCU? Мегагерц-то там не пожалели (не очень большое количество выводов GPIO - отдельный вопрос)?


Ну и финальный вопрос. Упомянутая в статье среда разработки и количество телодвижений для первого "Hello, world!" вызывает панику и ужас. Что скажете про работу с STM32 в Arduino IDE? Насколько понимаю, в плату заливается совместимый с IDE бутлоадер и вся конструкция начинает называться STM32duino. Был такой опыт?

раскрыть ветку 19
+1
Ок, управление графическими дисплеями - задача для стм32. А ещё есть примеры?
раскрыть ветку 4
+2

Что это? Чем лучше ардуино?

раскрыть ветку 19
0

Дополню пост выше:


после выхода https://www.segger.com/products/development-tools/embedded-s... (на мой взгляд неплохая) снялась проблема уебищных IDE для STM. Нет писали и раньше и неплохо, но после Студии это все как блокнот. Сам сейчас хочу попробовать 32 т.к. это хоби, а для домашнего применения 32 бита редко нужно, но вот потребление у них всегда вкусным было. да и всякие штуки MQTT интереснее на 32 битах юзать.

раскрыть ветку 2
0
Не сравнивали с keil ?
раскрыть ветку 1
0
Много лучше в плане возможностей, отладки, скорости. Много хуже в плане лёгкости изучения. Её там нет.  Читать 1800 страничный мануал придётся. И на каждую серию свой.
0
Всем.

Просто как факт. STM32F103 (она же "голубая пилюля") сравнима с 2560 (aka Arduino Mega). Единственное, в чём выигрывает мега - 256к против 64/128к флеша, и пинов "в доступе" у 2560 больше. Всё остальное лучше у STM32... А человеческая отладка (не заколёбывает постоянно в консольку писать)? А производительность?

P.S. 120р vs 600р ... 5 плат или 1.... Непреодолимо сложный выбор. Особенно, если учесть, что можно и старшие модели stm подтянуть.. Типа 407/427 серии. Подшаманить в CubeMX, но больше ничего менять не нужно.

раскрыть ветку 14
0

Соглашусь со всем, кроме того, что на STM32F1xx вообще не стоит ориентироваться. Серия умирает, на её замену идёт STM32F3xx, она очень крутая. F103 вообще чип так себе в плане периферии, хотя и на порядок лучше Атмег. Во всей серии, например, просто куча ОЗУ и она невероятно дешёвая.

раскрыть ветку 13
+1
Лучше представь проекты для которых нужен stm32. Я на эти камушки уже 4 года смотрю, но все свои проекты делаю на разных мегах и тиньках , их хватает и в бытовых и в промышленных девайсах, памяти для программы достаточно, перефирии тоже хватает.
раскрыть ветку 18
0
"Если вы не любите кошек, значит вы их не умеете готовить." :-)
Знаю и AVR и STM32.
AVR почти не применяю, если есть возможность уложиться по цене с STM32, т.к. последние просто удобнее в отладке для разработчика.
раскрыть ветку 17
0
STM32, т.к. последние просто удобнее в отладке для разработчика.
Раскройте тему, пожалуйста.

У меня вся отладка (Arduino*) происходит через Serial.print(). Возможно, в 2017 этот способ назовут первобытным, но он полностью решает мои задачи. Плюс (даже на боевых версиях систем) я по максимуму обматываюсь различными индикаторами, по которым можно в реальном времени наблюдать все статусы системы.

Какие возможности для отладки даёт STM32 и программное обеспечение?

раскрыть ветку 5
0
То есть ты чисто программист? Тебе потом не приходится изготавливать платы и паять всю эту мелкоту?
раскрыть ветку 10
+1

удивило, что выбраны Windows 10 и Linux - не самые популярные вещи у электронщиков-разработчиков, не самые...
я понимаю, что сейчас набегут "красноглазики" и предложат на ходу перебрать ядро, но это как-то слишком!

раскрыть ветку 5
0
Я выбрал Windows 10, чтобы инструкция была как можно актуальнее. Но сам, если Винда, работаю под 7-й. В любом случае, что делать ещё, макось? Ну у меня нет средств для этого. А Линь для разработки самое оно. Ну я про embedded, мобильные приложения и веб
раскрыть ветку 3
+1

ну и у меня win7. Пока хватает выше крыши.
Для Win7 подойдёт описание?

Хотя, блин, зачем мне stm32? И 8-битной avr выше крыши для моих задач автоматизации...
уже года 2-3 лежат отладки под stm32, включил, помигал, выдал и uart и забыл про них ))

раскрыть ветку 2
-1
Keil-а под линух нет. А он очень хорош и удобен.
+2

Интересно. Пиши исчо!

раскрыть ветку 1
+1

Обязательно! Спасибо.

0

Ну по сути норм гайд, только вот в новой версии интерфейс другой и немного было сложнее, вот код генерируется уже 30 минут и я начинаю скучать по ардуинкам

раскрыть ветку 3
0
Не очень понял, о чём конкретно сейчас речь.
раскрыть ветку 2
0

О твоем гайде? О том что больно переходить с ардуино на стм? И о том, что хз какой баг встретил, но генерация кода у меня зависает через раз

раскрыть ветку 1
0
Пикабу уже Хабрахабр?
раскрыть ветку 1
+3

Ну а почему нет? Людям интересно, есть обратная связь с любым читателем, а не только с кармой.

0

На сколько я знаю, этот же stm32 используется в полетных контроллерах для квадрокоптеров.

0

автор, подскажи пожалуйста, с чего лучше начинать знакомство с микроконтроллерами? с ардуинки или с stm? тема очень интересная, но раньше не программировал, а хотелось бы научиться. сделать что то интересное хочется (ничего супер сложного, но и не банально диод-кнопка).

спасибо за ответ

раскрыть ветку 5
+1

Если вы вообще не знакомы с программированием в принципе, то Ардуина, что ж лукавить то. Там всё работает "из коробки".

0
с чего лучше начинать знакомство с микроконтроллерами? с ардуинки или с stm?
Arduino. И, похоже, без вариантов.


