Это моя первая статья на хабре, поэтому прошу не кидаться тяжелыми предметами. Заранее спасибо.
Начнем с предыстории. Когда-то мне пришлось перейти на микроконтроллеры ARM фирмы ST. Это было связано с тем, что PIC и AVR уже не хватало и хотелось новых приключений. Из доступного в хлебобулочных магазинах и большого количества статей о «быстром старте» выбор пал именно на STM32F100.
Я привык работать в IAR. Да, есть другие IDE, но мне хватает возможности IAR: относительно удобный редактор, не плохой отладчик и достаточно удобно работать с регистрами во время отладки.
Когда я попытался сделать первый проект меня ждало разочарование — CMSIS! Кому как, но для меня это было (и остается) ужасом: много буков, длинные и для меня не понятные структуры. Вникать во все это было не интересно. Попытался скомпилировать пару примеров и понял — это не наш метод.
Неужели нет других вариантов? Есть. Тот, встроенный в IAR: iostm32f10xx4.h и подобные инклудники. Вполне не плохо:
RCC_APB2ENR_bit.ADC1EN = 1; // включить тактирование ADCОставалось это запихнуть в классы и пользоваться. Так и сделал. Через какое-то время потребовалось сделать код для STM32f4xx. И тут снова засада — нет инклудиков. Что делать? — писать самому. Проанализировал имеющиеся самописные библиотеки решил немного сделать по другому. Вот об этом и будет рассказ.
Начало
Про установку IAR и драйверов для отладчика рассказывать не буду, т.к. здесь ничего нового. У меня стоит IAR 8 с ограниченем кода в 32кБ. Для работы выбран контроллер STM32F103, установленный на плате plue pill.
Запускаем IAR, создаем проект c++, выбираем нужный контроллер
Следующий шаг — изучение документации. Нас будет интересовать Reference manual RM0008. Там главное внимательно читать.
Вообще, когда я обучал своих работников программированию контроллеров, я давал задание — включить светодиод (подключенный к ножке контроллера), использую дебагер, редактирую регистры и читая документацию.
Модуль RCC. Такирование
Про этот модуль обычно забывают. Вспоминают только тогда, когда не получается мигнуть светодиодом.
Запомните! Что бы включить какую-либо периферию, на нее надо подать тактовые импульсы! Без этого никак.
Порты ввода-вывода сидят на шине APB2. Находим в документации регист для упрвления тактированием этой шины, это RCC_APB2ENR:
Чтобы включить тактирование порта C (светодиод как раз припаян к PC13), требуется записать в бит IOPCEN единичку.
Теперь найдем адрес регистра RCC_APB2ENR. Смещение у него 0x18, базовый адрес для регистров RCC 0x40021000.
Чтобы удобно было работать с битами, создадим структуру:
typedef struct { uint32_t AFIOEN : 1; uint32_t : 1; uint32_t IOPAEN : 1; uint32_t IOPBEN : 1; uint32_t IOPCEN : 1; uint32_t IOPDEN : 1; uint32_t IOPEEN : 1; uint32_t : 2; uint32_t ADC1EN : 1; uint32_t ADC2EN : 1; uint32_t TIM1EN : 1; uint32_t SPI1EN : 1; uint32_t : 1; uint32_t USART1EN : 1; uint32_t :17; } RCC_APB2ENR_b; Чтобы потом не мучаться, сразу перечислим все адреса регистров
enum AddrRCC { RCC_CR = 0x40021000, RCC_CFGR = 0x40021004, RCC_CIR = 0x40021008, RCC_APB2RSTR = 0x4002100C, RCC_APB1RSTR = 0x40021010, RCC_AHBENR = 0x40021014, RCC_APB2ENR = 0x40021018, RCC_APB1ENR = 0x4002101C, RCC_BDCR = 0x40021020, RCC_CSR = 0x40021024 }; теперь остается написать код для включения периферии
static void EnablePort(uint8_t port_name) { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); switch (port_name) { case 'A': apb2enr->IOPAEN = 1; break; case 'a': apb2enr->IOPAEN = 1; break; case 'B': apb2enr->IOPBEN = 1; break; case 'b': apb2enr->IOPBEN = 1; break; case 'C': apb2enr->IOPCEN = 1; break; case 'c': apb2enr->IOPCEN = 1; break; case 'D': apb2enr->IOPDEN = 1; break; case 'd': apb2enr->IOPDEN = 1; break; case 'E': apb2enr->IOPEEN = 1; break; case 'e': apb2enr->IOPEEN = 1; break; } } При работе с регистрами не забываем про volatile, иначе после оптимизации компилятором долго будем искать ошибки и ругать разработчиков компилятора.
Тоже самое делаем для включения тактирвания другой периферии.
В итоге получился такой класс (не все перечислено)
#pragma once #include "stdint.h" namespace STM32F1xx { class RCC { protected: enum AddrRCC { RCC_CR = 0x40021000, RCC_CFGR = 0x40021004, RCC_CIR = 0x40021008, RCC_APB2RSTR = 0x4002100C, RCC_APB1RSTR = 0x40021010, RCC_AHBENR = 0x40021014, RCC_APB2ENR = 0x40021018, RCC_APB1ENR = 0x4002101C, RCC_BDCR = 0x40021020, RCC_CSR = 0x40021024 }; typedef struct { uint32_t HSION : 1; uint32_t HSIRDY : 1; uint32_t : 1; uint32_t HSI_TRIM : 5; uint32_t HSI_CAL : 8; uint32_t HSEON : 1; uint32_t HSERDY : 1; uint32_t HSEBYP : 1; uint32_t CSSON : 1; uint32_t : 4; uint32_t PLLON : 1; uint32_t PLLRDY : 1; uint32_t : 6; } RCC_CR_b; typedef struct { uint32_t SW : 2; uint32_t SWS : 2; uint32_t HPRE : 4; uint32_t PPRE1 : 3; uint32_t PPRE2 : 3; uint32_t ADC_PRE : 2; uint32_t PLLSRC : 1; uint32_t PLLXTPRE : 1; uint32_t PLLMUL : 4; uint32_t USBPRE : 1; uint32_t : 1; uint32_t MCO : 3; uint32_t : 5; } RCC_CFGR_b; typedef struct { uint32_t TIM2EN : 1; uint32_t TIM3EN : 1; uint32_t TIM4EN : 1; uint32_t : 8; uint32_t WWDGEN : 1; uint32_t : 2; uint32_t SPI2EN : 1; uint32_t : 2; uint32_t USART2EN : 1; uint32_t USART3EN : 1; uint32_t : 2; uint32_t I2C1EN : 1; uint32_t I2C2EN : 1; uint32_t USBEN : 1; uint32_t : 1; uint32_t CANEN : 1; uint32_t : 1; uint32_t BKPEN : 1; uint32_t PWREN : 1; uint32_t : 3; } RCC_APB1ENR_b; typedef struct { uint32_t AFIOEN : 1; uint32_t : 1; uint32_t IOPAEN : 1; uint32_t IOPBEN : 1; uint32_t IOPCEN : 1; uint32_t IOPDEN : 1; uint32_t IOPEEN : 1; uint32_t : 2; uint32_t ADC1EN : 1; uint32_t ADC2EN : 1; uint32_t TIM1EN : 1; uint32_t SPI1EN : 1; uint32_t : 1; uint32_t USART1EN : 1; uint32_t :17; } RCC_APB2ENR_b; typedef struct { uint32_t DMAEN : 1; uint32_t : 1; uint32_t SRAMEN : 1; uint32_t : 1; uint32_t FLITFEN : 1; uint32_t : 1; uint32_t CRCEN : 1; uint32_t :25; } RCC_AHBENR_r; public: static void EnablePort(uint8_t port_name) { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); switch (port_name) { case 'A': apb2enr->IOPAEN = 1; break; case 'a': apb2enr->IOPAEN = 1; break; case 'B': apb2enr->IOPBEN = 1; break; case 'b': apb2enr->IOPBEN = 1; break; case 'C': apb2enr->IOPCEN = 1; break; case 'c': apb2enr->IOPCEN = 1; break; case 'D': apb2enr->IOPDEN = 1; break; case 'd': apb2enr->IOPDEN = 1; break; case 'E': apb2enr->IOPEEN = 1; break; case 'e': apb2enr->IOPEEN = 1; break; } } static void DisablePort(char port_name) { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); switch (port_name) { case 'A': apb2enr->IOPAEN = 0; break; case 'a': apb2enr->IOPAEN = 0; break; case 'B': apb2enr->IOPBEN = 0; break; case 'b': apb2enr->IOPBEN = 0; break; case 'C': apb2enr->IOPCEN = 0; break; case 'c': apb2enr->IOPCEN = 0; break; case 'D': apb2enr->IOPDEN = 0; break; case 'd': apb2enr->IOPDEN = 0; break; case 'E': apb2enr->IOPEEN = 0; break; case 'e': apb2enr->IOPEEN = 0; break; } } static void EnableAFIO() { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); apb2enr->AFIOEN = 1; } static void DisableAFIO() { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); apb2enr->AFIOEN = 0; } static void EnableI2C(int PortNumber) { switch (PortNumber) { case 1: { volatile RCC_APB1ENR_b* apb1enr = reinterpret_cast<RCC_APB1ENR_b*>(RCC_APB1ENR); apb1enr->I2C1EN = 1; break; } case 2: { volatile RCC_APB1ENR_b* apb1enr = reinterpret_cast<RCC_APB1ENR_b*>(RCC_APB1ENR); apb1enr->I2C2EN = 1; break; } } } static void EnableUART(int PortNumber) { switch (PortNumber) { case 1: { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); apb2enr->USART1EN = 1; break; } case 2: { volatile RCC_APB1ENR_b* apb1enr = reinterpret_cast<RCC_APB1ENR_b*>(RCC_APB1ENR); apb1enr->USART2EN = 1; break; } case 3: { volatile RCC_APB1ENR_b* apb1enr = reinterpret_cast<RCC_APB1ENR_b*>(RCC_APB1ENR); apb1enr->USART3EN = 1; break; } } } static void DisableUART(int PortNumber) { switch (PortNumber) { case 1: { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); apb2enr->USART1EN = 0; break; } case 2: { volatile RCC_APB1ENR_b* apb1enr = reinterpret_cast<RCC_APB1ENR_b*>(RCC_APB1ENR); apb1enr->USART2EN = 0; break; } case 3: { volatile RCC_APB1ENR_b* apb1enr = reinterpret_cast<RCC_APB1ENR_b*>(RCC_APB1ENR); apb1enr->USART3EN = 0; break; } } } static void EnableSPI(int PortNumber) { switch (PortNumber) { case 1: { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); apb2enr->SPI1EN = 1; break; } case 2: { volatile RCC_APB1ENR_b* apb1enr = reinterpret_cast<RCC_APB1ENR_b*>(RCC_APB1ENR); apb1enr->SPI2EN = 1; break; } } } static void DisableSPI(int PortNumber) { switch (PortNumber) { case 1: { volatile RCC_APB2ENR_b* apb2enr = reinterpret_cast<RCC_APB2ENR_b*>(RCC_APB2ENR); apb2enr->SPI1EN = 0; break; } case 2: { volatile RCC_APB1ENR_b* apb1enr = reinterpret_cast<RCC_APB1ENR_b*>(RCC_APB1ENR); apb1enr->SPI2EN = 0; break; } } } static void EnableDMA() { volatile RCC_AHBENR_r* ahbenr = reinterpret_cast<RCC_AHBENR_r*>(RCC_AHBENR); ahbenr->DMAEN = 1; } static void DisableDMA() { volatile RCC_AHBENR_r* ahbenr = reinterpret_cast<RCC_AHBENR_r*>(RCC_AHBENR); ahbenr->DMAEN = 0; } }; }
Теперь можно в main.cpp присоединить файл и пользоваться:
#include "STM32F1xx_RCC.h" using namespace STM32F1xx; int main() { RCC::EnablePort('c'); return 0; }
Теперь можно и с портами поработать. GPIO
Открываем в документации раздел General-purpose and alternate-function I/Os. Находим Port bit configuration table:
Битами CNF[1:0] задается режим работы порта (аналоговый вход, цифровой вход, выход), биты MODE[1:0] отвечат за скорость работы порта в режиме выход.
Взглянем на регистры GPIOx_CRL и GPIOx_CRH (x=A, B, C,…)
видно, что биты идут последовательно:
CNF[1:0], MODE[1:0]
тогда создадим константы с режимами работы портов
enum mode_e { ANALOGINPUT = 0, INPUT = 4, INPUTPULLED = 8, OUTPUT_10MHZ = 1, OUTPUT_OD_10MHZ = 5, ALT_OUTPUT_10MHZ = 9, ALT_OUTPUT_OD_10MHZ = 13, OUTPUT_50MHZ = 3, OUTPUT_OD_50MHZ = 7, ALT_OUTPUT_50MHZ = 11, ALT_OUTPUT_OD_50MHZ = 15, OUTPUT_2MHZ = 2, OUTPUT_OD_2MHZ = 6, ALT_OUTPUT_2MHZ = 10, ALT_OUTPUT_OD_2MHZ = 14, OUTPUT = 3, OUTPUT_OD = 7, ALT_OUTPUT = 11, ALT_OUTPUT_OD = 15 };тогда метод для конфигурации будет выглядеть так:
// pin_number - номер порта void Mode(mode_e mode) { uint32_t* addr; if(pin_number > 7) addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_CRH); else addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_CRL); int bit_offset; if(pin_number > 7) bit_offset = (pin_number - 8) * 4; else bit_offset = pin_number * 4; uint32_t mask = ~(15 << bit_offset); *addr &= mask; *addr |= ((int)mode) << bit_offset; }теперь можно сделать более удобные методы для выбора режима:
void ModeInput() { Mode(INPUT); } void ModeAnalogInput() { Mode(ANALOGINPUT); } void ModeInputPulled() { Mode(INPUTPULLED); } void ModeOutput() { Mode(OUTPUT); } void ModeOutputOpenDrain() { Mode(OUTPUT_OD); } void ModeAlternate() { Mode(ALT_OUTPUT); } void ModeAlternateOpenDrain() { Mode(ALT_OUTPUT_OD); }В документации находим адреса управляющих регистров для портов и перечислим
enum AddrGPIO { PortA = 0x40010800, GPIOA_CRL = 0x40010800, GPIOA_CRH = 0x40010804, GPIOA_IDR = 0x40010808, GPIOA_ODR = 0x4001080C, GPIOA_BSRR = 0x40010810, GPIOA_BRR = 0x40010814, GPIOA_LCKR = 0x40010818, PortB = 0x40010C00, PortC = 0x40011000, PortD = 0x40011400, PortE = 0x40011800, PortF = 0x40011C00, PortG = 0x40012000 }; Долго думал использовать базовый адрес и смещения или абсолютные адреса. В итоге остановился на последнем. Это добавляет некоторые издержки, но в процессе отладки удобней находить в памяти.
Модернизируем метод
if(pin_number > 7) addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_CRH - PortA + PortAddr); else addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_CRL - PortA + PortAddr); Возможно, у кого-то будет глаз дергаться, но красивее пока не придумал.
Чтобы перевести ножку в нужное логическое состояние, достаточно записать соответствующий бит в регистре ODRx. Например, так:
void Set(bool st) { uint32_t* addr; addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_ODR - PortA + PortAddr); if(st) *addr |= 1 << pin_number; else { int mask = ~(1 << pin_number); *addr &= mask; } } Также для управления состоянием можно воспользоваться регистрами GPIOx_BSRR.
По аналогии делаем методы для считывания состояния порта, методы для конфигурации и инициализации (не забываем включить тактирование). В итоге получился такой класс для работы с портами
#pragma once #include <stdint.h> #include "STM32F1xx_RCC.h" namespace STM32F1xx { class Pin { public: enum mode_e { ANALOGINPUT = 0, INPUT = 4, INPUTPULLED = 8, OUTPUT_10MHZ = 1, OUTPUT_OD_10MHZ = 5, ALT_OUTPUT_10MHZ = 9, ALT_OUTPUT_OD_10MHZ = 13, OUTPUT_50MHZ = 3, OUTPUT_OD_50MHZ = 7, ALT_OUTPUT_50MHZ = 11, ALT_OUTPUT_OD_50MHZ = 15, OUTPUT_2MHZ = 2, OUTPUT_OD_2MHZ = 6, ALT_OUTPUT_2MHZ = 10, ALT_OUTPUT_OD_2MHZ = 14, OUTPUT = 3, OUTPUT_OD = 7, ALT_OUTPUT = 11, ALT_OUTPUT_OD = 15 }; private: enum AddrGPIO { PortA = 0x40010800, GPIOA_CRL = 0x40010800, GPIOA_CRH = 0x40010804, GPIOA_IDR = 0x40010808, GPIOA_ODR = 0x4001080C, GPIOA_BSRR = 0x40010810, GPIOA_BRR = 0x40010814, GPIOA_LCKR = 0x40010818, PortB = 0x40010C00, PortC = 0x40011000, PortD = 0x40011400, PortE = 0x40011800, PortF = 0x40011C00, PortG = 0x40012000 }; private: int pin_number; int PortAddr; public: Pin() { } Pin(char port_name, int pin_number) { Init(port_name, pin_number); } ~Pin() { Off(); ModeAnalogInput(); } public: void Init(char port_name, int pin_number) { this->pin_number = pin_number; RCC::EnablePort(port_name); switch (port_name) { case 'A': PortAddr = PortA; break; case 'a': PortAddr = PortA; break; case 'B': PortAddr = PortB; break; case 'b': PortAddr = PortB; break; case 'C': PortAddr = PortC; break; case 'c': PortAddr = PortC; break; case 'D': PortAddr = PortD; break; case 'd': PortAddr = PortD; break; case 'E': PortAddr = PortE; break; case 'e': PortAddr = PortE; break; } } void ModeInput() { Mode(INPUT); } void ModeAnalogInput() { Mode(ANALOGINPUT); } void ModeInputPulled() { Mode(INPUTPULLED); } void ModeOutput() { Mode(OUTPUT); } void ModeOutputOpenDrain() { Mode(OUTPUT_OD); } void ModeAlternate() { Mode(ALT_OUTPUT); } void ModeAlternateOpenDrain() { Mode(ALT_OUTPUT_OD); } void NoPullUpDown() { uint32_t* addr; if(pin_number > 7) addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_CRH - PortA + PortAddr); else addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_CRL - PortA + PortAddr); int bit_offset; if(pin_number > 7) bit_offset = (pin_number - 8) * 4; else bit_offset = pin_number * 4; int mask = ~((1 << 3) << bit_offset); *addr &= mask; } void Mode(mode_e mode) { uint32_t* addr; if(pin_number > 7) addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_CRH - PortA + PortAddr); else addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_CRL - PortA + PortAddr); int bit_offset; if(pin_number > 7) bit_offset = (pin_number - 8) * 4; else bit_offset = pin_number * 4; uint32_t mask = ~(15 << bit_offset); *addr &= mask; *addr |= ((int)mode) << bit_offset; } void Set(bool st) { uint32_t* addr; addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_ODR - PortA + PortAddr); if(st) *addr |= 1 << pin_number; else { int mask = ~(1 << pin_number); *addr &= mask; } } void On() { uint32_t* addr; addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_ODR - PortA + PortAddr); int bit_offset = pin_number; *addr |= 1 << bit_offset; } void Off() { uint32_t* addr; addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_ODR - PortA + PortAddr); int bit_offset = pin_number; int mask = ~(1 << bit_offset); *addr &= mask; } bool Get() { uint32_t* addr = reinterpret_cast<uint32_t*>(GPIOA_IDR - PortA + PortAddr); int bit_offset = pin_number; int mask = (1 << bit_offset); bool ret_val = (*addr & mask); return ret_val; } }; };
Ну что, опробуем:
#include "STM32F1xx_Pin.h" using namespace STM32F1xx; Pin led('c', 13); int main() { led.ModeOutput(); led.On(); led.Off(); return 0; } Проходим дебагером и убеждаемся, что светодиод сначала загорается (после led.ModeOutput();), потом гаснет (led.On();) и снова загорается (led.Off();). Это связано с тем, что светодиод подклчен к ножке через линию питания. Поэтому, когда на выводе низкий уровень, светодиод загорается.
Не большие итоги
В данной статье я попытался (надеюсь, получилось) показать как можно немного упростить себе жизнь, сделать код более читаемым. Или наоборот — как нельзя делать. Каждый решит сам.
Можно было просто написать враперы для CMSIS, но это не интересно.
Спасибо за уделенное время. Если интересно продолжение — дайте знать.
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/post/518832/
Добавить комментарий