STM32 viduje: architektūra, programavimo sąsajos ir derinimo būdai

„STM32“ mikrovaldikliai, pastatyti aplink ARM „Cortex-M3 Core“, siūlo efektyvų įterptųjų programų našumo, sąnaudų ir energijos suvartojimo balansą.Naudodamiesi tokiomis serijomis kaip „STM32F101“, „F103“, „F105“ ir „F107“, jos suteikia lanksčių variantų greičio, atminties ir ryšio parinktys.Palyginti su senaisiais 8 bitų sprendimais, tokiais kaip 8051, „STM32“ pateikia pažangias funkcijas, tokias kaip greitaeigė I/O, integruotos periferiniai įrenginiai ir patobulintas programavimo patogumas, todėl tai yra stiprus pasirinkimas šiuolaikiniams kūrėjams, kuriantiems patikimas ir keičiamasi sistemas.

Katalogas

Įvadas į STM32 mikrovaldiklius

„STM32“ mikrovaldiklio sudėtis yra sukurta aplink ARM „Cortex-M3“ šerdį, nukreiptą į įterptas programas, kai reikalaujama patikimo našumo, ekonominio įperkamumo ir energijos vartojimo efektyvumo.Ši serija suskirstyta į kategorijas pagal pagrindinę architektūrą:

- „STM32F“ serijoje yra įvairių modelių:

- STM32F103 „Patobulinta“ serija

- STM32F101 „Pagrindinė“ serija

- STM32F105 ir STM32F107 „Susitikimų“ serija

„Patobulinta“ serija gali pasigirti įspūdingu 72MHz laikrodžio dažniu, išsiskiriančiu kaip aukščiausio lygio produktas tarp savo bendraamžių, ypač patraukliems vartotojams, teikiantiems naudingus 32 bitų sprendimus, tačiau atsižvelgiant į biudžeto apribojimus, paprastai susijusius su 16 bitų produktais.Arba „Basic“ serija veikia 36MHz laikrodžio dažniu, užtikrinant subalansuotą našumo padidėjimą.Visi šių serijų modeliai aprūpinti įmontuota „Flash“ atmintimi nuo 32k iki 128K, o SRAM talpos ir periferinių sąsajų variacijos suteikia papildomų parinkčių.Esant 72MHz dažniui, vykdant kodą tiesiai iš „Flash“, STM32 reikalauja 36MA, išverstant į ekonomišką 0,5MA/MHz.

Mikrokontroleriai tarnauja kaip kompaktiškos integruotos grandinės lustai, naudojant VLSI technologiją, siekiant sujungti centrinius apdorojimo įrenginius (CPU), atsitiktinės prieigos atminties (RAM), tik skaitymo atmintį (ROM), taip pat įvairius I/O prievadus, pertraukimo sistemas, duomenų apdorojimo laikmačius, skaitiklius ir kartais papildomus komponentus, tokius kaip ekrano vairavimo trasos arba A/D keitikliai viename silikono mikroschemose, orientuotose, o ne papildomus komponentus.Paprastesni 8 bitų mikrovaldikliai, žinomi dėl nesudėtingos vidinės architektūros, kukliu dydis ir ekonominis efektyvumas, raskite naudojimą pagrindinių valdiklių programose.Įprasti pavyzdžiai yra 51 „Intel“ serija, „Atmel's AVR“ sistema, „Microchip's Pic“ serija ir TI MSP430 serija.Tačiau STM32 yra labiau grėsmingesnis 32 bitų mikrovaldiklis.Išskirtinai tai leidžia programuoti ne tik per registrus, bet ir per gamintojo pateiktus bibliotekos failus, padidinant vystymosi patogumą ir kodų perkeliamumo paprastumą.

Palyginus STM32 ir 51 mikrovaldiklius

Mikrovaldiklis yra kompaktiška integruota grandinė, skirta valdyti konkrečią įterptosios sistemos operaciją.Jame yra esminių komponentų, tokių kaip CPU apdorojimui ir valdymui, duomenų saugojimo atmintyje RAM, ROM programos saugojimui, įvesties/išvesties sąsajoms, tokioms kaip serijiniai ir lygiagrečiai prievadai, ir pertraukimo sistema-visa tai viename luste.