1. Покупаете "Arduino Uno Kit". Вот самый простой пример:

https://www.aliexpress.com/item/Arduino-uno-r3-starter-kit-1...


* преимущество Uno для "настольного" изучения - можно покупать готовые "шилды" (платы расширения), которые просто втыкаются в разъёмы Uno.


2. Подключаете его к компьютеру (один раз нужно установить драйвер CH340, необходимый для китайских клонов), ставите родной софт "Arduino IDE".


3. Смотрите, что в разделе "примеры". Классика - это мигание светодиодом (Примеры / Основы / Мигание). Видите, что для осуществления базового действия "подать напряжение на вывод 13 (к которому в "стандартных системах Arduino" подключён светодиод), нужна всего одна интуитивно понятная команда:

digitalWrite( 13, HIGH ) // подать "высокое" (5 вольт) напряжение на выход 13


Первый шаг - это осознание "я пишу понятную мне команду на включение светодиода, загружаю программу в контроллер (простой кнопкой Загрузить, больше ничего делать не надо) и вижу своими глазами, как загорается (или гаснет) светодиод по моей команде".

раскрыть ветку 1
0

спасибо за развернутый ответ

дома уже валяются уно и нано, куча проводов,экранчик, модуль сд карты, электронный замок с ключом и датчиком и куча всякого с работы позаимствованного) благо у нас этого добра навалом

0

Для STM32 есть такая штука, как MBED https://os.mbed.com/docs/v5.6/tutorials/index.html. Для STM32 это платки Nucleo https://os.mbed.com/platforms/?mbed-enabled=15&tvend=10


эти же платы совместимы с Arduino, точнее с проектом STM32Duino, но среда разработки та же и принципы те же.

раскрыть ветку 1
0

cпасибо, посмотрю)

0
Купил плату stm8s так и ненашел путных книг для нубов(
раскрыть ветку 3
0

По-сути та же Атмега, только вид сбоку.

раскрыть ветку 2
0
Можешь порекомендовать бумажную книгу по stm32?
раскрыть ветку 1
0

Про кейл надо однозначно, ибо дебаггер реально крутой, все что хочешь на ходу и сразу видно реакцию платы.

0

В полку сохраненных постов прибыло. Будете за ардуино, о котором недавно писал AlexGyver.
Кто следующий? Я буду устанавливать сохранять все игры статьи

Иллюстрация к комментарию
0
Автор, спрошу у Вас, как у человека, варящегося в теме с mcu. Я много работал с fpga и так уж получилось, что mcu не удалось пока что изучить. Я решил задаться вопросом, в чем же явное преимущество mcu перед плис, кроме вшитой flash и аналоговых блоков? Если посудить, то новые плис уже выпускаются с flash, аналоговые блоки можно навешать со стороны. Есть ли такие проекты, где плис уступали бы по скорости обработки информации mcu? И в чем преимущество (явное) mcu над плис, кроме стоимости?
раскрыть ветку 1
0

Это очень сложная тема. Сравнивать с ПЛИС очень трудно. Это как сравнивать самолёт и ракету. Они абсолютно разные. Я сам всё пытаюсь как-то к ним подобраться, но страшно, как ардуинщикам начинающим к STM32. Мне вот вам даже завидно =)

0

Я боюсь спросить ересь, но сам программирую атмегу, искал вакансии и нужны программисты на STM32, спросил в чем они программируют, сказали AVR, но авр студио не для STM, может я не правильно понял людей или они не то сказали?

раскрыть ветку 2
+1
Скорее всего что-то не верно расслышали. Возможно имелся в виду IAR - популярный на наших предприятиях.
раскрыть ветку 1
0

Спасибо.

0

Опа, хорошая тема, сейчас сам учу. Автор, надеюсь вы не остановитесь на двух-трёх статьях.

Будете ли в будущем упоминать работу с I2C и сенсорами типа mpü 6050?

Спасибо за труды.

раскрыть ветку 8
0
А зачем? I2C реализована аппаратно и по всякому. Сенсор... берите его протокол и пишите библиотечку, ну или функцию, под себя.
раскрыть ветку 7
+1

Совет из разряда - как нарисовать сову)

раскрыть ветку 6
-1

Я извиняюсь, это че хоть такое то?

раскрыть ветку 1
+1

Это микроконтроллеры =)

-1

Во, не зря подписался. Как, кстати, моя схема в целом? Я всё жду отмашку чтобы плату разводить :)


#comment_101010819

раскрыть ветку 3
-1
Завтра отпишусь днём 😀
раскрыть ветку 2
0

Ну что?

раскрыть ветку 1
Похожие посты
66

Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы

И снова здравствуйте. Сегодня я хотел бы рассказать о не очень сложной, но достаточно полезной штуке - АЦП (Analog to Digital Converter) в stm32.


В тексте будут встречаться отсылки на мою первую статью, которую вы можете найти тут: https://pikabu.ru/story/dlya_nachinayushchikh_stm32f103c8t6_...


Итак, АЦП можно представить, как вольтметр, выдающий различные цифровые значения в зависимости от входного напряжения. В STM32 АЦП 12 разрядный, а входное напряжение на его входе колеблется от 0 до 3.3v (напряжение питания контроллера). Конструируя собственные поделки на камнях STM32 необходимо понимать, как работает АЦП.


На вход его подается 2 напряжения - напряжение питания и напряжение входное (котоорое мы хотим отобразить в числовом эквиваленте). Исходя из их сравнения АЦП и выдает результат. Из этого следует, что мы должны иметь очень стабильное напряжение питания самого АЦП, иначе значения будут сильно плавать. К счастью на нашей тестовой плате все уже реализовано и ничего изменить не удастся.


Давайте перейдем к наглядным примерам. Имеется 4 светодиода, каждый из которых подключен к выходам контроллера PB12(красный) PB13(желтый) PB14(зеленый) и PB15 (синий). Давайте подключим так же потенциометр, который будет работать делителем напряжения, а выходное значение будет обрабатываться нашим АЦП. Так же параллельно потенциометру подключим вольтметр, который будет помогать нам определить, что в данный момент на выходе делителя и соответственно на входе АЦП (в нашем случае это будет PA0).

Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры
Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры
Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры
Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры

В программной части реализации разделим возможный диапазон на 4 части, которые будут начинаться со следующих значений (комментарий - из значение в вольтах):

#define ADC_0V_VALUE 0 //0V

#define ADC_1V_VALUE 1024 //0.825V

#define ADC_2V_VALUE 2048 //1.65V

#define ADC_3V_VALUE 3072 //2.475V


Итак, программа написана следующим образом. В зависимости от значения на выходе потенциометра будет устанавливаться высокий уровень (загораться светодиод) на выходах PB12-PB15.


Теперь перейем к созданию проекта. В CubeMX выберем нашу плату STM32F103C8Tx. Активируем ADC для IN0. Отметим порты PB12-PB15 как выходные. Включим дебаг через Serial Wire и подключим внешний кварц HSE (опционально).

Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры

Вкладка Clock Configuration не имеет никаких изменений по сравнению с предыдущей статьей:

Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры

А теперь зайдем в настройки AЦП:

Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры

Вполне возможно, вы читали какие то гайды и как правило во всех них, при использовании куба с этой отладочной платой имеется аналогичный скрин, где видна возможность настройки разрядности АЦП (вроде этого):

Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры

Но реальность увы не иная, возможно, ранее разрядность АЦП и можно было настроить для этого камня, но теперь куб такой возможности не предоставляет и окно конфига выглядит так:

Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры

Возможно, это обусловлено тем, что камень f103 один из самых старых, и stm просто уделяет ему меньше внимания, но это не так критично, ведь по умолчанию, хоть разрядность ацп и не указана, но она выставлена как максимальное значение 12 бит. Все что нам необходимо, это включить Continious Conversion Mode, как на скрине выше. Зачем? Давайте останоовимся немного на режимах работы АЦП их 3:


1. Scan Conversion Mode (Многоканальный) - этот режим используется в том случае, если у нас будет несколько входных каналов преобразователя. Т.к. в данном случае мы используем только один вход A0, то этот режим оставляем отключенным. Если же вы используете несколько входных каналов, то АЦП можно будет сконфигурировать для их опроса в заданной последовательности.


2. Continious Conversion Mode (Циклический) - если этот режим отключен, то опрос канала/каналов произойдет лишь однажды, результат запишется в выходной регистр АЦП и данные всегда будут неизменны. В случае активацции, опрос каналов будет происходить непрерывно, и данные в выходном регистре будут обновляться.


3. Discontinuous Conversion Mode (Непоследовательный) - этот режим позволяет настроить АЦП сканирующее несколько каналов так, что бы опрос происходил не по всем каналам, а по заранее заданным группам каналов, причем если групп несколько, то за раз будет опрашиваться толко одна, затем следующая и т.д.


Следующий раздел ADC_Regular_ConversionMode предоставляет возможность сконфигурировать работу нескольких АЦП. Его мы рассмотрим в следующих статьях в более сложных примерах, а сейчас просто оставим все заданные значения по умолчанию.


На этом конфигурацию проэкта в CoubMX можно считать законченной. Завершим создание проекта для Atollic по аналогии с прошлой статьей.

Stm32f103C8T6 ADC (АЦП - аналого-цифровой преобразователь) основы Stm32f103, Atollic, Гайд, Stm32, Длиннопост, Микроконтроллеры

Вся программная релизация заключается в объявлении переменной, хранящей значение adcResult и объявлении выше описанных #define значений. После этого в цикле читаем значение с АЦП в переменную adcResult и останавливаем АЦП до следующей итерации цикла:


HAL_ADC_Start(&hadc1);

HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);

adcResult = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

HAL_ADC_Stop(&hadc1);


Затем сравниваем полученное значение с объявленными выше и в зависимости от результата включаем заданный выход контроллера (загорается светодиод) и отключаем остальные.


Код приложения доступен для скачивания по ссылке: https://bitbucket.org/shurankain/adc_leds_f103/downloads/


Стоит заметить, что камень STM32F103C8 имеет встроенных 2 АЦП, каждый из которых может обрабатывать до 18 каналов. Каналами могут служить не только данные извне, но и от внутренних источников. На используемой нами плате доступны 10 внешних каналов (ADC1_IN0-ADC1_IN9 или ADC2_IN0-ADC2-IN9), а так же внутренний термометр встроенный в чип и опорное напряжение (1.20V но может меняться от температуры).


P.S. Дабы избежать ненужных вопросов в стиле: "а чем отличается от Адруино?", - отвечу сразу. Рарядностью. В ардуино 10и разрядный АЦП в stm32 12и разрядный. Что это значит? Ардуино может дискретизировать входной сигнал с точностью 1/1024 (1024 = 2 в 10й степени), в случае с stm32 это 1/4096 (2 в 12й степени). Соответственно, благодаря двум дополнительным разрядам, АЦП в stm32 выдает результат в 4 раза точнее.


P.S. Я обязательно расскажу об использовании нескольких АЦП в будущих статьях. Но в ближайших планируется рассказать о работе с i2c, подключении дисплеев и датчиков. Хочу поблагодарить своих подписчиков, которые у меня появились за интерес к данной теме! Буду рад отвтетить на ваши вопросы и услышать ценные советы с вашей стороны. Спасибо.

Показать полностью 10
88

Для начинающих Stm32f103C8T6

Добрый... день? Сегодня я хотел бы поделиться моим опытом начинающего экспериментатора с stm32. В данном посте мне хотелось бы помочь тем, кто хочет перейти с ардуино или просто начать использовать stm32 для своих поделок. Я и сам не имею богатого опыта работы с данными контроллерами, но буду рад поделиться своим первым опытом, и сделанными на этом пути ошибками. Надеюсь, кому-то это будет интересно.


Для начала, нам понадобится stm32f103C8T6, и дебаггер ST-Link V2. И то и другое можно купить в китае или в местных магазинах электроники, цена обоих, примерно по 2$. А так же нам потребуется 4 джампера, для соединения этих устройств. Этого будет достаточно, что-бы помигать светодиодом или управлять какими-либо внешними устройствами, но начнем с малого.


