STM32 - Migracja do Standard Peripheral Library wer. 3.1.0.pdf - STM32 - kubuspucharek

kurs

Migracja do Standard

Peripheral Library wer. 3.1.0

We wcześniejszych numerach EP wielokrotnie przedstawiane były

aplikacje pisane dla mikrokontrolerów STM32 z wykorzystaniem

biblioteki API dostarczanej przez ST Microelectronics. Jednak w myśl

słów: kto nie idzie naprzód, ten się cofa – irma ST przygotowała

nową wersję biblioteki. W artykule przedstawiono skrótowo

informacje dotyczące zarówno starszej wersji biblioteki (V2.0.3), oraz

– szczegółowej – nowej wersji 3.1.0. Omówiono ponadto sposób

migracji projektu ze starej wersji biblioteki do nowej.

szej części artykułu. Poniżej przedstawione

informacje mogą być przydatne podczas mi-

gracji do nowej wersji biblioteki.

Biblioteka FWLib jest podzielona na

wiele plików, każdy jest odpowiedzialny

na obsługę jakiegoś elementu systemu mi-

kroprocesorowego (układu peryferyjnego).

Na przykład plik stm32f10x_usart.c zawiera

wszystkie niezbędne funkcje do skonigu-

rowania portu USART oraz do nawiązania

komunikacji. Plików bibliotecznych nie

edytujemy, jedynie w nagłówkowym pliku

stm32f10x_conf.h , używając komentarzy

można włączać lub wyłączać obsługę po-

szczególnych urządzeń. Ważnym elemen-

tem biblioteki FWLib jest plik stm32f10x_

it.c , w którym umieszczane są wszystkie

funkcje obsługi przerwań.

Operowanie bezpośrednio na rejestrach

jakiekolwiek 32–bitowego procesora lub mi-

krokontrolera nie należy do zadań łatwych.

Mimo, iż samo napisanie (nawet stosunko-

wo zaawansowanych) aplikacji przy użyciu

nazw rejestrów jest możliwe, to wprowa-

dzanie zmian do istniejącego kodu po upły-

wie na przykład kilku miesięcy, dodatkowo

przez osobę, która nie jest autorem progra-

mu, jest w zasadzie niemożliwe do wyko-

nania w sensownym czasie. Z powyższych

względów, jeśli to możliwe, czyli np. czas

wykonania kodu nie jest krytyczny, pro-

gramiści wykorzystują funkcje o mniej, lub

bardziej kojarzących się nazwach, do opera-

cji często na zespołach wielu rejestrów.

Jeżeli mamy do czynienia z bardzo

skomplikowanym projektem, wykorzystu-

jącym wiele peryferiów mikrokontrolera,

to napisanie stosownych funkcji jest praco-

i czasochłonne, ponadto wymaga bardzo

dobrej znajomości architektury mikrokon-

trolera. Firma ST Microelectronics zauwa-

żyła ten problem i udostępnia kompletne

biblioteki API, które pozwalają na pełną

kontrolę nad mikrokontrolerami STM32.

W pewnych przypadkach może oczywiście

zajść potrzeba bezpośredniego odwołania

się do rejestru, we wszystkich pozostałych

funkcje API znacznie skracają czas potrzeb-

ny na napisanie i uruchomienie aplikacji.

CMSIS

Biblioteka STM32F10x Standard Periphe-

rals Library V3.1.0 wykorzystuje standard

CMSIS, a więc warto się nieco z nim zapo-

znać. Standard CMSIS ( Cortex Microcontrol-

ler Software Interface Standard ) jest to uni-

wersalny interfejs programowy, stworzony

przez irmę ARM, który umożliwia komuni-

kację z peryferiami i rdzeniem Cortex za po-

mocą ustandaryzowanych funkcji i deinicji.

CMSIS dostarcza mechanizmów do obsługi

układów peryferyjnych, systemów opera-

cyjnych czasu rzeczywistego oraz aplikacji

wykorzystujących interfejsy komunikacyjne:

Ethernet, UART oraz SPI.