Architektūra labai skiriasi nuo asmeninių kompiuterių, kur CPU, RAM, ROM ir I/O komponentai yra atskiri lustai, montuojami ant pagrindinės plokštės, kad būtų galima pastatyti kompiuterį.Priešingai, mikrovaldiklis sujungia šiuos komponentus į vieną darnų bloką.

51 mikrovaldiklis

51 mikrovaldiklis, kurį iš pradžių pristatė „Intel“, išlieka vienas iš labiausiai paplitusių 8 bitų mikrovaldiklių ir yra gerai vertinamas dėl savo mokymosi kreivės.Garsusi savo klasikinei architektūrai, išsamiai valdant konkrečius autobusų registrams, tvirtas logines bitų funkcijas ir universalų instrukcijų rinkinį, optimizuotą valdymo programoms, jis nustato pagrindus kitiems mikrovaldiklių patobulinimams.

51 mikrovaldiklio savybės

- Pasiginčijusi šiek tiek procesorių sistemą, ji palengvina tiek vidinės aparatinės ir programinės įrangos sluoksnių bitų lygio operacijas, leidžiančias manipuliacijas, tokias kaip perdavimas, nustatytas, išvalyti, bandyti ir bitų logikos operacijos.Šis atributas tampa patogus ir funkciškai baigtas.

- Tai apima universalų adresų diapazoną į savo lusto RAM, didesnį lankstumą ir paprastą naudojimą.

- Daugybinės ir padalijimo instrukcijų įtraukimas supaprastina programavimo užduotis- galimybes, kurių trūksta daugeliui 8 bitų mikrovaldiklių.

51 mikrovaldiklio trūkumai

- Dažnai reikalinga papildoma aparatinė įranga AD ir EEPROM funkcijoms, apsunkinančioms dizainą.

-I/O kaiščiai, nepaisant to, kad yra patogūs vartotojui, jiems trūksta aukšto lygio išvesties galimybių, pastebimas 51 serijos apribojimas.

- Trumpas veikimo greitis, ypač susijęs su dvigubu duomenų žymekliu, trukdančiu programavimo efektyvumui.

- Ribotos apsauginės savybės padidina jautrumą lustų pažeidimams.

Programos ir įrenginiai, naudojant 51 mikrovaldiklį

- Jis dažnai naudojamas švietimo aplinkoje ir programose, kuriose yra nedideli našumo poreikiai.

- Populiarūs modeliai apima 8051 ir 80C51.

STM32 mikrovaldiklis

Gaminama „Stmicroelectronics“, „STM32“ serija pateikia aukštos kokybės, ekonomiškai efektyvų ir energiją taupantį mikrovaldiklių asortimentą.Sukurtos ant rankos „Cortex-M“ architektūros, šie mikrovaldikliai aptarnauja įterptas programas, reikalaujančias aukštesnio lygio.Jie siūlo išskirtinius periferinius įrenginius, įskaitant 1 μs dvigubą 12 bitų ADC, 4MBIT/S UART ir 18 MBIT/S SPI.

Jo energijos suvartojimo ir integracijos pusiausvyra patrauklūs inžinieriams, net jei tai nėra mažiausia galia, kurios galia reikalauja, pavyzdžiui, MSP430.Intuityvus „STM32“ dizainas ir platus funkcionalumas išryškino pastebimą pramonės specialistų reputaciją.

STM32 mikrovaldiklio charakteristikos

-Core: naudoja ARM 32 bitų „Cortex-M3 CPU“, galinčią veikti iki 72MHz dažniu ir pasiekia 1,25DMIPS/MHz, su tokiomis savybėmis kaip vieno ciklo dauginamasis ir aparatūros padalijimas.

-Atmintis: siūlo 32-512KB „Flash“ atmintį kartu su 6-64KB SRAM „On Chip“.

- Laikrodis ir galios valdymas: palaiko 2,0–3,6 V maitinimo šaltinį su plačiu laikrodžio rinkiniu ir iš naujo nustatymo valdymo sistemomis, įskaitant kristalų osciliatorius ir PLL konfigūracijas CPU laikrodžiui.

- Derinimas: įrengtos SWD ir JTAG sąsajos, teikiančios iki 112 I/O prievadų ir daugybę laikmačių bei ryšių sąsajų.

Dažniausiai naudojami STM32 įrenginiai

- Pagrindiniai modeliai yra STM32F103, STM32 L1 ir STM32W serijos.

