[嵌入式]2021-10-21

一、搭建stm32开发环境

1、安装jdk
由于STM32CubeMX是Java实现的，需要安装jdk环境。
jdk官网下载链接：https://www.oracle.com/java/technologies/javase-downloads.html
2、安装STM32CubeMX
下载地址：https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html
3、具体安装过程详见
搭建STM32开发环境——STM32CubeMX，Keil5

二、STM32基于HAL库实现LED闪烁

1、STM32CUBEMX生成代码

• （1）安装完成之后，点击help，选择manage....下载依赖包
  

• （2）选择自己所有的芯片，建议使用网络下载install now,快速稳定，当然也可以选择本地安装from local,本地安装需要提前下载好安装包。当前面是绿色的就代表已经下载好了
  

• （3）依赖包下载好之后，返回到home界面，创建新项目
  

• (4)在跳到的页面的Part Number输入自己的芯片，点击选中2处，点击之后再点击start project
  

• (5)配置引脚功能，点击System Core，进入里面的SYS，在debug那里选择Serial Wire
  

• (6)配置时钟，进入System Core下的rcc，有hse和lse两个时钟，我们要用是GPIO接口，通过查看手册发现这些接口都在APB2里
  

• 接下来观察时钟架构，APB2总线的时钟由hse控制，需要把PLLCLK选上
  

• 返回上一个页面，将hse时钟设为Crystal/Ceramic Resonator
  

• (7)引脚设置输出寄存器:在低端output页面，进行引脚设置，设置PA12，PB1，PC14
  

• (8)点击System core里的GPIO，点击引脚名，把输出等级改为high，这里也可以不修改，只是程序运行开始时初始状态不一样，mode不用改
  

• (9)点击project manager，配置好路径和项目名，IDE处改为MDK-ARM
  

• **(10)进入code generate界面，选择生成初始化.c/.h文件，后面点击generate code生成代码 **

2、keil仿真调试并生成hex文件

• (1)进入对应文件夹，再打开MDK-ARM文件夹，通过MDK打开刚刚生成的项目
  

• (2)在打开的工程项目的目录中找到并打开main.c文件
  

• (3)在打开的main.c文件中修改主函数，替换cube自动生成的代码，程序如下：

int main(void)
{
  SystemClock_Config();//系统时钟初始化
  MX_GPIO_Init();//gpio初始化
  while (1)
  {		
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_RESET);//PA12亮灯
		HAL_Delay(500);//延时0.5s
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);//PA12熄灯
		HAL_Delay(500);//延时0.5s		
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET);//PB1亮灯
		HAL_Delay(500);//延时0.5s
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);//PB1熄灯
		HAL_Delay(500);//延时0.5s
		
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);//PC14亮灯
		HAL_Delay(500);//延时0.5s
		
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET);//PC14熄灯
		HAL_Delay(500);//延时0.5s
		
  }
}

• (4)编译调试生成hex文件
  

• (5)串口下载程序到芯片
  

• (6)运行效果
  可以看到红、绿、黄三个led灯轮流灭灯，间隔一秒。m
  

• (7)利用keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察GPIO端口输出波形

• 首先，设置options for target：
  ①Target页的设置： Target界面中，选择正确的晶振大小，我使用的是8MHz的外部晶振。这个选项在软件仿真中起到很重要的作用，如果选择错误，那么波形一定是错误的，因为时间不准确。
  ②Debug页的设置：首先选择use simulator表示进行软件仿真，选择run to main,3处DARMSTM.DLL和5处TARMSTM.DLL在所有单片机仿真的设置是一样;4处和6处根据自己用的芯片来选择；
  

• 点击Debug，进入调试界面：
  

• 选择逻辑分析仪：
  

• 选择要观察的引脚：
  ①点击Setup Logic Analyzer
  
  ②添加要观察的引脚：
  

注：图中选择的两个引脚分别是PA12和PB1，其中，PORTA就是端口A,如果是GPIOB，那么对应的也应该写成PORTB，PORTEA& 0x00001000后再右移12位也就把PA12的状态获取出来，1就是高电平，0就是低电平。PB1同理。一定要选择Bit，颜色是为了区分不同的引脚，根据需要配置即可。设置完成后退出，就可以在后续的操作中观察到波形。

• 运行程序：
  
• 观察波形
  

注：PB和PC端口并未观察到波形经过查询可知IO口复用的，信号在逻辑分析窗口是不能显示出来的，故看不到波形。

• 可以直观地计算波形的宽度：移动光标的位置到某一个点，单击鼠标左键就会把这个点设置为起始点，然后移动光标到另一个位置就可以看到很多的信息，包括时间还有两点之间的时间差，也就是宽度，如图所示：
  

二、基于MDK创建STM32汇编程序：串口输出Hello windows

• (1)MDK创建新工程
  
• 特别说明：不用勾选 CORE 和 Startup
  
• 添加asm 汇编文件:
  