Первое, что нам понадобится - установить драйвер для программатора. Его можно найти здесь (внизу): http://www.st.com/en/development-tools/stsw-link009.html


Кроме того нам понадобятся STM32CubeMX его качаем тут: http://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html


А так же среда разработки, я предпочитаю официальный софт с поддержкой, потому берем ставую не так давно бесплатной Atollic TrueSTUDIO вот тут: http://www.st.com/en/development-tools/truestudio.html


Затем, нам нужно подключить, используя 4 джампера, наш программатор к плате контроллера следующим образом:

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

После этого, если возможность записи прошивки в память на вашей плате не заблокирована - все готово к созданию нового проекта. Если же запись в память вашей платы заблокирована, вы можете решить это, подключив плату аналогичным образом, но используя улилиту STM32 ST-Link Utility и переключив джампер Boot0 в положение 3.3v. Что такое Boot0 можно глянуть тут: http://wiki.stm32duino.com/images/a/ae/Bluepillpinout.gif но вообще эта статья не об этом.


Итак, для начала создадим проект, используя STM32CubeMX, эта программа предназначена для удобной инициализации периферии и создания проекта, для IDE в которой мы будем далее работать, поверьте, куб действительно прекрасен. После нажатия на кнопку "New Project", попадаем на окно выбора чипа. В нашем случае это stm32f103c8tx. Выбираем его и нажимаем "Start Project".

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

Следующее за этим окно выгляит довольно пугающе для начинающих, но в действительности, не представляет особых сложностей. Перед нами изображение установленного на плату чипа микроконтроллера. И все что нам нужно для начала это помигать светодиодом, потому, по аналогии с ардуино, если вы с ним работали, выбираем ножку, к которой присоединен светодиод, которым мы будем мигать. В нашем случае - это ножка PC13. Кликаем на ножку и выбираем GPIO_Output.

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

Вообще в stm32, в отличие от ардуино, где визуально пины делятся только на аналоговые и цифровые, пины разделены на группы, PA, PB, PC, PD. Это обусловлено тем, что stm имеет 32 разрядные регистры (GPIOA, GPIOB, GPIOC, GPIOD) для управления выходами, потому каждый регистр может управлять 16 выходами микроконтроллера, у микросхем старших поколений stm этих выходов очень много, потому было принято решение сгруппировать выходы, в соответствии с именами регистров.


Так же !ВНИМАНИЕ нужно включить возможность дебага ВНИМАНИЕ! микроконтроллера иначе, прошивка у вас зальется только 1 раз а затем вам потребуется выводить ваш контроллер из состояния легкого ступора, потому как ST-Link не будет его видеть. Если это произошло, вам прийдется потанцевать с бубном используя STM32 ST-Link Utility и так же переключив джампер Boot0 в положение 3.3v.

Так же по желанию можно подключить внешний кварц, который припаян на плате, что позволит нашему камню работать быстрее. Но это не обязательно, хотя желаемо:

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

Stm32 может тактироваться от любого из 2х встроенных резонаторов, медленного и быстрого LSI 40KHz(по умолчанию) и HSI 8MHz, встроенных в сам чип и таким образом, обходиться без внешнего резонатора. Либо же использовать внешние резонаторы с частотой 4-16MHz (HSE), если вам нужно ускорить ваш камень или LSE c частотами 0-1000 KHz если вам нужно жертвовать скоростью ради энергопотребления.


Настройку частоты камня и переферии делаем во вкладке ClockConfiguration следующим образом, для этого просто задаем значение 72 в поле HCLK(MHz) и нажимаем enter. Затем соглашаемся с тем, что б STM32CubeMX настроил все за нас и нажимаем снова ок, готово. Внимание! Если на предыдушем шаге вы не вклчили RCC -> HSE -> Crystal/Ceramic Resonator, то вы не сможете установить значение 72 MHz и ваш камень может работать на частоте максимум 36MHz используя внутренний кварц.

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

На этом конфиг закончен, теперь необходимо создать проект, для этого выбираем кнопку в виде шестерни сверху:

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

В открывшемся окне заполняем поля:

Project Name, Project Location и ВНИМАНИЕ! выбираем IDE для которой будет создан наш проект, в нашем случае это TrueSTUDIO, если этого не сделать, то будет создан проект для IAR (EWARM).

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

Так же, я рекомендю переключиться на следующую вкладку (Code Generation) и выбрать в разделе Generated files пункт Generate peripheral initialization as a pair of .c/.h files per peripheral. Это позволит очистить ваш main файл проекта от инициализации перефирии, путем выноса ее в отдельные файлы. Я рекомендую делать так всегда.

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

Затем нажимаем ок и создаем проект. Если вы все сделали верно, то куб сразу же предложит вам скачать необходимые для вашего контроллера библиотеки и затем отрыть проект в Atollic TrueSTUDIO:

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

Все что нам необходимо, это добавить следующий код внутрь цикла while в нашем main и нажать debug, перед этим убедитесь, что оба режима бут отключены (желтые переключатели установлены, как на первом фото):

HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);

HAL_Delay(100);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);

HAL_Delay(100);

Дождаться загрузки и выйти из режима дебага. К сожалению, заливка кода в контроллер без входа в режим дебага по умолчанию невозможна в AtollicTRUESTUDIO, но впринципе это можно обойти потанцевав с бубном, хотя эта статья не об этом. Если все было сделано верно, то светодиод на плате замагает с заданной частотой.

Для начинающих Stm32f103C8T6 Stm32f103, Atollic, Arduino, Stm32, Гайд, Длиннопост

Это моя первая статья про микроконтроллеры и первая статья по электронике в целом, не судите строго, надеюсь она будет интересна хотя бы кому-то. Если будет интерес с вашей стороны - дайте знать, буду писать про stm32 дальше.

Показать полностью 10
46

Ардуино могла быть в 25 раз быстрее! Разница скорости Arduino vs. AVR vs. STM32.

Провел тест, для сравнения скорости выполнения программы на Arduino, AVR и STM32. Результаты мягко говоря удивили. Тестовая программа написанная в Atmel Studio выполнилась в 25 раз быстрее чем на Arduino, но одном и том-же процессоре.