Skirtumai tarp 51 iki STM32 mikrovaldiklių

Terminas „51 mikrovaldiklis“ reiškia įrenginius, suderinamus su „Intel 8031“ instrukcijų rinkiniu, pradiniu iš 8031 ​​modelio.Šiems įrenginiams buvo naudinga „Flash ROM“ pažanga, išsivysčiusi į plačiai naudojamus 8 bitų mikrovaldiklius, kuriuos iliustruoja AT89 serija iš „Atmel“.

Ir atvirkščiai, STM32 mikrovaldiklių serijas sukuria STMICROELECTRONICS su ARM Cortex-M3 šerdimi.Patobulintas turtingais vidiniais ištekliais, jis pranoksta 8051, AVR ir PIC šeimas, priartėjus prie šiuolaikinių CPU galimybių, taip pritaikant sudėtingesnius prietaisus, tokius kaip mobilieji telefonai ir maršrutizatoriai.

STM32 Pagrindinė sistemos apžvalga

STM32 įterptą aplinką sudaro keli esminiai komponentai, kurie sąveikauja harmoningai.

Maitinimo šaltinio valdymas

Sklandus analoginių dalių ir AD skyriaus veikimas reikalauja kruopščiai tvarkyti maitinimo jungtis, tokias kaip VCC ir GND, VDDA, VSSA ir VREF (atsižvelgiant į paketą apima PIN kodą).Išorinis ryšys yra gyvybiškai svarbus ir norint užtikrinti sistemos stabilumą, reikia vengti plūduriuojančių jungčių.

Norėdami optimaliai filtrauti, įdėkite bent vieną 104 keramikos kondensatorių kiekvienai VDD ir GND porai.Pozicijos kondensatoriai, esantys arti mikrovaldiklio bloko (MCU), kaip praktiška, kad būtų išlaikytas našumo vientisumas.

Įtampos patikrinimai yra įžvalgi praktika.Norėdami patvirtinti maitinimo įtampos tikslumą, naudokite multimetrą.Skaitmeninis maitinimo šaltinis yra geresnis derinimo tikslais, padedant sušvelninti įtampos ar dabartinių smaigalių riziką.Atlikite išsamų įtampos vertinimą nuo vielos įėjimo taško iki lusto maitinimo jungties, puoselėdami kruopštų metodą.

Iš naujo nustatymo ir įjungimo seka

Įkrovos kaištis atlieka išskirtinį vaidmenį nustatant vykdymo kodekso paleidimo adresą po MCU paleidimo, nepaveiktas JTAG asociacijų.

Grandinės dizaine įkrovos kaištis gali būti nereikšmingas.Tačiau tai įpareigoja ryšį su žeme arba galia per išorinį rezistorių - jo plūduriavimas yra nepatartini.„STM32“ trijų režimo įkrovos atmintis yra būdinga luste:

- Vartotojo „Flash“ atmintis: įterpta „Flash Storage“.

- SRAM: „CHIP RAM“ sritis, veikianti kaip atmintis.

- Sistemos atmintis: Dedikuota lustų interjero zona, kurioje yra gamyklos iš anksto nustatytas įkrovos krautuvas, dažnai vadinamas IPT programa.Šis ROM skyrius priešinasi modifikavimui ar ištrynimui po išsiuntimo.

Kiekvienas STM32 lustas turi boot0 ir boot1 kaiščius.Šių kaiščių atstatymo sukeltas lygio būsena diktuoja vykdymo zoną po naujo.

- įkrova1 = x boot0 = 0: vykdykite iš vartotojo „Flash“ atminties - ų ų eksploatavimo režimas.

- BOOT1 = 0 BOOT0 = 1: Inicijuojama iš sistemos atminties, veikianti gamintojo užprogramuota.

- BOOT1 = 1 BOOT0 = 1: Naudokite įmontuotą SRAM, tinkamą derinimo tikslams.

Programavimą galima pasiekti naudojant JTAG prievadą arba SWD režimą, pasirinkus įkrovą iš vartotojo „Flash“ atminties.Pasirinkti sistemos saugojimą įmanomas nuosekliojo prievado IPT režimo programos scenarijuose.

Programavimo sąsajos parinktys

Norėdami sumažinti lizdo mažinimą, apsvarstykite SWD režimo modeliavimą, pirmiausia naudojant „JLink“, reikalaujant tik keturių laidų - 3,3 V, GND, SWDIO, SWCLK.

Ryšiai apima:

- STM32 JTMS/SWDIO suderinami su JTAG prievado TMS.

- STM32 JTCK/SWCLK Parallels JTAG POTS TCK.

„ULINK2“ parinktis reikalauja papildomo laido: „NRST“, iš viso penki.

Galimas šios sąsajos savęs apibrėžimas.Prijunkite emuliatorių ir tikslinę plokštę naudodami „DuPont Wire“ megztinį arba bloko konvertavimo sąsajos plokštę pagal patogumą.

Derinimo ir programavimo sunkumų dinamika

Netinkamas tikslinio lusto ryšys slopina įprastas operacijas:

- Užtikrinkite tinkamą minimalų sistemos ryšį tikslinėje plokštėje, patvirtindami normalią lusto funkcionalumą: teisingas VDD, VDDA, VSS, VDDS susiejimas, patikimos iš naujo nustatymo grandinės ir nesikišantys atstatymo šaltiniai.

Anksčiau egzistuojantis sudegęs kodas gali apsunkinti naujus derinimo bandymus:

-Neteisingas iš anksto įkeltas kodas inicijuoja neapibrėžtas būsenas įjungus įjungimą, trukdantį derinimo režimo įvažiavimui, galimai suaktyvinti nereikalingus periferinius įrenginius arba konfigūruoti SWJ PIN kaip įprastą I/O prievadą.

Sprendimai apima „Boot0/Boot1“ kaiščių pasirinkimą RAM įkrovai arba iš pradžių ištremti esamą kodą.

Lusto skaitymo/rašymo apsauga kelia papildomų iššūkių:

- Derinimo įrankiai gali nepavykti skaityti ar rašyti įterptą blykstę.Priemonė apima derinimo įrankio panaudojimą norint išjungti lusto skaitymo/rašymo apsaugą.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Kas yra „STM32“ mikrovaldiklis?

„STM32“ yra 32 bitų mikrovaldiklio integruotų grandinių iš stmicroelectronics kolekcija.Kiekviename mikrovaldiklyje rasite procesoriaus branduolį, statinę RAM, „Flash“ atmintį, derinimo sąsają ir keletą periferinių įrenginių.

2. Kodėl STM32 yra toks populiarus?

„Stmicroelectronics“ mikrovaldiklių „STM32“ šeima yra žinoma dėl savo pločio ir 32 bitų architektūros.Jų universalumas ir pritaikomos parinktys vartotojams suteikia unikalų iššūkį inicijavimo prasme.

3. Kaip programuoti STM32?

Pradėkite įdiegdami būtinus įrankius, tokius kaip „STM32CubEMX“ ir „STM32Cubeide“, kad galėtumėte pradėti dirbti su STM32 mikrovaldikliais ir paleidžiant pagrindinius pavyzdžius.Tada įgyvendinkite paprastą LED mirksėjimo projektą „Nucleo-L476RG“ plokštėje, naudodami „Hal“ vairuotojus, kad susipažintumėte su GPIO valdymu.Toliau tyrinėkite „Uart Communication“ ir sužinokite daugiau apie pagrindines lentos funkcijas.Integruokite jutiklius naudodami B-L475E-IOT01A plėtros lentą, kad surinktumėte realaus pasaulio duomenis.Galiausiai sujunkite visus elementus, kad sukurtumėte visą IoT sistemą, kurią maitina STM32.

4. Kur naudojamas STM32?

„STM32“ mikrovaldikliai savo vietą randa daugelyje programų, pradedant nuo pagrindinių spausdintuvo funkcijų iki pažangių transporto priemonių plokščių.Gebėjimas kurti programinę -aparatinę įrangą ir įterptas sistemas, naudojant STM32 mikrovaldiklius, yra vertingas įgūdis bet kuriam elektronikos ir ryšių laukų inžinieriui.

5. Ar STM32 turi „WiFi“?

„STM32WX“ serija praturtina „STM32 MCU“ pasiūlymus su belaidžio ryšio parinktimis.Tai apima operacijas tiek į GHz, tiek 2,4 GHz dažnio diapazonus.Dėl jų patogaus vartotojo pobūdžio, patikimumo ir pritaikomumo jie yra tinkami įvairiems pramonės ir vartotojų programoms.