• 添加代码：

;RCC寄存器地址映像             
RCC_BASE            EQU    0x40021000 
RCC_CR              EQU    (RCC_BASE + 0x00) 
RCC_CFGR            EQU    (RCC_BASE + 0x04) 
RCC_CIR             EQU    (RCC_BASE + 0x08) 
RCC_APB2RSTR        EQU    (RCC_BASE + 0x0C) 
RCC_APB1RSTR        EQU    (RCC_BASE + 0x10) 
RCC_AHBENR          EQU    (RCC_BASE + 0x14) 
RCC_APB2ENR         EQU    (RCC_BASE + 0x18) 
RCC_APB1ENR         EQU    (RCC_BASE + 0x1C) 
RCC_BDCR            EQU    (RCC_BASE + 0x20) 
RCC_CSR             EQU    (RCC_BASE + 0x24) 
                              
;AFIO寄存器地址映像            
AFIO_BASE           EQU    0x40010000 
AFIO_EVCR           EQU    (AFIO_BASE + 0x00) 
AFIO_MAPR           EQU    (AFIO_BASE + 0x04) 
AFIO_EXTICR1        EQU    (AFIO_BASE + 0x08) 
AFIO_EXTICR2        EQU    (AFIO_BASE + 0x0C) 
AFIO_EXTICR3        EQU    (AFIO_BASE + 0x10) 
AFIO_EXTICR4        EQU    (AFIO_BASE + 0x14) 
                                                           
;GPIOA寄存器地址映像              
GPIOA_BASE          EQU    0x40010800 
GPIOA_CRL           EQU    (GPIOA_BASE + 0x00) 
GPIOA_CRH           EQU    (GPIOA_BASE + 0x04) 
GPIOA_IDR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x08) 
GPIOA_ODR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x0C) 
GPIOA_BSRR          EQU    (GPIOA_BASE + 0x10) 
GPIOA_BRR           EQU    (GPIOA_BASE + 0x14) 
GPIOA_LCKR          EQU    (GPIOA_BASE + 0x18) 
                                                       
;GPIO C口控制                   
GPIOC_BASE          EQU    0x40011000 
GPIOC_CRL           EQU    (GPIOC_BASE + 0x00) 
GPIOC_CRH           EQU    (GPIOC_BASE + 0x04) 
GPIOC_IDR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x08) 
GPIOC_ODR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x0C) 
GPIOC_BSRR          EQU    (GPIOC_BASE + 0x10) 
GPIOC_BRR           EQU    (GPIOC_BASE + 0x14) 
GPIOC_LCKR          EQU    (GPIOC_BASE + 0x18) 
                                                           
;串口1控制                       
USART1_BASE         EQU    0x40013800 
USART1_SR           EQU    (USART1_BASE + 0x00) 
USART1_DR           EQU    (USART1_BASE + 0x04) 
USART1_BRR          EQU    (USART1_BASE + 0x08) 
USART1_CR1          EQU    (USART1_BASE + 0x0c) 
USART1_CR2          EQU    (USART1_BASE + 0x10) 
USART1_CR3          EQU    (USART1_BASE + 0x14) 
USART1_GTPR         EQU    (USART1_BASE + 0x18) 
                            
;NVIC寄存器地址                
NVIC_BASE           EQU    0xE000E000 
NVIC_SETEN          EQU    (NVIC_BASE + 0x0010)     
;SETENA寄存器阵列的起始地址 
NVIC_IRQPRI         EQU    (NVIC_BASE + 0x0400)     
;中断优先级寄存器阵列的起始地址 
NVIC_VECTTBL        EQU    (NVIC_BASE + 0x0D08)     
;向量表偏移寄存器的地址     
NVIC_AIRCR          EQU    (NVIC_BASE + 0x0D0C)     
;应用程序中断及复位控制寄存器的地址                                                
SETENA0             EQU    0xE000E100 
SETENA1             EQU    0xE000E104 
                            
                              
;SysTick寄存器地址            
SysTick_BASE        EQU    0xE000E010 
SYSTICKCSR          EQU    (SysTick_BASE + 0x00) 
SYSTICKRVR          EQU    (SysTick_BASE + 0x04) 
                              
;FLASH缓冲寄存器地址映像     
FLASH_ACR           EQU    0x40022000 
                             
;SCB_BASE           EQU    (SCS_BASE + 0x0D00) 
                             
MSP_TOP             EQU    0x20005000               
;主堆栈起始值                
PSP_TOP             EQU    0x20004E00               
;进程堆栈起始值             
                            