Strukturę interfejsu CMSIS i jego miejsce

w aplikacji przedstawiono na rys. 1 . CMSIS

ma docelowo obejmować cała rodzinę rdze-

ni z grupy Cortex-M, natomiast na chwilę

obecną jest dostosowany do rdzeni Cortex

-M0, oraz Cortex-M3. Ustandaryzowane in-

terfejsu dostępu do układów peryferyjnych

oraz samego rdzenia ma na celu ułatwienie

przenoszenia aplikacji pomiędzy mikrokon-

trolerami różnych producentów, jak również

uproszczenie procesu tworzenia aplikacji.

Standard CMSIS został podzielony na

dwie podstawowe warstwy: Core Peripheral

Access Layer oraz Middleware Access Layer .

Pierwsza warstwa zawiera deinicje nazw

oraz umożliwia dostęp do rejestrów rdzenia

oraz urządzeń peryferyjnych, natomiast dru-

ga udostępnia mechanizmy do współpracy

z interfejsami komunikacyjnymi.

STM32F10x irmware library

V2.0.3

Biblioteka irmy STMicroelectronics dla

mikrokontrolerów STM32 w wersji V2.0.3

( FWLib ) została zastąpiona przez nowszą

wersję i nie jest już dalej rozwijana. Mimo to,

nadal można ze strony producenta pobrać tę

wersję biblioteki, jednak tworząc nowy pro-

jekt należy już raczej skorzystać z nowszej

wersji 3.1.0, która została omówiona w dal-

rys. 1. Budowa interfejsu CMSIS i jego miejsce w aplikacji

100

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009

STM32

Migracja do Standard Peripheral Library

Rys. 2. Struktura plików środowiska

µVision dla projektu wykorzystującego

przetwornik A/C

zbudowanego w oparciu o szablon projektu dla

środowiska µVision przedstawiono na rys. 2 .

Jeśli szablon projektu zostanie skopiowa-

ny do innego katalogu, to należy poinformo-

wać kompilator, gdzie ma szukać stosownych

plików oraz należy dodać wykorzystywane

źródła do projektu. Dokonujemy tego (w śro-

dowisku µVision) poprzez prawe kliknięcie

na nazwie projektu i wybór z menu kontek-

stowego opcji „ Manage Components ” – patrz

rys. 2. Następnie odszukujemy na dysku wła-

ściwe pliki i je dodajemy.

Jak wyżej wspomniano, aby projekt

poprawnie się kompilował, należy zaktu-

alizować miejsca (ścieżeki), gdzie kompi-

lator będzie szukał plików nagłówkowych

*.h . W tym celu wybieramy menu „ Project/

Options for Target… ”, po czym otworzy się

okno, w którym na zakładce „ C/C++ ” edy-

tujemy ścieżkę poszukiwania plików na-

główkowych. W ten sposób przygotowany

projekt, jeśli kod aplikacji jest pozbawiony

błędów, powinien się bez błędów zbudować

i załadować do pamięci mikrokontrolera.

Szybkie rozpoczęcie pracy z mikrokon-

trolerami STM32 znacznie ułatwiają dołączo-

ne do biblioteki StdPeriph_Lib przykładowe

aplikacje, które pozwalają w krótkim czasie

zapoznać się z możliwościami tych układów.

Dodatkowo, wymienione wyżej warstwy

zostały rozszerzone przez producentów mi-

krokontrolerów, którzy współpracowali przy

tworzeniu CMSIS, o dwie „warstwy”: Device

Peripheral Access Layer oraz Access Func-

tions for Peripherals .

STM32F10x standard peripheral

library V3.1.0

Biblioteka STM32F10x Standard Periph-

erals Library v3.1.0. ( StdPeriph_Lib ) została

napisana zgodnie z formatem Doxygen , co

znacznie upraszcza proces tworzenia doku-

mentacji oraz jej używanie. Cala dokumenta-

cja omawianej biblioteki została umieszczo-

na w pliku pomocy, a nie, jak było to dotych-

czas praktykowane przez STMicroelectro-

nics, w pliku pdf. Nowy sposób dostarczania

dokumentacji ułatwił przeglądanie jej zawar-

tości, oraz wyszukiwanie informacji.