Ардуино могла быть в 25 раз быстрее! Разница скорости Arduino vs. AVR vs. STM32. Arduino, Avr, Stm32, Stm32f103, Тест скорости, Сравнение, Видео, Длиннопост

Еще больше удивило, что AVR обогнал STM32. И дело тут не в архитектуре процессора, не в задержках вызванных ограниченной скоростью доступа к памяти программы (flash latency). Причина в медленных функциях STDPeriph. Многие действия, которые могли бы выполниться за один такт выполняются в лучшем случае за пять, так как находятся внутри функции. Если бы перед оглашением таких функций стояла директива "inline" размер кода и скорость выполнения были-бы значительно выше. После замены медленных функций на прямое обращение к регистрам скорость STM32 утроилась. В CubeMX дела обстоят еще хуже из-за усложненных обработчиков прерываний, callback функций и т.д.

Ардуино могла быть в 25 раз быстрее! Разница скорости Arduino vs. AVR vs. STM32. Arduino, Avr, Stm32, Stm32f103, Тест скорости, Сравнение, Видео, Длиннопост

Производители выпускают все более мощные процессоры, но львиная часть производительности хоронится в дебрях программных уровней, и это явление наблюдается не только в среде микроконтроллеров, а и в компьютерах, операционных системах, и даже там где Вы это читаете. А между тем, переусложненный код приводит не только к замедлению выполнения программ, но и к повышенному расходу электроэнергии.


Остается только надеяться, что наступит светлое будущее и мы сможем избавится от накопившейся избыточности кода, вызванной желанием все упрощать. Или может компьютеры научатся сами для себя писать программы, как знать.

Показать полностью 1
99

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32

Предисловие


Меня частенько упрекают, что я даю материал в слишком трудной манере и не по порядку. Спешу вас расстроить, я и дальше буду следовать этой логике.


Стерильно-приторных уроков “для чайников” по программированию МК, в том числе и по STM32, на просторах инета полно. Учат они чему-то? Не уверен. Они лишь дают возможность разобраться в какой-то функции, когда возникает потребность.


У меня цели другие: научить думать и пользоваться документацией. Это можно сделать только на живых и настоящих примерах. Только в бою, так сказать. Я стараюсь показывать не столько возможности, сколько путь от задумки до реализации. Стараюсь выстраивать логику процесса так, чтоб не дочитав до конца вы уже могли бы предположить, что получится или какие могут возникать проблемы.


Я практикующий радионженер. Я не занимаюсь DIY. Я стараюсь показывать вещи так, как их делать ПРАВИЛЬНО. Делать на совесть, а не тяп-ляп и так сойдёт. Одно дело, когда вы берёте чужую реализацию и не разбираясь суёте в свой проект. Другое дело, когда сами пишете библиотеку с настроением, мол, разбираться некогда. Как то работает и х** с ним. Это ужас ужасный!


Предыдущие статьи:


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

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

STM32 от Булкина. Atmega и Arduino vs STM32 и HAL


Ладно, сегодня у нас интересная тема!


Пишем библиотеку сами для STM32


В комментах проскакивали панические настроения некоторых людей, что не хватает библиотек для каких-то вещей. И я, и некоторые читатели, пытались убедить, что ничего страшного в этом нет.


Написание библиотеки - это приятный и увлекательный процесс! Бывает нудноватым, когда приходится тупо копипастить какие-то значения из документации, но в целом, весь процесс даёт какой-то адреналин даже. Ну а когда ты с чувством удовлетворения взглянешь на свой труд - оргазм!


Я долго не мог придумать, что же такое взять в качестве примера из того, что у меня самого не реализовано. И с удивлением обнаружил, что у меня нет библиотеки для классического текстового LCD на Hitachi HD44780. Это 1-но, 2-х или 4-х строчные дисплеи до 20 символов на строку. Те самые, которые все так любят втыкать во все свои DIY.


Полазил по просторам и с ещё большим удивлением обнаружил, что все реализации для шины I2C основаны на дурацкой классической библиотеке Arduino LiquidCrystal_I2C. Ну, думаю, сам Бог велел!


Начнём с главного: чтения документации.


Как работает дисплей


Дисплей основан на старинном чипе от HITACHI HD44780. У него нет последовательного интерфейса, как, например, у ST7920. Тем не менее, он прост до безобразия.


Открываем даташит раздел “Interfacing to the MPU” и видим примерную диаграмму, как устроен обмен данными. Смотрим, смотрим и видим фигу. Но всё-таки что-то почерпнуть можно.

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Базовый его режим 8-ми битный. Т.е. мы можем передавать ему 1 байт за раз. Для чего у него есть восемь ног DB0-DB7. Ещё у него используются 3 ноги:


E: выдаём строб (импульс), который сообщает дисплею, что на ногах DB0-DB7 выставлены нужные данные, мол, давай, считывай

RS: Сообщаем дисплею, что мы хотим передать или считать, команду или конфигурацию

R/W: Сообщаем дисплею, пишем мы данные или считываем


На схеме показывается 4-битный режим. Это когда мы используем 4 ноги DB4-DB7 вместо восьми и передаём два раза по 4 бита. Режим полезен там, где жалко отдавать лишние ноги у МК. Или для нашего расширителя портов на PCF8574.


Пытливый ум заметит, что сначала мы передаём старшие 4 бита, потом младшие. Также обратит внимание, что для передачи данных на ноге R/W должен быть 0, а для чтения 1.


Итак, как же выглядит передача данных в 8-битном режиме:


Для передачи команды дисплею, на ноге RS мы выставляем 0. Если надо передать символ, выставляем 1;

Если мы передаем команду или данные, то выставляем 0 на ноге R/W;

На ногах DB0-DB7, мы выставляем значения побитово того, что хотим передать;

Выдаём строб (импульс) на ноге E;

Документация рекомендует после строба считывать готовность дисплея к приёму следующей команды.