BitAlias_BASE       EQU    0x22000000               
;位带别名区起始地址         
Flag1               EQU    0x20000200 
b_flas              EQU    (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (0*4))               
;位地址 
b_05s               EQU    (BitAlias_BASE + (0x200*32) + (1*4))               
;位地址 
DlyI                EQU    0x20000204 
DlyJ                EQU    0x20000208 
DlyK                EQU    0x2000020C 
SysTim              EQU    0x20000210 


;常数定义 
Bit0                EQU    0x00000001 
Bit1                EQU    0x00000002 
Bit2                EQU    0x00000004 
Bit3                EQU    0x00000008 
Bit4                EQU    0x00000010 
Bit5                EQU    0x00000020 
Bit6                EQU    0x00000040 
Bit7                EQU    0x00000080 
Bit8                EQU    0x00000100 
Bit9                EQU    0x00000200 
Bit10               EQU    0x00000400 
Bit11               EQU    0x00000800 
Bit12               EQU    0x00001000 
Bit13               EQU    0x00002000 
Bit14               EQU    0x00004000 
Bit15               EQU    0x00008000 
Bit16               EQU    0x00010000 
Bit17               EQU    0x00020000 
Bit18               EQU    0x00040000 
Bit19               EQU    0x00080000 
Bit20               EQU    0x00100000 
Bit21               EQU    0x00200000 
Bit22               EQU    0x00400000 
Bit23               EQU    0x00800000 
Bit24               EQU    0x01000000 
Bit25               EQU    0x02000000 
Bit26               EQU    0x04000000 
Bit27               EQU    0x08000000 
Bit28               EQU    0x10000000 
Bit29               EQU    0x20000000 
Bit30               EQU    0x40000000 
Bit31               EQU    0x80000000 


;向量表 
    AREA RESET, DATA, READONLY 
    DCD    MSP_TOP            ;初始化主堆栈 
    DCD    Start              ;复位向量 
    DCD    NMI_Handler        ;NMI Handler 
    DCD    HardFault_Handler  ;Hard Fault Handler 
    DCD    0                   
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    0 
    DCD    SysTick_Handler    ;SysTick Handler 
    SPACE  20                 ;预留空间20字节 








                 
;代码段 
    AREA |.text|, CODE, READONLY 
    ;主程序开始 
    ENTRY                            
    ;指示程序从这里开始执行 
Start 
    ;时钟系统设置 
    ldr    r0, =RCC_CR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit16 
    str    r1, [r0] 
    ;开启外部晶振使能  
    ;启动外部8M晶振 
                                            
ClkOk           
    ldr    r1, [r0] 
    ands   r1, #Bit17 
    beq    ClkOk 
    ;等待外部晶振就绪 
    ldr    r1,[r0] 
    orr    r1,#Bit17 
    str    r1,[r0] 
    ;FLASH缓冲器 
    ldr    r0, =FLASH_ACR 
    mov    r1, #0x00000032 
    str    r1, [r0] 
            
    ;设置PLL锁相环倍率为7,HSE输入不分频 
    ldr    r0, =RCC_CFGR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14) 
    orr    r1, #Bit10 
    str    r1, [r0] 
    ;启动PLL锁相环 
    ldr    r0, =RCC_CR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit24 
    str    r1, [r0] 
PllOk 
    ldr    r1, [r0] 
    ands   r1, #Bit25 
    beq    PllOk 
    ;选择PLL时钟作为系统时钟 
    ldr    r0, =RCC_CFGR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit18 :OR: Bit19 :OR: Bit20 :OR: Bit16 :OR: Bit14) 
    orr    r1, #Bit10 
    orr    r1, #Bit1 
    str    r1, [r0] 
    ;其它RCC相关设置 
    ldr    r0, =RCC_APB2ENR 
    mov    r1, #(Bit14 :OR: Bit4 :OR: Bit2) 
    str    r1, [r0]      


    ;IO端口设置 
    ldr    r0, =GPIOC_CRL 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit28 :OR: Bit29)          
    ;PC.7输出模式,最大速度50MHz  
    and    r1, #(~Bit30 & ~Bit31)   
    ;PC.7通用推挽输出模式 
    str    r1, [r0] 
            
    ;PA9串口0发射脚 
    ldr    r0, =GPIOA_CRH 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #(Bit4 :OR: Bit5)          
    ;PA.9输出模式,最大速度50MHz  
    orr    r1, #Bit7 
    and    r1, #~Bit6 
    ;10：复用功能推挽输出模式 
    str    r1, [r0]    


    ldr    r0, =USART1_BRR   
    mov    r1, #0x271 
    str    r1, [r0] 
    ;配置波特率-> 115200 
                   
    ldr    r0, =USART1_CR1   
    mov    r1, #0x200c 
    str    r1, [r0] 
    ;USART模块总使能 发送与接收使能 
    ;71 02 00 00   2c 20 00 00 
             
    ;AFIO 参数设置             
    ;Systick 参数设置 
    ldr    r0, =SYSTICKRVR           
    ;Systick装初值 
    mov    r1, #9000 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =SYSTICKCSR           
    ;设定,启动Systick 
    mov    r1, #0x03 
    str    r1, [r0] 
            
    ;NVIC                     
    ;ldr   r0, =SETENA0 
    ;mov   r1, 0x00800000 
    ;str   r1, [r0] 
    ;ldr   r0, =SETENA1 
    ;mov   r1, #0x00000100 
    ;str   r1, [r0] 
              
    ;切换成用户级线程序模式 
    ldr    r0, =PSP_TOP                   
    ;初始化线程堆栈 
    msr    psp, r0 
    mov    r0, #3 
    msr    control, r0 
              
    ;初始化SRAM寄存器 
    mov    r1, #0 
    ldr    r0, =Flag1 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyI 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyJ 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =DlyK 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =SysTim 
    str    r1, [r0] 
               
;主循环            
main            
    ldr    r0, =Flag1 
    ldr    r1, [r0] 
    tst    r1, #Bit1                 
    ;SysTick产生0.5s,置位bit 1 
    beq    main                  ;0.5s标志还没有置位       
     
    ;0.5s标志已经置位 
    ldr    r0, =b_05s                
    ;位带操作清零0.5s标志 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 
    bl     LedFlas 


    mov    r0, #'H' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'e' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'o' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #' ' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'w' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'o' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'r' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'l' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'d' 
    bl     send_a_char
	
	mov    r0, #'\n' 
    bl     send_a_char
	
	b      main
            
              
            
;子程序 串口1发送一个字符 
send_a_char 
    push   {r0 - r3} 
    ldr    r2, =USART1_DR   
    str    r0, [r2] 
b1 
    ldr    r2, =USART1_SR  
    ldr    r2, [r2] 
    tst    r2, #0x40 
    beq    b1 
    ;发送完成(Transmission complete)等待 
    pop    {r0 - r3} 
    bx     lr 


                 
;子程序 led闪烁 
LedFlas      
    push   {r0 - r3} 
    ldr    r0, =Flag1 
    ldr    r1, [r0] 
    tst    r1, #Bit0 
    ;bit0 闪烁标志位 
    beq    ONLED        ;为0 打开led灯 
    ;为1 关闭led灯 
    ldr    r0, =b_flas 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 
    ;闪烁标志位置为0,下一状态为打开灯 
    ;PC.7输出0 
    ldr    r0, =GPIOC_BRR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit7 
    str    r1, [r0] 
    b      LedEx 
ONLED       
    ;为0 打开led灯 
    ldr    r0, =b_flas 
    mov    r1, #1 
    str    r1, [r0] 
    ;闪烁标志位置为1,下一状态为关闭灯 
    ;PC.7输出1 
    ldr    r0, =GPIOC_BSRR 
    ldr    r1, [r0] 
    orr    r1, #Bit7 
    str    r1, [r0] 
LedEx        
    pop    {r0 - r3} 
    bx     lr 
                                
;异常程序 
NMI_Handler 
    bx     lr 


HardFault_Handler 
    bx     lr 
              
SysTick_Handler 
    ldr    r0, =SysTim 
    ldr    r1, [r0] 
    add    r1, #1 
    str    r1, [r0] 
    cmp    r1, #500 
    bcc    TickExit 
    mov    r1, #0 
    str    r1, [r0] 
    ldr    r0, =b_05s  
    ;大于等于500次 清零时钟滴答计数器 设置0.5s标志位 
    ;位带操作置1 
    mov    r1, #1 
    str    r1, [r0] 
TickExit    
    bx     lr 
                                                                           
    ALIGN            
    ;通过用零或空指令NOP填充,来使当前位置与一个指定的边界对齐 
    END

• (2)安装野火串口调试助手进行调试
• 下载链接：https://cloud.embedfire.com/software/FireTools/fireTools-win64-v1.0.1.5.zip
• 在使用该串口调试助手进行进行调试输出hello windows之前需要提前把程序下载到芯片上方可进行调试；在调试的时候需要注意端口是否正确选择了连接芯片所在的端口，然后打开串口调试，便可以输出我们需要输出的内容hello windows！了。
  

四、总结

• 串口下载程序的时候极其需要端口有没有连接上，有没有连接正确，杜邦线的松动都会使得程序下载失败，需要注意；
• 在使用keil的软件仿真逻辑设计功能观测波形的时候需要在设置引脚的时候要设置可以使用的引脚，还要设置成'Bit'模式。

五、参考文献

• 搭建STM32开发环境——STM32CubeMX，Keil5
• STM32最小核心板F103串口通信USART
  
• 基于 MDK 创建 STM32 汇编程序：串口输出 Hello world
  
• 利用KEIL的软件仿真的逻辑分析仪功能观察GPIO的波形