Wraz z archiwum biblioteki StdPeriph_Lib

otrzymujemy szablony projektów do trzech

najpopularniejszych kompilatorów (środo-

wisk), a są to: IAR, Keil oraz darmowy kompi-

lator GCC. Programista jest zatem zwolniony

z obowiązku samodzielnego tworzenia projek-

tu od podstaw. Struktura plików projektu, dla

przykładu wykorzystującego przetwornik A/C,

Rys. 4. Struktura modułu STM32F10x_

StdPeriph_Driver

Struktura biblioteki StdPeriph_

Lib

Pliki w bibliotece API zostały podzie-

lone na dwa bloki (moduły). Są to katalogi

STM32F10x_StdPeriph_Driver oraz CMSIS .

Drzewo plików i katalogów modułu CMSIS

biblioteki Standard Peripherals Library po-

kazano na rys. 3 , natomiast drzewo modułu

STM32F10x_StdPeriph_Driver na rys. 4 .

Dla każdej z rodzin mikrokontrolerów

STM32 zostały przygotowane oddzielne pli-

ki startowe. W tab. 1 przedstawiono, który

plik startowy należy wykorzystać z jaką ro-

dziną STM32. Takich zestawów plików star-

towych otrzymujemy wraz z biblioteką API

trzy – dla trzech najpopularniejszych kompi-

latorów: Keil, IAR oraz GCC.

Plik system_stm32f10x.c zawiera dei ni-

cje i funkcje, które mogą być wykorzystane

do koni guracji sygnału zegarowego mikro-

kontrolera. Korzystając z funkcji zawartych

w pliku należy w pierwszej kolejności wy-

brać, używając komentarzy, z jaką częstotli-

wością MCU ma pracować. Fragment, który

należy w tym celu edytować został przed-

stawiony na list. 1 . W kodzie aplikacji wy-

starczy teraz wywołać funkcję SystemInit() ,

a jej wykonanie spowoduje skoni gurowanie

wszystkich sygnałów zegarowych (zegar sys-

temowy, HCLK, PCLK2, PCLK1).

Do modułu STM32F10x_StdPeriph_Dri-

ver należą pliki, które, wzorem starszej wer-

sji biblioteki V2.0.3, zgodnie ze swoją nazwą

zawierają funkcje API związane z poszcze-

gólnymi urządzeniami peryferyjnymi – patrz

rys. 4 . Tych plików bibliotecznych nie nale-

ży edytować.

Do każdego projektu są dołączone jesz-

cze dwa istotne pliki: stm32f10x_conf.h oraz

stm32f10x_it.c . W pierwszym pliku nagłów-

kowym za pomocą komentarzy włączamy

lub wyłączamy dołączanie do projektu pli-

ków nagłówkowych z modułu STM32F10x_

StdPeriph_Driver – patrz list. 2 .

Z punktu widzenia programisty jednym

z najważniejszych plików jest stm32f10x_

it.c , w którym umieszcza się wszystkie funk-

cje obsługi przerwań. Jego nieco zedytowa-

ny fragment wraz z pustymi funkcjami jest

przestawiony na list. 3 . Jak widać, jest to

List. 1. Fragment pliku system_

stm32f10x.c – deﬁ nicje częstotliwości

zegara systemowego, wykorzystywane

przez funkcję SystemInit()

/* #deﬁ ne SYSCLK_FREQ_HSE HSE_

Value */

/* #deﬁ ne SYSCLK_FREQ_24MHz

24000000 */

/* #deﬁ ne SYSCLK_FREQ_36MHz

36000000 */

/* #deﬁ ne SYSCLK_FREQ_48MHz

48000000 */

/* #deﬁ ne SYSCLK_FREQ_56MHz

56000000 */

#deﬁ ne SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000

Tab. 1. Pliki startowe dla poszczegól-

nych rodzin mikrokontrolerów STM32

Plik

Rodzina STM32

startup_stm32f10x_cl.s

Connectivity line

startup_stm32f10x_hd.s

High Density

startup_stm32f10x_ld.s

Low Density

Rys. 3. Struktura modułu CMSIS

startup_stm32f10x_md.s

Medium Density

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009

101

kurs

List. 2. Obszar pliku stm32f10x_conf.h ,

w którym za pomocą komentarzy

włącza się lub wyłącza dołączanie

plików nagłówkowych

/* #include „stm32f10x_adc.h” */

/* #include „stm32f10x_bkp.h” */

/* #include „stm32f10x_can.h” */

/* #include „stm32f10x_crc.h” */

/* #include „stm32f10x_dac.h” */

/* #include „stm32f10x_dbgmcu.h” */

#include „stm32f10x_dma.h”