Как же выглядит передача данных в 4-битном режиме:


Для передачи команды дисплею, на ноге RS мы выставляем 0. Если надо передать символ, выставляем 1;

Если мы передаем команду или данные, то выставляем 0 на ноге R/W;

На ногах D4-D7 дисплея, мы выставляем значения старших 4-х бит, что хотим передать;

Выдаём строб (импульс) на ноге E;

На ногах D4-D7 дисплея, мы выставляем значения младших 4-х бит, что хотим передать;

Выдаём строб (импульс) на ноге E;

Документация рекомендует после двух стробов считывать готовность дисплея к приёму следующей команды.


Я тут накидал диаграмку, как передаются данные в 4-х битном режиме. Передаём два байта 0xA6 и 0xE9.

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Обратите внимание, нельзя вот просто так взять и щёлкнуть стробом. Нужно помнить, что ширина строба и пауза между ними должны соответствовать паспортным данным. Идём в даташит и ищем что-то похожее на delay, timeout, execution time и т.д. Обязательно даются такие данные. Находим табличку “Table 6: Instructions” и видим, что на исполнение команды требуется от 37мкс до 41мкс. На возврат курсора в начало экрана требуется 1.52мс. Также при хаотичном листании документа в поисках информации, какая же должна быть пауза, находим в диаграмме “Figure 24: 4-Bit Interface” это:


When BF is not checked, the waiting time between instructions is longer than the execution instuction time. (See Table 6.)

Т.е. если мы не проверяем флаг занятости дисплея (почему объясню позже), то пауза должна быть больше, чем время исполнения инструкции. Т.о. я указал на диаграмме ширину строба 50мкс, интервал между парными стробами тоже в 50мкс, а интервал между данными 60мкс, для гарантии (китайские микрухи такие китайские).


Сами символы хранятся в таблицах, которые бывают Японскими или Кириллическими. На Али кириллицу хрен купишь, поэтому мы можем только загрузить в дисплей 8 собственных символов. Полностью это алфавит не покроет, но хоть что-то.


Как с ними работать, будем смотреть позже. Сейчас нас волнует подключение и протокол.

Подключение дисплея к шине I2C


Но нам вот жалко отдавать 7 ног МК (в 4-битном режиме) на дисплей. И кто-то взял и придумал копеешный модуль, который цепляет дисплей к I2C и сохраняет старый протокол.


Основан он на расширителе портов PCF8574. Вещь простая до безобразия. У него есть 8 ног, на которых мы можем выставлять 0 или 1. По I2C мы тупо шлём один байт на него, где каждый бит соответствует ноге. Либо тупо считываем такой же байт с текущим состоянием этих самых ножек.


Так вот модуль подключен по аналогичной схеме (я реализовывал это у себя на плате года два назад):

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Пытливый ум, глядя на эту схему, задастся вопросом: А как же строб выдавать? Да ещё тайминги соблюдать. Да и вообще, как дрыгать ножками RS да R/W, чтоб не мешать данным и не сводить с ума дисплей? А вот тут и начинается самое интересное.


Ход мыслей такой. Давайте сначала заглянем в документацию PCF8574 и поищем там диаграмму по обмену данными. Находим прекрасную картинку:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Внимательно смотрим и видим, что состояние на ногах меняется сразу по окончании приёма байта от МК. Т.е. нам нужно передать данные и выставить ногу P2 в высокий уровень чтобы включить строб. Потом передать данные и выставить P2 уже в ноль, т.е. строб мы выключаем. А для этого нам надо разобраться, что такое шина I2C и с чем её едят.


Шина I2C


Откровенно говоря, не люблю я её. Использую только там, где нет альтернативы. Скорость небольшая, ёмкость линии ограничена 400пФ, в результате длина линии очень маленькая. К тому же сама суть протокола имеет существенный недостаток, об этом позже. Для каждого готового устройства приходится вручную подбирать номиналы подтягивающих резисторов. В этом плане SPI гораздо удобнее и круче, хоть и требует минимум 3-х ног. Ладно, к сути.


I2C - это асимметричная последовательная шина, использует две двунаправленные линии. Т.е. данные передаются последовательно в одном направлении. Обе линии подтянуты к питанию. Шина типа “Ведущий-Ведомый”. Теоретически возможно ситуация, когда хоть все устройства могут быть как ведущим, так и ведомым. На практике реализовать это почти невозможно.


Для понимания работы, надо сначала запомнить правила:


- Данные на линии SDA могут меняться только при низком уровне на линии SCL

- Пока на линии SCL высокий уровень, на линии SDA данные не меняются

- Утрируя, есть три состояния: СТАРТ, СТОП и передача данных.

- Формировать сигналы СТАРТ и СТОП может только ведущий, даже в случае приёма им данных от ведомого

- Адрес ведомого устройства состоит из 7-ми бит.


Сигнал СТАРТ - это перевод линии SDA в низкий уровень при высоком уровне линии SCL.


Сигнал СТОП - перевод линии SDA в высокий уровень также при высоком уровне SCL.


Т.о. для начала передачи данных ведомогу, ведущий формирует сигнал СТАРТ. Все ведомые устройства на линии начинают слушать. Затем ведущий выстреливает адрес ведомого, с которым он хочет поговорить и сажает SDA на ноль. Адрес этот, как видно по картинке выше, занимает старшие 7 бит, а последний бит задаёт читаем мы данные или пересылаем. Если устройство на линии есть, оно удержит линию SDA в низком уровне, это значит, что оно готово общаться. Тоже самое и по окончании приёма данных. По окончании передачи ведущий формирует сигнал СТОП.


Вот тут и кроется главная проблема шины I2C. После передачи данных, если ведомый занят, он может продолжать удерживать линию SDA. Ведомый также может удерживать и SCL, если он не успевает обрабатывать данные, т.е. ведомый может снижать скорость передачи данных. По стандарту, устройства должны управлять линиями по схеме Open Drain. И даже если какое-то устройство монопольно займёт линию, другое сможет её сбросить. Теоретически. На практике же, если, например, ведомый подвис и держит линию, а мы поднимаем её на ведущем, оживить ведомого порой можно только reset’ом. Там вообще такие бывают дичайшие комбинации, что однажды даже пришлось прокидывать отдельную линию RESET для ведомых устройств и периодически их дергать.


Итак. Более менее и в общих чертах мы разобрались с I2C. На wiki есть неплохая статья, да и вообще погуглите, шина непростая, я дал лишь общую информацию для понимания вопроса.

Приступаем к написанию библиотеки


Вот и настал момент, когда мы почти готовы написать первые строки кода. Давайте сначала посмотрим, как устроены другие библиотеки. Мы же ленивые и надеемся обойтись малой кровью.


Откроем классическую Arduino LiquidCrystal_I2C. Просто бегло пройдём по ней глазками. Не знаю, как у вас, у меня сразу глаз цепляется за несколько вещей:


- Используются аппаратные задержки

- Куча однотипных функций

- Нет никаких оптимизаций по экономии потребления памяти

- Нет контроля ошибок

- Нет вменяемых комментариев


Если мы просто пороемся на GitHub в поисках библиотек для STM32, почти все они будут на основе этой же LiquidCrystal_I2C. С теми же недостатками. Я не буду глубоко туда влезать, я просто сделаю всё по-своему.


Итак, составим требования к нашей библиотеке:


- Никаких аппаратных задержек

- Использовать DMA для передачи данных

- Минимум функций, максимально выносить всё в #define

- Максимально экономим память

- Каждое обращение к дисплею должно контролироваться


Создаём проект


Для начала надо создать проект. Я уже написал инструкцию, как правильно настроить STM32CubeMX у себя в блоге, не буду повторяться тут. Полностью проект с уроком доступен в моем репо на GitHUB.


Отмечу только, что урок написан для отладочной платы на STM32F303VC. У меня сейчас нет под рукой STM32F103C8, так что всё проверял на STM32F3DISCOVERY. Но адаптировать под любую другую плату можно без особых проблем.


Дальше, конечно, мы можете взять готовую библиотеку, я её выложил на GitHub. Я вкратце напишу, что я делал.


Создадим два файла:

Inc/lcd_hd44780_i2c.h
Src/lcd_hd44780_i2c.c

Для начала написания кода, нам бы вообще понять, что делать в реальности. Для этого нам надо сделать две вещи: включить дисплей и послать на него пару символов. Открываем даташит дисплея, ищем описание процедуры инициализации.

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Отлично! Всё написано по шагам, с таймингами и даже биты указаны! Но мы любопытные и хотим сразу знать, что же битики значат, чтобы сразу заполнить заголовочный файл #define'ами. Вспоминаем про "Table 6: Instructions". Там прям идеально, с комментариями, расписаны все биты команд.


Открываем наш заголовочный файл и предварительно накидываем:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Это та самая нудная часть работы, о которой я говорил. Внимательно смотрим в табличку, двоичный код переводим в HEX. Поясню на примере:


Инструкция Display on/off control требует всегда выставленного бита DB3. Открываем калькулятор, вводим двоичное 1000 и получаем 0x08 HEX.


В самой инструкции есть три команды:


- Display on/off

- Cursor on/off

- Blinking of cursor position character


Калькулятором высчитываем их HEX и будем их потом суммировать с LCD_BIT_DISPLAY_CONTROL.


Биты RS, RW, E и Backlight относятся к PCF8574, так что не забываем прописать и их.


Позже аналогичным способом напишем и остальные #define.


Для тех, кто не знаком с таким стилем, не стоит пугаться, что различные названия с одним значением. На самом деле, вы как бы пишете ссылки для себя, которые удобно читать. Компилятор же подставит вместо этих названий их значения. Причем только те, которые вы реально используете в коде.


Но теперь мы задумались и пришли к выводу, что нам нужно где-то хранить те параметры, что мы уже отправляли на дисплей. Также надо хранить данные шины, параметры дисплея и прочее. Для этого мы создадим структуру:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Обратите внимание. В этом struct мы храним не саму структуру для I2C, а лишь указатель. Т.о. мы не дублируем данные и всегда под рукой их состояние.


Судя по алгоритму инициализации, первые этапы уникальны и можно реализовать их тупо отправляя данные через базовые функции HAL. Их мы реализуем в функции lcdInit().


Пора бы уже отправить какие-то данные на дисплей. Хорошим тоном будет сделать локальную низкоуровневую функцию, которая будет подготавливать данные для отправки и саму отправку. А мы лишь будем в неё закидывать состояние управляющих битов и байт данных.


Посмотрите реализацию в уже готовой библиотеке. В чём фишка. Для того, чтобы выдавать строб, мы дважды шлём первую партию 4-х бит. Третьим байтом шлём младшие 4-бит и закрываем строб.


И вот, что получается на деле:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

При таком раскладе и скорости шины I2C в 100кбит, ширина строба ~180мкс, пауза между стробами ~90мкс, и пауза между парными стробами ~530мкс. По идее, и я так думал предварительно, можно не удлинять строб на два байта, обойтись одним. Но на деле оказалось, что 90мкс мало для ширины строба, но достаточно для паузы между стробами. Похоже, что кварц в дисплее работает на более низкой частоте, чем положено по даташиту. Как говорил - Китай такой Китай =( А может мой дисплей дурит.


Также можно сократить длинную паузу раза в два, для этого есть два способа:


- Использовать прерывания и циклом фигачить побайтово прямо в регистр. Но это постоянные прерывания с обработчиками, на больших данных будут блокировки. А я этого ой как не люблю. Я предпочитаю отправить данные через DMA и забыть о них. И начать заниматься другими делами, пусть МК сам разруливает.


- Либо создать большущий буфер на отправку, для 20 символьного дисплея это будет порядка 120 байт. Надо будет просто подготовить данные в буфере и отправить одним выстрелом в DMA. Но я решил экономить память.


Но нас интересует вопрос, я так ругал Ардуиновскую библиотеку, а есть ли выигрыш? А вот смотрите, что показывает LiquidCrystal_I2C:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Комментарии излишни. Но ведь я учу вас критическому мышлению, не так ли? Что если оптимизировать код библиотеки Ардуино? Да! И я уверен, получится значительно улучшить параметры передачи. Делайте, думаю стотыщпятьсот людей вам скажут спасибо. Ведь я к чему это всё говорю. К тому, что в этом и есть беда Ардуино - такой вот код, где никто не думает об оптимизациях. Причём ведь делает вид, что всё согласно даташиту. Например, зачем нужны задержки между передачами в 50мкс, если в реальности между стробами 500мкс??


У пытливого ума опять же возникает вопрос, а есть выигрыш на большой передаче? А вот смотрите, сверху STM32, а снизу LiquidCrystal_I2C, данные одинаковые, процедура инициализации тоже:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост
STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Итог: STM32 83мс, LiquidCrystal_I2C 122мс. Повторю, если использовать прерывания или готовый буфер вместо чистого DMA, можно получить ещё больший выигрыш, думаю вполне реально сократить это время до 60мс. Но надо ли? С таким дисплеем и его откликом это уже за гранью добра и зла =)


Что ещё интересного в библиотеке


Я написал одну единственную функцию, которая занимается командами. Это функция lcdCommand().


Она занимается как установкой параметров, так и снятием. В качестве входных параметров, у неё команда и флаг - снять или выставить команду. Оба параметра - это нумерованные списки LCDCommands и LCDParamsActions.


Обратите внимание, никаких if/else. Всё сделано на Switch/Case. Несмотря на то, что их аж три штуки и приходится как минимум дважды проверять команду, работает это невероятно быстро. И причина тому - Бинарное дерево, в которое компилятор транслирует наш код. По сути, там всего два узла, так что поиск происходит за несколько тактов.


Конечно, вы можете использовать и запись типа if (command == LCD_DISPLAY), это также будет откомпилировано в бинарное дерево, но такой код читается хуже.


В результате мы получили возможность через #define определить прототипы функций, с коротким написанием и удобным чтением:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

А вообще, совет. Там, где у вас чётко обозначенные варианты, использовать switch/case, там, где необходимо сравнивать величины, использовать if/else. И не стесняйтесь нумерованных списков enum - они занимают очень мало памяти. Компилятор сам подбирает тип, но всё также, как с обычными целочисленными переменными, чем больше список, тем больше разрядность.


Почему не проверяем готовность дисплея, как в даташите


А потому, мои дорогие, что в случае с I2C это лишено смысла. Посмотрите на реальную передачу. На один только запрос уходит минимум 1 байт плюс ещё байт на адрес. Итого 180мкс. Для проверки готовности мы сначала должны выставить R/W в 1, потом еще щелкать стробами и внутри 1-го строба проверять бит BF на ноге DB7. Посчитали? Это при том, что по документации занят дисплей от 37мкс до 1,52мс. Проще просто использовать трюк с I2C.


Что можно придумать с русскими символами


У нас есть только возможность загрузить своих 8 символов. Я с этим сталкивался и, скажу, это нелегкий выбор =) Для этого в дисплее есть доступный EPROM на 8 ячеек. Каждая в каждую ячейку можно записать символ из 8 строк по 5 точек в каждой. Соответственно, это массив из 8 байт, где младшие 5 бит и есть наши точки. На самом деле, последняя строка - это курсор, так что, если уж соответсвовать стандартам, на символ можно использовать 5х7 точек. Вот схема из даташита (Example of Correspondence between EPROM Address Data and Character Pattern (5 × 8 Dots)):

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Например, символ Д в HEX будет такой:

uint8_t symD[8] = { 0x07, 0x09, 0x09, 0x09, 0x09, 0x1F, 0x11 }; // Д

Соответственно загружаем его в CGRAM функцией:

lcdLoadCustomChar(0, &symD);

и выводим функцией:

lcdPrintChar(0);



Ну а как просто вывести текст?


Это элементарно. Нужно просто выставить курсор и отправить код символа в дисплей. Он сдвинет курсор на следующую позицию автоматически, а мы следом шлём следующий символ. И т.д.


Код символа в C/С++ определяется, если взять его в одиночные кавычки, например, 'B'. Либо просто перебором берём из строки &data[i]. Реализацию можете посмотреть в исходнике.


В готовом виде это:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Обратите внимание. Мы отправляем в функцию не строку, а указатель на массив uint8_t. Т.е. мы, во-первых, создаём строку в памяти, во-вторых, преобразуем строку в unsigned int, в-третьих, отправляем указатель на неё. Это, конечно, вариант для примера. В боевых устройствах использовать такую запись плохой тон. Т.к. во-первых, мы используем динамическое выделение памяти, что само по себе в условиях крайне её ограниченности не айс. Лучше стараться заранее выделить память под некоторые переменные. А во-вторых, приходится вручную пересчитывать размер строки. Так что хорошим тоном будет примерно так:

STM32 от Булкина. Урок 2: Пишем библиотеку сами для STM32 Stm32, Урок, Длиннопост

Немного о комментариях в коде


Призываю не слушать тех, кто заявляет, что очевидный код не нуждается в комментировании. В этом есть здравое зерно, правда есть несколько суровых НО.


Конечно, глупо комментировать каждую строчку. Но хорошим тоном, по моему опыту, являются:


Перед каждой функцией писать стандартный заголовок с тегами brief и note. В них стоит описать что это за функция и как она работает. Там же дать описания переменных и что она возвращает. Во многих современных редакторах есть плагин типа Docblockr. Просто перед функцией пишете /** и плагин сам создаёт отформатированный заголовок, вам нужно только дописать ручками несколько строк.

Давать отсылки на переменные из других файлов и документацию

Если алгоритмов для реализации несколько, напишите, почему выбрали конкретный. Сильно упрости общение с другими в будущем.

Добавляйте комменты для выделения этапов и всяких неочевидных вещей

Я сейчас дописываю документацию к библиотеке, читать её можно будет тут.


Напоследок


Невозможно описать и зацепить все моменты по такой теме. Честно говоря, когда я замахнулся, думал будет проще. Но вот писал статью полторы недели и всё ещё не чувствую её законченной.


Я постарался заострить внимание на ключевых моментах. Параллельно показать какие-то банальные фишки, которые многие боятся использовать. Например, указатели.


Вам же стоит открыть готовую библиотеку и посмотреть на её устройство собственными глазками. Она элементарная, проблем с чтением кода быть не должно. Но есть моменты, которые стоит соблюдать. Все их зацепить я не могу. Спрашивайте в комментах, постараюсь отвечать подробно.

Показать полностью 15
Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: