- •Оглавление
- •Предисловие
- •Почему я написал книгу?
- •Для кого эта книга?
- •Как использовать эту книгу?
- •Как организована книга?
- •Об авторе
- •Ошибки и предложения
- •Поддержка книги
- •Как помочь автору
- •Отказ от авторского права
- •Благодарность за участие
- •Перевод
- •Благодарности
- •I Введение
- •1. Введение в ассортимент микроконтроллеров STM32
- •1.1. Введение в процессоры на базе ARM
- •1.1.1. Cortex и процессоры на базе Cortex-M
- •1.1.1.10. Внедренные функции Cortex-M в ассортименте STM32
- •1.2. Введение в микроконтроллеры STM32
- •1.2.1. Преимущества ассортимента STM32….
- •1.2.2. ….И его недостатки
- •1.3. Краткий обзор подсемейств STM32
- •1.3.1. Серия F0
- •1.3.2. Серия F1
- •1.3.3. Серия F2
- •1.3.4. Серия F3
- •1.3.5. Серия F4
- •1.3.6. Серия F7
- •1.3.7. Серия H7
- •1.3.8. Серия L0
- •1.3.9. Серия L1
- •1.3.10. Серия L4
- •1.3.11. Серия L4+
- •1.3.12. Серия STM32WB
- •1.3.13. Как правильно выбрать для себя микроконтроллер?
- •1.4. Отладочная плата Nucleo
- •2. Установка инструментария
- •2.1. Почему выбирают Eclipse/GCC в качестве инструментария для STM32
- •2.1.1. Два слова о Eclipse…
- •2.2. Windows – Установка инструментария
- •2.2.1. Windows – Установка Eclipse
- •2.2.2. Windows – Установка плагинов Eclipse
- •2.2.3. Windows – Установка GCC ARM Embedded
- •2.2.4. Windows – Установка инструментов сборки
- •2.2.5. Windows – Установка OpenOCD
- •2.2.6. Windows – Установка инструментов ST и драйверов
- •2.3. Linux – Установка инструментария
- •2.3.2. Linux – Установка Java
- •2.3.3. Linux – Установка Eclipse
- •2.3.4. Linux – Установка плагинов Eclipse
- •2.3.5. Linux – Установка GCC ARM Embedded
- •2.3.6. Linux – Установка драйверов Nucleo
- •2.3.7. Linux – Установка OpenOCD
- •2.3.8. Linux – Установка инструментов ST
- •2.4. Mac – Установка инструментария
- •2.4.1. Mac – Установка Eclipse
- •2.4.2. Mac – Установка плагинов Eclipse
- •2.4.3. Mac – Установка GCC ARM Embedded
- •2.4.4. Mac – Установка драйверов Nucleo
- •2.4.5. Mac – Установка OpenOCD
- •2.4.6. Mac – Установка инструментов ST
- •3. Hello, Nucleo!
- •3.1. Прикоснитесь к Eclipse IDE
- •3.2. Создание проекта
- •3.3. Подключение Nucleo к ПК
- •3.5. Изучение сгенерированного кода
- •4. Инструмент STM32CubeMX
- •4.1. Введение в инструмент CubeMX
- •4.1.1. Представление Pinout
- •4.1.2. Представление Clock Configuration
- •4.1.3. Представление Configuration
- •4.1.4. Представление Power Consumption Calculator
- •4.2. Генерация проекта
- •4.2.1. Генерация проекта Си при помощи CubeMX
- •4.2.2. Создание проекта Eclipse
- •4.2.3. Ручное импортирование сгенерированных файлов в проект Eclipse
- •4.3. Изучение сгенерированного кода приложения
- •4.3.1. Добавим что-нибудь полезное в микропрограмму
- •4.4. Загрузка исходного кода примеров книги
- •5. Введение в отладку
- •5.1. Начало работы с OpenOCD
- •5.1.1. Запуск OpenOCD
- •5.1.2. Подключение к OpenOCD Telnet Console
- •5.1.3. Настройка Eclipse
- •5.1.4. Отладка в Eclipse
- •5.2. Полухостинг ARM
- •5.2.1. Включение полухостинга в новом проекте
- •5.2.2. Включение полуохостинга в существующем проекте
- •5.2.3. Недостатки полухостинга
- •5.2.4. Как работает полухостинг
- •II Погружение в HAL
- •6. Управление GPIO
- •6.2. Конфигурация GPIO
- •6.2.1. Режимы работы GPIO
- •6.2.2. Режим альтернативной функции GPIO
- •6.2.3. Понятие скорости GPIO
- •6.3. Управление GPIO
- •6.4. Деинициализация GPIO
- •7. Обработка прерываний
- •7.1. Контроллер NVIC
- •7.1.1. Таблица векторов в STM32
- •7.2. Разрешение прерываний
- •7.2.1. Линии запроса внешних прерываний и контроллер NVIC
- •7.2.2. Разрешение прерываний в CubeMX
- •7.3. Жизненный цикл прерываний
- •7.4. Уровни приоритета прерываний
- •7.4.1. Cortex-M0/0+
- •7.4.2. Cortex-M3/4/7
- •7.4.3. Установка уровня прерываний в CubeMX
- •7.5. Реентерабельность прерываний
- •8. Универсальные асинхронные последовательные средства связи
- •8.1. Введение в UART и USART
- •8.2. Инициализация UART
- •8.3. UART-связь в режиме опроса
- •8.3.1. Установка консоли последовательного порта в Windows
- •8.3.2. Установка консоли последовательного порта в Linux и MacOS X
- •8.4. UART-связь в режиме прерываний
- •8.5. Обработка ошибок
- •8.6. Перенаправление ввода-вывода
- •9. Управление DMA
- •9.1. Введение в DMA
- •9.1.1. Необходимость DMA и роль внутренних шин
- •9.1.2. Контроллер DMA
- •9.2. Модуль HAL_DMA
- •9.2.1. DMA_HandleTypeDef в HAL для F0/F1/F3/L0/L1/L4
- •9.2.2. DMA_HandleTypeDef в HAL для F2/F4/F7
- •9.2.3. DMA_HandleTypeDef в HAL для L0/L4
- •9.2.4. Как выполнять передачи в режиме опроса
- •9.2.5. Как выполнять передачи в режиме прерываний
- •9.2.8. Разнообразные функции модулей HAL_DMA и HAL_DMA_Ex
- •9.3. Использование CubeMX для конфигурации запросов к DMA
- •10. Схема тактирования
- •10.1. Распределение тактового сигнала
- •10.1.1. Обзор схемы тактирования STM32
- •10.1.1.1. Многочастотный внутренний RC-генератор в семействах STM32L
- •10.1.3.1. Подача тактового сигнала от высокочастотного генератора
- •10.1.3.2. Подача тактового сигнала от 32кГц генератора
- •10.2. Обзор модуля HAL_RCC
- •10.2.1. Вычисление тактовой частоты во время выполнения
- •10.2.2. Разрешение Выхода синхронизации
- •10.2.3. Разрешение Системы защиты тактирования
- •10.3. Калибровка HSI-генератора
- •11. Таймеры
- •11.1. Введение в таймеры
- •11.1.1. Категории таймеров в микроконтроллере STM32
- •11.1.2. Доступность таймеров в ассортименте STM32
- •11.2. Базовые таймеры
- •11.2.1. Использование таймеров в режиме прерываний
- •11.2.2. Использование таймеров в режиме опроса
- •11.2.3. Использование таймеров в режиме DMA
- •11.2.4. Остановка таймера
- •11.3. Таймеры общего назначения
- •11.3.1.1. Режим внешнего тактирования 2
- •11.3.1.2. Режим внешнего тактирования 1
- •11.3.2. Режимы синхронизации ведущего/ведомого таймеров
- •11.3.2.1. Разрешение прерываний, относящихся к триггерной цепи
- •11.3.2.2. Использование CubeMX для конфигурации синхронизации ведущего/ведомого устройств
- •11.3.3. Программная генерация связанных с таймером событий
- •11.3.4. Режимы отсчета
- •11.3.5. Режим захвата входного сигнала
- •11.3.5.1. Использование CubeMX для конфигурации режима захвата входного сигнала
- •11.3.6. Режим сравнения выходного сигнала
- •11.3.6.1. Использование CubeMX для конфигурации режима сравнения выходного сигнала
- •11.3.7. Генерация широтно-импульсного сигнала
- •11.3.7.1. Генерация синусоидального сигнала при помощи ШИМ
- •11.3.7.2. Использование CubeMX для конфигурации режима ШИМ
- •11.3.8. Одноимпульсный режим
- •11.3.8.1. Использование CubeMX для конфигурации одноимпульсного режима
- •11.3.9. Режим энкодера
- •11.3.9.1. Использование CubeMX для конфигурации режима энкодера
- •11.3.10.1. Режим датчика Холла
- •11.3.10.2. Комбинированный режим трехфазной ШИМ и другие функции управления двигателем
- •11.3.10.3. Вход сброса таймера и блокировка регистров таймера
- •11.3.10.4. Предварительная загрузка регистра автоперезагрузки
- •11.3.11. Отладка и таймеры
- •11.4. Системный таймер SysTick
- •12. Аналого-цифровое преобразование
- •12.1. Введение в АЦП последовательного приближения
- •12.2. Модуль HAL_ADC
- •12.2.1. Режимы преобразования
- •12.2.1.1. Режим однократного преобразования одного канала
- •12.2.1.2. Режим сканирования с однократным преобразованием
- •12.2.1.3. Режим непрерывного преобразования одного канала
- •12.2.1.4. Режим сканирования с непрерывным преобразованием
- •12.2.1.5. Режим преобразования инжектированных каналов
- •12.2.1.6. Парный режим
- •12.2.2. Выбор канала
- •12.2.3. Разрядность АЦП и скорость преобразования
- •12.2.4. Аналого-цифровые преобразования в режиме опроса
- •12.2.6. Аналого-цифровые преобразования в режиме DMA
- •12.2.6.1. Многократное преобразование одного канала в режиме DMA
- •12.2.6.3. Непрерывные преобразования в режиме DMA
- •12.2.7. Обработка ошибок
- •12.2.8. Преобразования, управляемые таймером
- •12.2.9. Преобразования, управляемые внешними событиями
- •12.2.10. Калибровка АЦП
- •12.3. Использование CubeMX для конфигурации АЦП
- •13.1. Введение в периферийное устройство ЦАП
- •13.2. Модуль HAL_DAC
- •13.2.1. Управление ЦАП вручную
- •13.2.2. Управление ЦАП в режиме DMA с использованием таймера
- •13.2.3. Генерация треугольного сигнала
- •13.2.4. Генерация шумового сигнала
- •14.1. Введение в спецификацию I²C
- •14.1.1. Протокол I²C
- •14.1.1.1. START- и STOP-условия
- •14.1.1.2. Формат байта
- •14.1.1.3. Кадр адреса
- •14.1.1.4. Биты «Подтверждено» (ACK) и «Не подтверждено» (NACK)
- •14.1.1.5. Кадры данных
- •14.1.1.6. Комбинированные транзакции
- •14.1.1.7. Удержание синхросигнала
- •14.1.2. Наличие периферийных устройств I²C в микроконтроллерах STM32
- •14.2. Модуль HAL_I2C
- •14.2.1.1. Операции I/O MEM
- •14.2.1.2. Комбинированные транзакции
- •14.3. Использование CubeMX для конфигурации периферийного устройства I²C
- •15.1. Введение в спецификацию SPI
- •15.1.1. Полярность и фаза тактового сигнала
- •15.1.2. Управление сигналом Slave Select
- •15.1.3. Режим TI периферийного устройства SPI
- •15.1.4. Наличие периферийных устройств SPI в микроконтроллерах STM32
- •15.2. Модуль HAL_SPI
- •15.2.1. Обмен сообщениями с использованием периферийного устройства SPI
- •15.2.2. Максимальная частота передачи, достижимая при использовании CubeHAL
- •15.3. Использование CubeMX для конфигурации периферийного устройства SPI
- •16. Циклический контроль избыточности
- •16.1. Введение в расчет CRC
- •16.1.1. Расчет CRC в микроконтроллерах STM32F1/F2/F4/L1
- •16.2. Модуль HAL_CRC
- •17. Независимый и оконный сторожевые таймеры
- •17.1. Независимый сторожевой таймер
- •17.1.1. Использование CubeHAL для программирования таймера IWDG
- •17.2. Системный оконный сторожевой таймер
- •17.2.1. Использование CubeHAL для программирования таймера WWDG
- •17.3. Отслеживание системного сброса, вызванного сторожевым таймером
- •17.4. Заморозка сторожевых таймеров во время сеанса отладки
- •17.5. Выбор сторожевого таймера, подходящего для вашего приложения
- •18. Часы реального времени
- •18.1. Введение в периферийное устройство RTC
- •18.2. Модуль HAL_RTC
- •18.2.1. Установка и получение текущей даты/времени
- •18.2.1.1. Правильный способ чтения значений даты/времени
- •18.2.2. Конфигурирование будильников
- •18.2.3. Блок периодического пробуждения
- •18.2.5. Калибровка RTC
- •18.2.5.1. Грубая калибровка RTC
- •18.2.5.2. Тонкая калибровка RTC
- •18.2.5.3. Обнаружение опорного тактового сигнала
- •18.3. Использование резервной SRAM
- •III Дополнительные темы
- •19. Управление питанием
- •19.1. Управление питанием в микроконтроллерах на базе Cortex-M
- •19.2. Как микроконтроллеры Cortex-M управляют рабочим и спящим режимами
- •19.2.1. Переход в/выход из спящих режимов
- •19.2.1.1. «Спящий режим по выходу»
- •19.3. Управление питанием в микроконтроллерах STM32F
- •19.3.1. Источники питания
- •19.3.2. Режимы питания
- •19.3.2.1. Рабочий режим
- •19.3.2.2. Спящий режим
- •19.3.2.3. Режим останова
- •19.3.2.4. Режим ожидания
- •19.3.2.5. Пример работы в режимах пониженного энергопотребления
- •19.4. Управление питанием в микроконтроллерах STM32L
- •19.4.1. Источники питания
- •19.4.2. Режимы питания
- •19.4.2.1. Рабочие режимы
- •19.4.2.2. Спящие режимы
- •19.4.2.2.1. Режим пакетного сбора данных
- •19.4.2.3. Режимы останова
- •19.4.2.4. Режимы ожидания
- •19.4.2.5. Режим выключенного состояния
- •19.4.3. Переходы между режимами питания
- •19.4.4. Периферийные устройства с пониженным энергопотреблением
- •19.4.4.1. LPUART
- •19.4.4.2. LPTIM
- •19.5. Инспекторы источников питания
- •19.6. Отладка в режимах пониженного энергопотребления
- •19.7. Использование калькулятора энергопотребления CubeMX
- •20. Организация памяти
- •20.1. Модель организации памяти в STM32
- •20.1.1. Основы процессов компиляции и компоновки
- •20.2.1. Исследование бинарного ELF-файла
- •20.2.2. Инициализация секций .data и .bss
- •20.2.2.1. Пара слов о секции COMMON
- •20.2.3. Секция .rodata
- •20.2.4. Области Стека и Кучи
- •20.2.5. Проверка размера Кучи и Стека на этапе компиляции
- •20.2.6. Различия с файлами скриптов инструментария
- •20.3. Как использовать CCM-память
- •20.3.1. Перемещение таблицы векторов в CCM-память
- •20.4.1. Программирование MPU с использованием CubeHAL
- •21. Управление Flash-памятью
- •21.1. Введение во Flash-память STM32
- •21.2. Модуль HAL_FLASH
- •21.2.1. Разблокировка Flash-памяти
- •21.2.2. Стирание Flash-памяти
- •21.2.3. Программирование Flash-памяти
- •21.3. Байты конфигурации
- •21.3.1. Защита от чтения Flash-памяти
- •21.4. Дополнительные памяти OTP и EEPROM
- •21.5. Задержка чтения Flash-памяти и ускоритель ART™ Accelerator
- •21.5.1. Роль TCM-памятей в микроконтроллерах STM32F7
- •22. Процесс начальной загрузки
- •22.1.1. Программное физическое перераспределение памяти
- •22.1.2. Перемещение таблицы векторов
- •22.1.3. Запуск микропрограммы из SRAM с помощью инструментария GNU MCU Eclipse
- •22.2. Встроенный загрузчик
- •22.2.1. Запуск загрузчика из встроенного программного обеспечения
- •22.2.2. Последовательность начальной загрузки в инструментарии GNU MCU Eclipse
- •22.3. Разработка пользовательского загрузчика
- •22.3.2. Как использовать инструмент flasher.py
- •23. Запуск FreeRTOS
- •23.1. Введение в концепции, лежащие в основе ОСРВ
- •23.2.1. Структура файлов с исходным кодом FreeRTOS
- •23.2.1.2. Как импортировать FreeRTOS с использованием CubeMX и CubeMXImporter
- •23.3. Управление потоками
- •23.3.1. Состояния потоков
- •23.3.2. Приоритеты потоков и алгоритмы планирования
- •23.3.3. Добровольное освобождение от управления
- •23.3.4. Холостой поток idle
- •23.4. Выделение памяти и управление ею
- •23.4.1. Модель динамического выделения памяти
- •23.4.1.1. heap_1.c
- •23.4.1.2. heap_2.c
- •23.4.1.3. heap_3.c
- •23.4.1.4. heap_4.c
- •23.4.1.5. heap_5.c
- •23.4.2. Модель статического выделения памяти
- •23.4.3. Пулы памяти
- •23.4.4. Обнаружение переполнения стека
- •23.5. Примитивы синхронизации
- •23.5.1. Очереди сообщений
- •23.5.2. Cемафоры
- •23.5.3. Сигналы потоков
- •23.6. Управление ресурсами и взаимное исключение
- •23.6.1. Мьютексы
- •23.6.2. Критические секции
- •23.6.3. Обработка прерываний совместно с ОСРВ
- •23.7. Программные таймеры
- •23.7.1. Как FreeRTOS управляет таймерами
- •23.8. Пример из практики: Управление энергосбережением с ОСРВ
- •23.8.1. Перехват холостого потока idle
- •23.8.2. Бестиковый режим во FreeRTOS
- •23.9. Возможности отладки
- •23.9.1. Макрос configASSERT()
- •23.9.2. Статистика среды выполнения и информация о состоянии потоков
- •23.10. Альтернативы FreeRTOS
- •23.10.1. ChibiOS
- •23.10.2. ОС Contiki
- •23.10.3. OpenRTOS
- •24. Продвинутые методы отладки
- •24.1. Введение в исключения отказов Cortex-M
- •24.1.1.1. Как инструментарий GNU MCU Eclipse обрабатывает исключения отказов
- •24.1.1.2. Как интерпретировать содержимое регистра LR при переходе в исключение
- •24.1.2. Исключения отказов и их анализ
- •24.2.1. Представление Expressions
- •24.2.1.1. Мониторы памяти
- •24.2.2. Точки наблюдения
- •24.2.3. Режим Instruction Stepping Mode
- •24.2.4. Keil Packs и представление Peripheral Registers
- •24.2.5. Представление Core Registers
- •24.3. Средства отладки от CubeHAL
- •24.4. Внешние отладчики
- •24.4.1. Использование SEGGER J-Link для отладчика ST-LINK
- •24.4.2. Использование интерфейса ITM и трассировка SWV
- •24.5. STM Studio
- •24.6. Одновременная отладка двух плат Nucleo
- •25. Файловая система FAT
- •25.1. Введение в библиотеку FatFs
- •25.1.1. Использование CubeMX для включения в ваши проекты библиотеки FatFs
- •25.1.2. Наиболее важные структуры и функции FatFs
- •25.1.2.1. Монтирование файловой системы
- •25.1.2.2. Открытие файлов
- •25.1.2.3. Чтение и запись файла
- •25.1.2.4. Создание и открытие каталога
- •25.1.3. Как сконфигурировать библиотеку FatFs
- •26. Разработка IoT-приложений
- •26.2. Ethernet контроллер W5500
- •26.2.1. Как использовать шилд W5500 и модуль ioLibrary_Driver
- •26.2.1.1. Конфигурирование интерфейса SPI
- •26.2.1.2. Настройка буферов сокетов и сетевого интерфейса
- •26.2.2. API-интерфейсы сокетов
- •26.2.2.1. Управление сокетами в режиме TCP
- •26.2.2.2. Управление сокетами в режиме UDP
- •26.2.3. Перенаправление ввода-вывода на сокет TCP/IP
- •26.2.4. Настройка HTTP-сервера
- •26.2.4.1. Веб-осциллограф
- •27. Начало работы над новым проектом
- •27.1. Проектирование оборудования
- •27.1.1. Послойная разводка печатной платы
- •27.1.2. Корпус микроконтроллера
- •27.1.3. Развязка выводов питания
- •27.1.4. Тактирование
- •27.1.5. Фильтрация вывода сброса RESET
- •27.1.6. Отладочный порт
- •27.1.7. Режим начальной загрузки
- •27.1.8. Обратите внимание на совместимость с выводами…
- •27.1.9. …и на выбор подходящей периферии
- •27.1.10. Роль CubeMX на этапе проектирования платы
- •27.1.11. Стратегии разводки платы
- •27.2. Разработка программного обеспечения
- •27.2.1. Генерация бинарного образа для производства
- •Приложение
- •Принудительный сброс микроконтроллера из микропрограммы
- •B. Руководство по поиску и устранению неисправностей
- •Проблемы с установкой GNU MCU Eclipse
- •Проблемы, связанные с Eclipse
- •Eclipse не может найти компилятор
- •Eclipse постоянно прерывается при выполнении каждой инструкции во время сеанса отладки
- •Пошаговая отладка очень медленная
- •Микропрограмма работает только в режиме отладки
- •Проблемы, связанные с STM32
- •Микроконтроллер не загружается корректно
- •Невозможно загрузить микропрограмму или отладить микроконтроллер
- •C. Схема выводов Nucleo
- •Nucleo-F446RE
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F411RE
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F410RB
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F401RE
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F334R8
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F303RE
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F302R8
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F103RB
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F091RC
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F072RB
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F070RB
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-F030R8
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-L476RG
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-L152RE
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-L073R8
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •Nucleo-L053R8
- •Разъемы, совместимые с Arduino
- •Morpho-разъемы
- •D. Корпусы STM32
- •LFBGA
- •LQFP
- •TFBGA
- •TSSOP
- •UFQFPN
- •UFBGA
- •VFQFP
- •WLCSP
- •E. Изменения книги
- •Выпуск 0.1 – Октябрь 2015
- •Выпуск 0.2 – 28 октября 2015
- •Выпуск 0.2.1 – 31 октября 2015
- •Выпуск 0.2.2 – 1 ноября 2015
- •Выпуск 0.3 – 12 ноября 2015
- •Выпуск 0.4 – 4 декабря 2015
- •Выпуск 0.5 – 19 декабря 2015
- •Выпуск 0.6 – 18 января 2016
- •Выпуск 0.6.1 – 20 января 2016
- •Выпуск 0.6.2 – 30 января 2016
- •Выпуск 0.7 – 8 февраля 2016
- •Выпуск 0.8 – 18 февраля 2016
- •Выпуск 0.8.1 – 23 февраля 2016
- •Выпуск 0.9 – 27 марта 2016
- •Выпуск 0.9.1 – 28 марта 2016
- •Выпуск 0.10 – 26 апреля 2016
- •Выпуск 0.11 – 27 мая 2016
- •Выпуск 0.11.1 – 3 июня 2016
- •Выпуск 0.11.2 – 24 июня 2016
- •Выпуск 0.12 – 4 июля 2016
- •Выпуск 0.13 – 18 июля 2016
- •Выпуск 0.14 – 12 августа 2016
- •Выпуск 0.15 – 13 сентября 2016
- •Выпуск 0.16 – 3 октября 2016
- •Выпуск 0.17 – 24 октября 2016
- •Выпуск 0.18 – 15 ноября 2016
- •Выпуск 0.19 – 29 ноября 2016
- •Выпуск 0.20 – 28 декабря 2016
- •Выпуск 0.21 – 29 января 2017
- •Выпуск 0.22 – 2 мая 2017
- •Выпуск 0.23 – 20 июля 2017
- •Выпуск 0.24 – 11 декабря 2017
- •Выпуск 0.25 – 3 января 2018
- •Выпуск 0.26 – 7 мая 2018
Управление DMA |
248 |
Таблица 4: Отображение каналов/запросов к DMA в микроконтроллере STM32L053
9.2. Модуль HAL_DMA
После долгих разговоров пришло время начать писать код.
Строго говоря, программирование контроллера DMA довольно простое, особенно если понятно, как контроллер DMA работает с теоретической точки зрения. Кроме того, CubeHAL предназначен для абстрагирования большинства базовых аппаратных подробностей.
Все функции HAL, связанные с манипулированием DMA, спроектированы таким образом, что они принимают в качестве первого параметра экземпляр структуры Си DMA_HandleTypeDef. Эта структура немного отличается от HAL CubeF2/F4/F7 и других CubeHAL из-за другой реализации контроллера DMA, как было показано в предыдущих параграфах. По этой причине мы покажем их отдельно.
Управление DMA |
249 |
9.2.1. DMA_HandleTypeDef в HAL для F0/F1/F3/L0/L1/L4
Структура DMA_HandleTypeDef определена в HAL CubeF0/F1/F3/L1 следующим образом:
typedef struct { |
|
|
|
|
DMA_Channel_TypeDef |
*Instance; |
/* |
Базовый адрес регистров |
*/ |
DMA_InitTypeDef |
Init; |
/* |
Параметры связи через DMA |
*/ |
HAL_LockTypeDef |
Lock; |
/* |
Блокировка объекта DMA |
*/ |
__IO HAL_DMA_StateTypeDef State; |
/* |
Состояние работы DMA |
*/ |
|
void |
*Parent; |
/* |
Состояние родительского объекта |
*/ |
void |
(* XferCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma); |
|
||
void |
(* XferHalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma); |
|||
void |
(* XferErrorCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma); |
|
||
__IO uint32_t |
ErrorCode; |
/* |
Код ошибки DMA |
*/ |
} DMA_HandleTypeDef; |
|
|
|
|
Давайте более подробно рассмотрим наиболее важные поля данной структуры.
•Instance (экземпляр): это указатель на дескриптор пары DMA/канал, который мы
будем использовать. Например, DMA1_Channel5 обозначает пятый канал DMA1. Помните, что каналы связаны с периферийными устройствами во время проектирования микроконтроллера, поэтому обратитесь к техническому описанию вашего микроконтроллера, чтобы узнать канал, связанный с периферийным устройством, которое вы хотите использовать в режиме DMA.
•Init: является экземпляром структуры Си DMA_InitTypeDef, которая используется
для конфигурации пары DMA/канал. Мы рассмотрим ее более подробно в ближайшее время.