/* #include „stm32f10x_exti.h” */

/* #include „stm32f10x_ﬂ ash.h” */

/* #include „stm32f10x_fsmc.h” */

#include „stm32f10x_gpio.h”

/* #include „stm32f10x_i2c.h” */

/* #include „stm32f10x_iwdg.h” */

/* #include „stm32f10x_pwr.h” */

#include „stm32f10x_rcc.h”

/* #include „stm32f10x_rtc.h” */

/* #include „stm32f10x_sdio.h” */

#include „stm32f10x_spi.h”

/* #include „stm32f10x_tim.h” */

/* #include „stm32f10x_usart.h” */

/* #include „stm32f10x_wwdg.h” */

/* #include „misc.h” */

określonego zdarzenia. Takie podejście spra-

wiło, że projekt jest przejrzysty, a obsługa

wszystkich wyjątków znajduje się w jednym

pliku i nie ma potrzeby, jak to zwykle bywa,

samodzielnego dei niowania funkcji wy-

woływanych w chwili, gdy system wykryje

nadejście przerwania. Znacznie upraszcza

i przyśpiesza to prace nad projektem, jednak

nie należy zapominać, że aby tworzyć dobre

i niezawodne aplikacje to trzeba bardzo do-

brze rozumieć to, co się robi.

List. 5. Konﬁ guracja timera SysTick

z wykorzystaniem biblioteki STM32F10x

ﬁ rmware library

// SysTick bedzie taktowany z f =

// 72MHz/8 = 9MHz

SysTick_CLKSourceConﬁ g(SysTick_

CLKSource_HCLK_Div8);

// Przerwanie ma byc co 1ms, f =

// 9MHz czyli liczy od 9000

SysTick_SetReload(9000);

// Odblokowanie przerwania od timera

// SysTick

SysTick_ITConﬁ g(ENABLE);

// Wlaczenie timera

SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_

Enable);

Migracja ze starszej wersji

biblioteki STM32F10x ﬁ rmware

library

Najistotniejsze zmiany w stosunku do

poprzedniej wersji biblioteki API to kompa-

tybilność nowej wersji z omówionym wyżej

standardem CMSIS. Z punktu widzenia pro-

gramisty, który wcześniej pracował z biblio-

teką STM32F10x i rmware library ważne jest,

że nowa wersja (z perspektywy wykorzysta-

nia funkcji API) w sumie nie wiele różni się

od swojej poprzedniczki.

Biblioteka STM32F10x Standard Periphe-

rals Library została tak napisana, aby uaktu-

alnienie projektów wykorzystujących starszą

wersję biblioteki ( STM32F10x i rmware library )

nie nastręczało problemów. Ze strony interne-

towej i rmy STMicroelectronics można pobrać

archiwum o nazwie an2953 zawierające apli-

kację MigrationScript , która po uruchomieniu

automatycznie zmienia kod w plikach tak,

aby był możliwie jak najbardziej kompatybil-

ny z nową biblioteką. Niestety te fragmenty

kodu, które wykorzystują funkcje całkowicie

zmienione, lub usunięte w nowej bibliote-

ce STM32F10x Standard Peripherals Library

należy edytować ręcznie. Dotyczy to przede

wszystkim systemowego timera SysTick.

Zmiany, jakie zostaną wprowadzone do

kodu plików za pomocą aplikacji Migration-

Script , są opisane w pliku coni g.ini , a jego

fragment został przedstawiony na list. 4 .

Z perspektywy programisty wykorzystu-

jącego funkcje API, najistotniejszymi zmia-

nami są:

– inne dei nicje typów zmiennych, np. typ

u32 w nowej bibliotece jest reprezento-

wany przez uint32_t ,

– nowe nazwy funkcji obsługi przerwań

systemowych, np. NMIException() zosta-

ła zmieniona na NMI_Handler() ,

– funkcje i makra asemblerowe związane

z obsługą rdzenia, kontrolera przerwań

NVIC i timera SysTick zostały zmienio-

ne i zamieszczone w pliku misc.c , core_

cm3.c oraz core_cm3.h .

Ponadto zmienione zostały nazwy

związane z przerwaniami i tak na przykład

przerwanie EXTI0 nazywa się EXTI0_IRQn,

w miejsce EXTI0_IRQChannel. Aktualizacji

wymagają również pliki związane bezpo-

średnio z wykorzystywanym środowiskiem

programistycznym, ustawienia projektu oraz

List. 6. Konﬁ guracja timera SysTick

z wykorzystaniem biblioteki STM32F10x

Standard Peripherals Library

// SysTick bedzie taktowany

// z f = 72MHz/8 = 9MHz

SysTick_CLKSourceConﬁ g(SysTick_

CLKSource_HCLK_Div8);

// Przerwanie ma byc co 1ms,f =

// 9MHz / 1000, czyli liczy od 9000

if (SysTick_Conﬁ g(SysTick_Frequency

/ 1000))

{

List. 3. Fragment pliku stm32f10x_it.c

void UsageFault_Handler(void)

{

while (1)

{}

}

void SVC_Handler(void)

{

}

void DebugMon_Handler(void)

{

}

void PendSV_Handler(void)

{

}

void SysTick_Handler(void)

{

}

// W razie bledu petla

// nieskonczona

while (1);

}

przeorganizowanie struktury plików biblio-

teki.

Przykładowy fragment kodu, napisa-

ny z wykorzystaniem starszej biblioteki

STM32F10x i rmware library przedstawiono

na list. 5 , natomiast dla kontrastu na list. 6

przedstawiono program napisany przy uży-

ciu nowej biblioteki Standard Peripherals

Library . Zadanie obydwu programów jest

identyczne i polega na skoni gurowaniu do

pracy systemowy timer SysTick.

zestaw pustych funkcji, które jeżeli wystąpi

odpowiednie przerwanie, są wywoływane.

W stosunku do wersji tego pliku dostarczanej

przez i rmę STMicroelectronics zostały usu-

nięte komentarze, które jak pokazała prakty-

ka okazały się w tym miejscu zbędne. Nazwa

funkcji obsługi danego przerwania jest już

sama w sobie dość wymowna. W efekcie

uzyskano bardziej zwięzły kod, nie tracąc

tym samym na jego czytelności.

Zadaniem dewelopera jest umieszczenie

w odpowiedniej funkcji obsługi przerwania

kodu, jaki ma się wykonać po wystąpieniu

Koni guracja urządzeń

peryferyjnych

Dla każdego urządzenia, czy jest to

GPIO, kontroler przerwań, czy jakikolwiek

inny element systemu, są stworzone odrębne

typy danych. W przypadku portów wejścia/

wyjścia nazywają się one: GPIO_TypeDef ,

oraz wykorzystywany do inicjalizacji typ

GPIO_InitTypeDef . Dla programisty najwięk-

sze znaczenie ma typ inicjujący, ponieważ to

właśnie zmienną tego typu jawnie tworzymy

w pisanym kodzie.

Typ GPIO_TypeDef zapewnia dostęp do

poszczególnych rejestrów mikrokontrolera

i jest wykorzystywany przede wszystkim

List. 4. Fragment pliku conﬁ g.

ini , który opisuje zmiany, jakie

zostaną wprowadzone do kodu po

uruchomieniu aplikacji MigrationScript

u32<;,;>uint32_t

u16<;,;>uint16_t

u8<;,;>uint8_t

uc32<;,;>const uint32_t

uc16<;,;>const uint16_t

uc8<;,;>const uint8_t

volatile const<;,;>__I

volatile<;,;>__IO

NMIException<;,;>NMI_Handler

HardFaultException<;,;>HardFault_

Handler

MemManageException<;,;>MemManage_

Handler

BusFaultException<;,;>BusFault_

Handler

UsageFaultException<;,;>UsageFault_

Handler

SVCHandler<;,;>SVC_Handler

DebugMonitor<;,;>DebugMon_Handler

PendSVC<;,;>PendSV_Handler

List. 7. Wykorzystanie API – konﬁ guracja

portu GPIOB

// Wyprowadzenia PB8, PB9 jako

// wyjscia push - pull

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_

Pin_8 | GPIO_Pin_9;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_

Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =

GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_

InitStructure);

102

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009

Migracja do Standard Peripheral Library

przez funkcje API, natomiast zmienna typu

GPIO_InitTypeDef musi istnieć w każdej apli-

kacji wykorzystującej porty wejścia/wyjścia,

ponieważ jest wykorzystywana do inicjalizo-

wania i koni gurowania portów. Na list. 7 jest

przedstawiony kluczowy fragment kodu od-

powiedzialny za koni gurację portu GPIOB.

Utworzona na początku zmienna GPIO_

InitStructure jest, strukturą. Inicjowanie pi-

nów, lub w szczególnym przypadku całego

portu odbywa się w ten sposób, że wypełnia

się poszczególne pola struktury, a następ-

nie przekazuje się adres tak przygotowanej

zmiennej do funkcji inicjującej.

W przedstawianej sytuacji w naszym

kręgu zainteresowań leżą trzy pola struktury

GPIO_InitStructure . W pierwszej kolejności

ustalamy, które z pinów będą koni gurowa-

ne, następnie wybieramy żądany tryb pracy

– w tym przypadku będzie to wyjście typu

push-pull. Następnie ustalamy maksymalna

prędkość, z jaką będą mogły pracować piny.

Tak przygotowaną zmienną należy przeka-

zać przez podanie jej adresu w argumencie

do funkcji inicjującej GPIO_Init() . Drugim ar-

gumentem, jaki należy funkcji przekazać jest

nazwa portu, do jakiego mają być zastosowa-

ne wybrane ustawienia.

Podsumowanie

Wykorzystywanie gotowych bibliotek

jest bardzo przyjemne, ale nie zwalnia to

programisty z obowiązku rozumienia, co

właściwie (i w jaki sposób) poszczególne

funkcje robią. Jest to bardzo ważne i zawsze

należy o tym pamiętać. Z tego powodu, je-

śli konstruktor chce w pełni panować nad

wszystkimi elementami systemu, to i tak

musi dokładnie zapoznać się z dokumen-

tacją techniczną mikrokontrolera, a tym sa-

mym poznać jego architekturę.

Krzysztof Paprocki

paprocki.krzysztof@gmail.com

MIERNIKI SZKOLNE

ACA-1

AMPEROMIERZ ANALOGOWY AC

cena: 33,80 zł

zakresy pomiarowe: 0...500 mAAC, 0...1 AAC, 0...5 AAC

ACV-1

WOLTOMIERZ ANALOGOWY AC

cena: 26,70 zł

zakresy pomiarowe: 0...15 VAC, 0...150 VAC

DCG-1

GALWANOMETR ANALOGOWY DC

cena: 26,70 zł

zakresy pomiarowe: –35 M A...0...+35 M ADC

DCV-1

WOLTOMIERZ ANALOGOWY DC

cena: 26,70 zł

zakresy pomiarowe: 0...3 VDC, 0...30 VDC, 0...300 VDC

DCV-2

WOLTOMIERZ ANALOGOWY DC

cena: 26,70 zł

zakresy pomiarowe: 0...300 mVDC, 0...3 VDC, 0...30 VDC

DCA-1

AMPEROMIERZ ANALOGOWY DC

cena: 26,70 zł

zakresy pomiarowe: 0...50 mADC, 0...500 mADC, 0...5 ADC

www.sklep.avt.pl • tel 022 257 84 50

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2009

103

STM32 - Migracja do Standard Peripheral Library wer. 3.1.0.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: