1.基础知识

news/2024/9/12 15:19:39/文章来源:https://www.cnblogs.com/aQxiong/p/18302944

单片机：Single-Chip Microcomputer，单片微型计算机，是一种集成电路芯片

CPU：CPU
内存：SRAM
硬盘：FLASH
主板：外设

仪器仪表：电源/示波器/焊台
家用电器：空调/冰箱/洗衣机
工业控制：机器人/PLC/电梯
汽车电子：GPS/ABS/胎压监测

：数据与程序储存在同一存储器，分时复用

CoreMark分数：https://www.eembc.org/coremark/scores.php
ARM公司官网：https://www.arm.com/
ARM开发者官网：https://developer.arm.com/

STM32：
ST：意法半导体  M：MCU/MPU  32：32位
ST累计推出了：5大类、18个系列、1000多个型号的Cortex内核微控制器
ST中文社区网：https://www.stmcu.org.cn 
ST官网： https://www.st.com
正点原子论坛：www.openedv.com/forum.php
STM32 主要分两大块， MCU 和 MPU， MCU 不能跑 Linux，而 MPU可以跑 Linux。

芯片的基本参数：
1,主频/FLASH/SRAM
2,工作电压/最大电流
3,IO引脚接入电压范围
4,单个IO引脚最大电流

最小系统：电源、复位、启动、晶振、调试
    电源：
        VDD/VSS
        VDDA/VSSA：模拟部分供电
        VREF+/VREF- ：给内部 ADC/DAC 提供参考电压
        VBAT：给RTC和后备区域供电。
    复位：
        NRST：低电平复位
    启动：
        BOOT0/BOOT1：启动选择引脚，一般接下拉电阻
    晶振：
        OSC_IN /OSC_OUT：外部 HSE 晶振，提供高精度系统时钟
        OSC32_IN /OSC32_OUT：外部 LSE 晶振，给内部 RTC 提供时钟
    调试：
        SWCLK/SWDIO
 
IO分配：
IIC：
    IIC_SCL、IIC_SDA
SPI ：
    SPI_CS、MOSI、MISO、SCK
TIM：
    TIM_CH1/2/3/4、ETR/1N/2N/3N、BKIN 等
USART、UART：
    USART 有 USART_TX/RX/CTS/RTS/CK 信号
    UART 有 UART_TX/RX 两个信号
    U(S)ART_TX、U(S)ART_RX
USB ：
    USB_DP 和 USB_DM
CAN：
    CAN_RX 和 CAN_TX。
ADC ：
    ADC_IN0 ~ ADC_IN15
DAC ：
    DAC_OUT1 、DAC_OUT2
SDIO ：
    SDIO_D0/1/2/3、SCK、CMD
FSMC：
    FSMC_D0~15/A0~25/ NBL0~1/NE1~4/NCE2~3/NOE/NWE/NWAIT/CLK 等
 
集成开发环境(IDE)
    MDK--Keil
    EWARM--IAR
仿真器：
    DAP--ARM：免驱动
    STLINK--ST 
    JLINK--Segger
串口调试助手：
    XCOM--正点原子
    SSCOM--丁丁

获取MDK：
MDK安装 = MDK软件安装 + 器件支持包
MDK软件下载：https://www.keil.com/download/product
器件支持包下载：https://www.keil.com/dd2/pack/
拷贝下载算法到Flash文件夹，如 D:\MDK5.34\ARM\Flash（可选）
安装CH340 USB虚拟串口驱动，数据线插入开发板中

程序在Projects\MDK-ARM中

I/O ：表示输入/输出引脚

编译结果看：Build Output窗口
数据类型：占用Flash or SRAM：说明
Code：表示代码大小
RO-Data：表示只读数据所占的空间大小，一般是指 const 修饰的数据大小。
RW-Data：初值为非 0的可读可写数据
ZI-Data：初值为0 的可读可写数据
FLASH占用：Code+RO+RW
SRAM占用：RW+ZI

hex文件在Output中

STM32 常见的下载方式有三种：
串口下载： BOOT0 接 3.3V、 BOOT1 接 GND、按复位
SWD 下载：直接下载，特殊情况需 BOOT0接 3.3V，按复位
JTAG 下载：直接下载，特殊情况需 BOOT0接 3.3V，按复位

利用串口给 STM32 下载代码：
USB_UART 通过 USB 线连接电脑->电源灯亮起（蓝色）->USART1的 RXD、PA9，TXD 、PA10通过跳线帽连接->BOOT0、GND，BOOT1、GND通过跳线帽连接->按一下复位按键->使用上位机软件下载代码->双击打开 ATK-XISP->波特率推荐设置为 76800->选择 DTR 的低电平复位，RTS 高电平进 BootLoader->下载成功后，会有“共写入 xxxxKB，进度 100%，耗时 xxxx 毫秒”

使用 DAP 下载与调试程序：

DAP 通过 USB 线连接电脑，通过 20P 灰排线连接开发板->开发板供电->
打开MDK IDE：
魔术棒->Debug->use： CMSIS-DAP Debugger->勾选Run to main->
点击 Settings->Port：SW->Max Clock：8Mhz->
Utilities ->勾选 Use Debug Driver->点击 Settings->选中 Reset and Run->如果没有 flash 算法，点击 Add 按钮自行添加->
F7 ->F8

使用 DAP 仿真调试程序：
Register：寄存器窗口
Disassembly：反汇编窗口，方便从汇编级别查看程序运行状态
Call Stack + Locals：调用关系和局部变量窗口，查看函数调用关系，以及函数的局部变量

 


Debug 工具条

关闭Disassembly窗口->添加Watch1窗口->双击 Enter expression，将全局变量： g_fac_us （在 delay.c 里面定义）加入 Watch1 窗口->
在 delay_init 函数处放置一个断点->点击执行到该断点处->执行进去->执行过去(g_fac_us值显示出来)->执行进去
从 Call Stack + Locals 窗口看到函数的调用关系，其原则是： 从下往上看，即下一个函数调用了上一个函数

MDK5 使用技巧：
自定义字体颜色：
设置->Encoding:Chinese GB2312(Simplified)->勾选View White Space(编辑器的空格可见)->勾选Insert spaces for tabs(代码对齐)->Tab size:4->
Colors & Fonts 选项卡->C/C++ Editor Files(设置自己的代码的字体和颜色)->
User Keywords 选项卡，设置用户定义关键字

看看某个变量或数组是在哪个地方定义，快速定位：
魔术棒->Output->勾选 Browse Information->编译->
右键->Go to Definition Of

快速注释/消注释块代码的功能->右键->高级(Advanced)->注释选择(Comment Selection)

快速打开头文件：右键->Open Document

C 语言基础知识：
位操作：
    按位与：&
    按位或：|
    按位异或：^
    按位取反：~
    左移：<<
    右移：>>
单片机开发中的一些实用技巧。
    1，在不改变其他位的值的状况下，对某几个位进行设值。用&操作符进行清零操作， 然后用|操作符设值，
        比如：要改变 GPIOA 的 CRL 寄存器 bit6（第 6 位）的值为 1
        GPIOA->CRL &= 0XFFFFFFBF; / 将第 bit6 清 0 /
        然后再与需要设置的值进行|或运算
        GPIOA->CRL |= 0X00000040; / 设置 bit6 的值为 1，不改变其他位的值 /
    2.移位操作提高代码的可读性
        比如：将 CTRL 寄存器的第 1 位（从 0 开始算起）设置为 1
        SysTick->CTRL |= 1 << 1;
    3.~按位取反操用于清除某一个/某几个位
        比如：设置 CTRL 寄存器的第 0 位（最低位）为 0，其他位的值保持不变。
        SysTick->CTRL &= ~(1 << 0) ; / 关闭 SYSTICK /
    4.^按位异或操，用于控制某个位翻转
        比如：使 PB5 的输出状态翻转一次
        GPIOB->ODR ^= 1 << 5;

define ：预处理命令，它用于宏定义
常见的格式：define 标识符 字符串
标识符：宏名。

ifdef 条件编译：条件编译命令最常见的形式为：
 #ifdef 标识符
  程序段 1
#else
  程序段 2
#endif
当标识符已经被定义过(一般是用#define 命令定义)，则对程序段 1 进行编译， 否则编译程序段 2。 其中#else 部分也可以没有

extern 外部申明：
extern ：置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中。 extern 申明变量可以多次，但定义只有一次

typedef：为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，用来简化变量的定义。定义结构体的类型别名和枚举类型。
typedef struct
{
  __IO uint32_t CRL;
  __IO uint32_t CRH;
  …
} GPIO_TypeDef;

声明结构体类型：
struct 结构体名
{
  成员列表;
}变量名列表；
  在结构体申明的时候可以定义变量，也可以申明之后定义：struct 结构体名字 结构体变量列表 ;
  结构体成员变量的引用方法是：结构体变量名字.成员名

指针：本质是指向一个地址，从而可以访问一片内存区域。
申明指针我们一般以 p 开头：char * p_str = “This is a test!”;
p_num：变量的地址
*p_num：指向的地址所存储的值
&p_num：指针自身的地址

寄存器：单片机内部一种特殊的内存，它可以实现对单片机各个功能的控制
STM32 寄存器分为两类：内核寄存器和外设寄存器
内核寄存器：
    1.内核相关寄存器：包含 R0~R15、 xPSR、特殊功能寄存器等
    2.中断控制寄存器：包含 NVIC 和 SCB 相关寄存器，
        NVIC： ISER、 ICER、ISPR、 IP 等；
        SCB： VTOR、 AIRCR、 SCR 等
    3.SysTick 寄存器：CTRL、 LOAD、 VAL、CALIB
    4.内存保护寄存器：可选功能， STM32F407 没有
    5.调试系统寄存器：ETM、 ITM、 DWT、IPIU 等相关寄存器
重点关心中断控制寄存器和 SysTick 寄存器
外设寄存器：
    包含 GPIO、 UART、 IIC、 SPI、 TIM、 DMA、 ADC、 DAC、RTC、 I/WWDG、 PWR、 CAN、 USB 等各种外设寄存器

存储器本身是没有地址信息的，存储器分配地址的过程就叫存储器映射。
给寄存器的地址命名的过程就叫寄存器映射。
寄存器的地址=外设基地址+地址偏移量
=总线基地址（BUS_BASE_ADDR）+总线基地址的偏移量（PERIPH_OFFSET）+外设基地址的偏移量（REG_OFFSET）
例如：GPIOB_ODR地址 = AHB1总线基地址 + GPIOB外设偏移量 + 寄存器偏移量
外设基地址在stm32参考手册2.3存储器映射中查看

/*GPIOB_ODR 寄存器的地址为： 0x4002 0414， 假设我们要控制GPIOB 的 16 个 IO 口都输出 1*/
#define GPIOB_ODR      *(unsigned int *)(0x40020414)
GPIOB_ODR = 0XFFFF;
/*这个宏定义过程就可以称之为寄存器的映射。*/
STM32F407所有寄存器映射都在stm32f407xx.h里面完成
stm32f407xx.h文件主要包含五个部分内容
    1.中断编号定义：定义 IRQn_Type 枚举类型，包含STM32内部所有中断编号（中断号），方便后续编写代码
    2.外设寄存器结构体类型定义：以外设为基本单位，使用结构体类型定义对每个外设的所有寄存器进行封装，方便后面的寄存器映射
    3.寄存器映射：定义总线地址和外设基地址；使用外设结构体类型定义将外设基地址强制转换成结构体指针，完成寄存器映射
    4.寄存器位定义：定义外设寄存器每个功能位的位置及掩码
    5.外设判定：判断某个外设是否合法（即是否存在该外设）
寄存器映射主要有两个组成部分：外设寄存器结构体类型定义、寄存器映射
包括3个步骤：
    1， 外设寄存器结构体类型定义
    2， 外设基地址定义
    3， 寄存器映射（通过将外设基地址强制转换为外设结构体类型指针即可）
寄存器映射原理：
    1，结构体地址自增；
    2，地址强制转换；
 
环境搭建：
新建5个文件夹：
Drivers：与硬件相关的驱动层文件
    BSP：开发板板级支持包驱动代码，如LED、蜂鸣器、按键各种外设驱动
    CMSIS： CMSIS 底层代码
        Device
        Include
    STM32F4xx_HAL_Driver
        Inc
        Src
    SYSTEM：系统级核心驱动代码，如 sys.c、 delay.c 和 usart.c 等，拷贝system文件
  STM32F4xx_HAL_Driver：存放hal库文件
Middlewares：中间层组件文件、第三方中间层文件，如： USMART、MALLOC、 TEXT、 FATFS、 USB、 LWIP、各种 OS、各种 GUI 等等。
Output：工程编译输出文件
Projects：MDK 工程文件
  MDK-ARM
User：main.c、stm32f4xx_hal_conf.h、stm32f4xx_it.c、stm32f4xx_it.h

新建一个工程框架：
打开 MDK 软件->项目->新的->STM32 型号(要安装对应的器件 pack 才会显示这些内容)->
自动创建了 3 个文件夹:
DebugConfig：调试设置信息文件（.dbgconf），不可删除
Listings：编译过程产生的链接列表等文件
Objects：编译过程产生的调试信息、 .hex、预览、 .lib 文件等->
先把 MDK 自动生成的这两个文件夹（Listings 和 Objects）删除

添加文件：
设置工程名和分组名：设置工程名字为： 品->Template->
设置五个分组：
    Startup（存放启动文件）：Drivers\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates\arm
    User（存放 main.c 等用户代码）、
    Drivers/SYSTEM（存放系统级驱动代码）：Drivers\SYSTEM中的.c文件
    Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver(hal库文件)、
    Readme（存放工程说明文件）->
添加启动文件：启动文件存放在 STM32CubeF4 软件包的： Drivers\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates\arm\.s文件->
启动文件主要作用：
    1、堆栈（SP）的初始化；
    2、初始化程序计数器（PC）
    3、设置向量表异常事件的入口地址；
    4、调用 main 函数等
->做了2 处修改：将 Heap_Size 改成 0；去掉 SystemInit调用->
Heap_Size EQU 0x00000000
; Reset handler
Reset_Handler PROCEXPORT Reset_Handler [WEAK]IMPORT __mainLDR R0, =0xE000ED88 ;使能浮点运算 CP10,CP11LDR R1,[R0]ORR R1,R1,#(0xF << 20)STR R1,[R0];寄存器版本代码，因为没有用到 SystemInit 函数，所以注释掉以下代码为防止报错！;HAL 库版本代码，建议加上这里（外部必须实现 SystemInit 函数），以初始化;stm32 时钟等.;IMPORT SystemInit;LDR R0, =SystemInit;BLX R0LDR R0, =__mainBX R0ENDP

设置使用 FPU：魔术棒->Target1选项卡->Floating Point Hardware：Double Precision

魔术棒设置：
1，Target 选项卡：外部晶振频率Xtal：看原理图设置时钟频率->ARM Compiler：Use default compiler version 5（即 AC5 编译器）
2，Output 选项卡：Select Folder for Objects(选择Objects输出文件夹)->勾选"Create HEX File"
3，Listing 选项卡：Select Folder for Listing(选择Objects输出文件夹)
4，C/C++ 选项卡：
    Define(设置全局宏定义)：USE_HAL_DRIVER,STM32F407xx->Optimization：Level 0(-O0)->勾选 C99 Mode->
    Include Path：头文件包含路径设置
        ..\..\User
        ..\..\Drivers
        ..\..\Drivers\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Include
        ..\..\Drivers\CMSIS\Include
        ..\..\Drivers\STM32F4xx_HAL_Driver\Inc
        ..\..\Middlewares
5，Debug 选项卡：Use:CMSIS-DAP Debugger->点击Settings->Debug->Port:SW--Max Clock:10NHz
6，Utilities 选项卡：点击Settings->点击Flash Download->勾选Reset and Run
7，Linker 选项卡(可选)：取消勾选"Use ..."->Scatter File：..\..\User\SCRIPT\qspi_code.scf.scf

使用 AC6 编译器，Misc Controls ： -Wnoinvalid-source-encoding->
添加main.c->添加到分组->编译会报错修改stm32fxx_it.c添加头文件#include "stm32f4xx_hal.h"

 

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