•Parent (родитель): данный указатель используется HAL для отслеживания пери-
ферийных дескрипторов, связанных с текущей парой DMA/канал. Например, если мы используем UART в режиме DMA, это поле будет указывать на экземпляр UART_HandleTypeDef. Скоро мы увидим, как периферийные дескрипторы «связаны» с этим полем.
•XferCpltCallback, XferHalfCpltCallback, XferErrorCallback: это указатели на функ-
ции, используемые в качестве обратных вызовов для осведомления пользовательского кода о том, что передача через DMA завершена, завершена наполовину или произошла ошибка. Они автоматически вызываются HAL при срабатывании прерываний DMA функцией HAL_DMA_IRQHandler(), как мы увидим далее.
Все действия по конфигурации DMA/канал выполняются с использованием экземпляра структуры Си DMA_InitTypeDef, которая определена следующим образом:
typedef struct { uint32_t Direction; uint32_t PeriphInc; uint32_t MemInc;
uint32_t PeriphDataAlignment; uint32_t MemDataAlignment; uint32_t Mode;
uint32_t Priority; } DMA_InitTypeDef;
Управление DMA |
250 |
•Direction: задает направление передачи через DMA и может принимать одно из
значений, указанных в таблице 5.
•PeriphInc: как было сказано в предыдущих параграфах, контроллер DMA имеет
один периферийный порт, используемый для указания адреса периферийного регистра, участвующего в передаче памяти (например, для интерфейса UART адрес его Регистра данных (Data Register, DR)). Поскольку передача памяти через DMA обычно включает в себя несколько байт, DMA может быть запрограммирован на автоматическое увеличение периферийного регистра для каждого переданного байта. Это справедливо как для передачи типа память-в-память, так и для периферийных устройств, предоставляющих байтовую, полусловную и пословную адресации (как внешняя память SRAM). В этом случае поле принимает значение
DMA_PINC_ENABLE, в противном случае DMA_PINC_DISABLE.
•MemInc: это поле имеет то же значение, что и поле PeriphInc, но оно предполагает
порт памяти. Может принимать значение DMA_MINC_ENABLE, чтобы обозначить, что указанный адрес памяти должен увеличиваться после каждого переданного байта, или значение DMA_MINC_DISABLE, чтобы оставлять его неизменным после каждой передачи.
•PeriphDataAlignment: размеры передаваемых данных периферийного устройства и памяти полностью программируются через это поле и следующее. Оно может принимать значение из таблицы 6. Контроллер DMA спроектирован так, чтобы автоматически выполнять выравнивание данных (упаковку/распаковку) при различии в размерах данных источника и пункта назначения. Эта тема выходит за рамки данной книги. Пожалуйста, обратитесь к справочному руководству по вашему микроконтроллеру.
•MemDataAlignment: задает размер данных, передаваемых из памяти, и может при-
нимать значение из таблицы 7.
•Mode: контроллер DMA в микроконтроллерах STM32 имеет два режима работы:
DMA_NORMAL и DMA_CIRCULAR. В обычном режиме (normal mode) DMA отправляет ука-
занный объем данных из источника в порт назначения и останавливает транзакции. Он должен быть снова переподготовлен, чтобы сделать еще одну передачу. В циклическом режиме (circular mode) в конце передачи он автоматически сбрасывает счетчик передачи и начинает передачу снова с первого байта буфера источника (то есть он рассматривает буфер источника как кольцевой буфер). Данный режим также называется непрерывным режимом (continuous mode), и это единственный способ достичь действительно высокой скорости передачи в некоторых периферийных устройствах (например, высокоскоростных устройствах SPI).
•Priority: еще одна важная особенность контроллера DMA – способность назна-
чать приоритеты каждому каналу, чтобы управлять одновременными запросами. Это поле может принимать значение из таблицы 8. В случае одновременных запросов от периферийных устройств, подключенных к каналам с одинаковым приоритетом, сначала срабатывает канал с меньшим порядковым номером.
Управление DMA |
|
|
|
251 |
Таблица 5: Доступные направления передачи через DMA |
|
|||
Направление передачи через DMA |
Описание |
|
||
|
|
|
|
|
DMA_PERIPH_TO_MEMORY |
|
Направление передачи из периферии в память |
|
|
DMA_MEMORY_TO_PERIPH |
|
Направление передачи из памяти в периферию |
|
|
DMA_MEMORY_TO_MEMORY |
|
Направление передачи из памяти в память |
|
|
Таблица 6: Размер данных периферийного устройства при передаче через DMA |
|
|||
Размер периферийных данных |
Описание |
|
||
|
|
|
|
|
DMA_PDATAALIGN_BYTE |
|
Выравнивание периферийных данных: побайтно |
|
|
DMA_PDATAALIGN_HALFWORD |
|
Выравнивание периферийных данных: полусловно |
||
DMA_PDATAALIGN_WORD |
|
Выравнивание периферийных данных: пословно |
|
|
Таблица 7: Размер данных в памяти при передаче через DMA |
|
|||
Размер данных в памяти |
Описание |
|
||
|
|
|
|
|
DMA_MDATAALIGN_BYTE |
|
Выравнивание данных в памяти: байт |
|
|
DMA_MDATAALIGN_HALFWORD |
|
Выравнивание данных в памяти: полуслово |
|
|
DMA_MDATAALIGN_WORD |
|
Выравнивание данных в памяти: слово |
|
|
Таблица 8: Доступные приоритеты канала DMA |
|
|||
Приоритет канала DMA |
|
Описание |
|
|
|
|
|
|
|
DMA_PRIORITY_LOW |
|
Уровень приоритета: низкий |
|
|
DMA_PRIORITY_MEDIUM |
|
Уровень приоритета: средний |
|
|
DMA_PRIORITY_HIGH |
|
Уровень приоритета: высокий |
|
|
DMA_PRIORITY_VERY_HIGH |
|
Уровень приоритета: очень высокий |
|
|
9.2.2. DMA_HandleTypeDef в HAL для F2/F4/F7 |
|
|||
Структура DMA_HandleTypeDef определена в HAL CubeF2/F4/F7 следующим образом: |
|
|||
typedef struct { |
|
|
|
|
DMA_Stream_TypeDef |
*Instance; |
/* |
Базовый адрес регистров |
*/ |
DMA_InitTypeDef |
Init; |
/* Параметры связи через DMA |
*/ |
|
HAL_LockTypeDef |
Lock; |
/* |
Блокировка объекта DMA |
*/ |
__IO HAL_DMA_StateTypeDef State; |
/* |
Состояние работы DMA |
*/ |
|
void |
*Parent; |
/* |
Состояние родительского объекта |
*/ |
void |
(* XferCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma); |
|
||
void |
(* XferHalfCpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma); |
|||
void |
(* XferM1CpltCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma); |
|||
void |
(* XferErrorCallback)( struct __DMA_HandleTypeDef * hdma); |
|||
__IO uint32_t |
ErrorCode; |
/* |
Код ошибки DMA |
*/ |
uint32_t |
StreamBaseAddress; /* Базовый адрес потока DMA |
*/ |
||
uint32_t |
StreamIndex; |
/* Индекс потока DMA |
*/ |
|
} DMA_HandleTypeDef; |
|
|
|
|
Давайте более подробно рассмотрим наиболее важные поля данной структуры.
Управление DMA |
252 |
•Instance (экземпляр): указатель на дескриптор потока, который мы будем исполь-
зовать. Например, DMA1_Stream6 обозначает седьмой13 поток DMA1. Помните, что поток должен быть связан с каналом, прежде чем его можно будет использовать. Это достигается через поле Init, как мы увидим через некоторое время. Помните также, что каналы связаны с периферийными устройствами во время проектирования микроконтроллера, поэтому обратитесь к техническому описанию вашего микроконтроллера, чтобы увидеть канал, связанный с периферийным устройством, которое вы хотите использовать в режиме DMA.
•Init: это экземпляр структуры Си DMA_InitTypeDef, которая используется для кон-
фигурации тройки DMA/канал/поток. Мы рассмотрим ее более подробно в ближайшее время.
•Parent (родитель): этот указатель используется HAL для отслеживания перифе-
рийных дескрипторов, связанных с текущей парой DMA/канал. Например, если мы используем UART в режиме DMA, это поле будет указывать на экземпляр UART_HandleTypeDef. Скоро мы увидим, как периферийные дескрипторы «связаны» с этим полем.
•XferCpltCallback, XferHalfCpltCallback, XferM1CpltCallback, XferErrorCallback: это
указатели на функции, используемые в качестве обратных вызовов для осведомления пользовательского кода о том, что передача DMA завершена, завершена наполовину, передача первого буфера при многобуферной передаче завершена или
произошла ошибка. Они автоматически вызываются HAL при срабатывании прерывания DMA функцией HAL_DMA_IRQHandler(), как мы увидим далее.
Все действия по конфигурации DMA/канал выполняются с использованием экземпляра структуры Си DMA_InitTypeDef, которая определена следующим образом:
typedef struct { uint32_t Channel; uint32_t Direction; uint32_t PeriphInc; uint32_t MemInc;
uint32_t PeriphDataAlignment; uint32_t MemDataAlignment; uint32_t Mode;
uint32_t Priority; uint32_t FIFOMode; uint32_t FIFOThreshold; uint32_t MemBurst; uint32_t PeriphBurst;
} DMA_InitTypeDef;
•Channel: задает канал DMA, используемый для выбранного потока. Может прини-
мать значения от DMA_CHANNEL_0, DMA_CHANNEL_1 до DMA_CHANNEL_7. Помните, что пе-
риферийные устройства связаны с потоками и каналами во время проектирования микроконтроллера, поэтому обратитесь к техническому описанию вашего микроконтроллера, чтобы увидеть поток, связанный с периферийным устройством, которое вы хотите использовать в режиме DMA.
13 Отсчет потоков начинается с нуля.
Управление DMA |
253 |
•Direction: задает направление передачи DMA и может принимать одно из значе-
ний, указанных в таблице 5.
•PeriphInc: как было сказано в предыдущих параграфах, контроллер DMA имеет
один периферийный порт, используемый для указания адреса периферийного регистра, участвующего в передаче памяти (например, для интерфейса UART адрес его Регистра данных (Data Register, DR)). Поскольку передача памяти через DMA обычно включает в себя несколько байт, DMA может быть запрограммирован на автоматическое увеличение периферийного регистра для каждого переданного байта. Это справедливо как для передачи типа память-в-память, так и для периферийных устройств, предоставляющих байтовую, полусловную и пословную адресации (как внешняя память SRAM). В этом случае поле принимает значение
DMA_PINC_ENABLE, в противном случае DMA_PINC_DISABLE.
•MemInc: это поле имеет то же значение, что и поле PeriphInc, но оно предполагает
порт памяти. Может принимать значение DMA_MINC_ENABLE, чтобы обозначить, что указанный адрес памяти должен увеличиваться после каждого переданного байта, или значение DMA_MINC_DISABLE, чтобы оставлять его неизменным после каждой передачи.
•PeriphDataAlignment: размеры передаваемых данных периферийного устройства и памяти полностью программируются через это поле и следующее. Оно может принимать значение из таблицы 6. Контроллер DMA спроектирован так, чтобы автоматически выполнять выравнивание данных (упаковку/распаковку) при различии в размерах данных источника и пункта назначения. Эта тема выходит за рамки данной книги. Пожалуйста, обратитесь к справочному руководству по вашему микроконтроллеру.
•MemDataAlignment: задает размер данных, передаваемых из памяти, и может при-
нимать значение из таблицы 7.
•Mode: контроллер DMA в микроконтроллерах STM32 имеет два режима работы:
DMA_NORMAL и DMA_CIRCULAR. В обычном режиме (normal mode) DMA отправляет ука-
занный объем данных из источника в порт назначения и останавливает транзакции. Он должен быть снова переподготовлен, чтобы сделать еще одну передачу. В циклическом режиме (circular mode) в конце передачи он автоматически сбрасывает счетчик передачи и начинает передачу снова с первого байта буфера источника (то есть он рассматривает буфер источника как кольцевой буфер). Данный режим также называется непрерывным режимом (continuous mode), и это единственный способ достичь действительно высокой скорости передачи в некоторых периферийных устройствах (например, высокоскоростных устройствах SPI).
•Priority: одна важная особенность контроллера DMA – способность назначать
приоритеты каждому потоку, чтобы управлять одновременными запросами. Это поле может принимать значение из таблицы 8. В случае одновременных запросов от периферийных устройств, подключенных к потокам с одинаковым приоритетом, сначала запускается поток с меньшим порядковым номером.
•FIFOMode: используется для включения/отключения в DMA режима FIFO при по-
мощи макросов DMA_FIFOMODE_ENABLE/DMA_FIFOMODE_DISABLE. В микроконтроллерах
STM32F2/F4/F7 каждый поток имеет независимый буфер FIFO из 4 слов (4*32 бита). Буфер FIFO используется для временного хранения данных, поступающих от источника, до их передачи в пункт назначения. При отключении используется прямой режим, англ. direct mode (это «обычный» режим, доступный в других микроконтроллерах STM32).
Управление DMA |
254 |
Режим FIFO предоставляет несколько преимуществ: он сокращает доступ к SRAM и, таким образом, дает больше времени другим ведущим устройствам для доступа к шинной матрице без дополнительного параллелизма; он позволяет программному обеспечению выполнять пакетные транзакции (burst transactions), которые оптимизируют пропускную способность передачи (подробнее об этом чуть позже); также он позволяет упаковывать/распаковывать данные для адаптации размеров данных источника и получателя без дополнительного доступа к DMA. Если в DMA включен режим FIFO, можно использовать упаковку/распаковку данных и/или режим пакетной передачи. Буфер FIFO автоматически очищается в соответствии с пороговым уровнем. Этот уровень конфигурируется программно в диапазонах 1/4, 1/2, 3/4 буфера или его полный размер.
•FIFOThreshold: задает пороговый уровень буфера FIFO и может принимать значе-
ние из таблицы 9.
•MemBurst: алгоритм планирования Round Robin управляет доступом к потоку DMA,
прежде чем он сможет передать последовательность байтов по шине AHB. Это «замедляет» операции передачи, и для некоторых высокоскоростных периферийных устройств это может стать узким местом. Пакетная передача позволяет потоку DMA неоднократно передавать данные, не проходя все этапы, необходимые для передачи каждого фрагмента данных в отдельной транзакции. Режим пакетной передачи (burst mode) работает в сочетании с буфером FIFO и ничего не говорит о количестве переданных байт. Он основан на конфигурации поля MemDataAlignment (когда мы выполняем передачу типа память-в-периферию). MemBurst указывает количество транзакций, выполненных потоком, и состоит из байтов, полуслов и слов в зависимости от конфигурации источника. Поле MemBurst может принимать одно из значений таблицы 10.
•PeriphBurst: это поле означает то же, что и предыдущее, но оно связано с переда-
чами типа периферия-в-память. Может принимать значение из таблицы 11.
Таблица 9: Доступные пороговые уровни FIFO
Пороговые уровни FIFO |
Описание |
|
|
DMA_FIFO_THRESHOLD_1QUARTERFULL |
Конфигурация порога в 1/4 буфера FIFO |
DMA_FIFO_THRESHOLD_HALFFULL |
Конфигурация порога в 1/2 буфера FIFO |
DMA_FIFO_THRESHOLD_3QUARTERSFULL |
Конфигурация порога в 3/4 буфера FIFO |
DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL |
Конфигурация порога в полный буфер FIFO |
Таблица 10: Доступные режимы DMA пакетной передачи памяти |
|
Режимы пакетной передачи памяти |
Описание |
|
|
DMA_MBURST_SINGLE |
Одиночный пакет |
DMA_MBURST_INC4 |
Разрыв на 4 пакета (Burst of 4 beats) |
DMA_MBURST_INC8 |
Разрыв на 8 пакетов |
DMA_MBURST_INC16 |
Разрыв на 16 пакетов |
Таблица 11: Доступные режимы DMA пакетной передачи периферийных данных
Режимы пакетной передачи периферийных данных |
Описание |
|
|
|
|
DMA_PBURST_SINGLE |
Одиночный пакет |
|
DMA_PBURST_INC4 |
Разрыв на 4 |
пакета |
DMA_PBURST_INC8 |
Разрыв на 8 |
пакетов |
DMA_PBURST_INC16 |
Разрыв на 16 пакетов |