STM32 без HAL и SPL

в 8:19, , рубрики: C, hal, microcontrollers, stm32, stm32cube, программирование микроконтроллеров, Промышленное программирование

В свое время, более 5 лет, при поиске информации о 32-разрядных микроконтроллерах, обратил внимание, что практически все примеры для STM32 подразумевали использование SPL (Standard Peripherals Library). Цитата из Википедии:

STM32F10x Standard Peripherals Library (сокр. STM32F10x SPL) — библиотека, созданная компанией STMicroelectronics на языке Си для своих микроконтроллеров семейства STM32F10x. Содержит функции, структуры и макросы для облегчения работы с периферией микроконтроллера."

В настоящее время, для снижения порога вхождения и ускорения разработки предлагается использовать STM32CUBE. Цитата с сайта STM:

STM32Cube embedded software libraries, including:

The HAL hardware abstraction layer, enabling portability between different STM32 devices via standardized API calls.
The Low-Layer (LL) APIs, a light-weight, optimized, expert oriented set of APIs designed for both performance and runtime efficiency.
A collection of Middleware components, like RTOS, USB library, file system, TCP/IP stack, Touch sensing library or Graphic Library (depending on the MCU series)

На мой взгляд, для большинства проектов не нужны внешние библиотеки и проще использовать обращение к регистрам микроконтроллера, используя стандартную документацию.

Бытует мнение, что использование регистров микроконтроллера — это более сложный путь, чем использовать обертки из внешних библиотек. Попробую показать, что это не всегда так.
Примеры инициализации регистров с комментариями.

Инициализация периферии.

Порты

.
Для многих проектов нужно просто включать или выключать соответствующие ноги контроллера и считывать аналоговые значения.

Включение порта: 1 строчка кода:

  //инициализация порта A*************************
  RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN; 

Перевод 0 пина порта A в аналоговый режим 2 строчки:

  //PA0 - PA0/ADC1_ADC2_ADC3_IN0
  // GPIO_Pin_0 порта A аналоговый вход 
  GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODER0_0; 
  GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODER0_1; 

Перевод 2 пина порта A в режим выхода (пуш-пулл) 1 строчка:

GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODER2_0; 

Использование альтернативных функций тоже не очень сложно. Часто микроконтроллер используется для управления полумостовым преобразователем. Для этого нужно соответствующие пины порта сконфигурировать, как комплементарные выходы ШИМ.

Определение выхода 8 порта А, как ШИМ выход CH1 счетчика TIM1 (3 строчки):

  //PA8/TIM1_CH1
  // Alternate function mode
  GPIOA->MODER &= ~GPIO_MODER_MODER8_0; //0
  GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODER8_1;  //1
  //GPIO alternate function high register (GPIOx_AFRL)
  //AFR8[3:0] = 0001: AF1 
  GPIOA -> AFR[1] |= 0x00000001;

Определение выхода 13 порта B, как ШИМ выход CH1N счетчика TIM1:

//PB13/TIM1_CH1N
  // Alternate function mode
  GPIOB->MODER &= ~GPIO_MODER_MODER13_0; //0
  GPIOB->MODER |= GPIO_MODER_MODER13_1;  //1
  //GPIO alternate function high register (GPIOx_AFRL)
  //AFR13[3:0] = 0001: AF1 
  GPIOB -> AFR[1] |= 0x00100000;

Закономерный вопрос: где взять обозначения нужных регистров и битов? Ответ: в 3-ех документах (на примере 746).

1. Reference manual STM32F7.pdf
2. STM32F745xx.pdf
3. stm32f746xx.h

Этих 3 файлов полностью хватает для того, чтобы правильно обращаться ко всем регистрам микроконтроллера.

АЦП

Пример инициализации АЦП для работы в режиме DMA. В этом режиме 4 канала АЦП2 автоматически переключаются по кругу и передают данные контроллеру DMA, который складывает данные в массив.

void init_ADC1(void)
{
  RCC->APB2ENR |=  RCC_APB2ENR_ADC1EN;   //подаем тактирование АЦП 
  ADC1->CR2    |=  ADC_CR2_ADON;                //включить АЦП
  ADC1->CR1    |=  ADC_CR1_EOCIE; 
  ADC1->CR1    |=  ADC_CR1_SCAN;                 // Bit 8 SCAN: Scan mode
  ADC1->CR2    |=  ADC_CR2_EOCS;                 //Bit 10 EOCS: End of conversion selection
  ADC1->CR2    |=  ADC_CR2_DMA;                   //Bit 8 DMA: Direct memory access mode (for single ADC mode)
  ADC1->CR2    |=  ADC_CR2_DDS;   //Bit 9 DDS: DMA disable selection (for single ADC mode
  
  //Bits 23:20 L[3:0]: Regular channel sequence length (4)
  //0003: 4 conversion
  ADC1->SQR1   |= ADC_SQR1_L_0;     //1
  ADC1->SQR1   |= ADC_SQR1_L_1;     //1
  ADC1->SQR1   &= ~ADC_SQR1_L_2;  //0
  ADC1->SQR1   &= ~ADC_SQR1_L_3;  //0
  
  //Bits 4:0 SQ1[4:0]: 1st conversion in regular sequence PC0/ADC1_ADC2_ADC3_IN10
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ1_0;   //0
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ1_1;     //1
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ1_2;   //0
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ1_3;     //1
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ1_4;   //0

  //Bits 4:0 SQ2[4:0]: 2st conversion in regular sequence PC1/ADC1_ADC2_ADC3_IN11
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ2_0;     //1
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ2_1;     //1
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ2_2;   //0
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ2_3;     //1
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ2_4;   //0

  //Bits 4:0 SQ3[4:0]: 3st conversion in regular sequence PC2/ADC1_ADC2_ADC3_IN12
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ3_0;   //0
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ3_1;   //0
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ3_2;   //1
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ3_3;   //1
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ3_4;   //0

   //Bits 4:0 SQ4[4:0]: 4st conversion in regular sequence PC3/ADC1_ADC2_ADC3_IN13
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ4_0;   //1
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ4_1;   //0
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ4_2;   //1
  ADC1->SQR3   |=  ADC_SQR3_SQ4_3;   //1
  ADC1->SQR3   &= ~ADC_SQR3_SQ4_4;   //0

 NVIC_EnableIRQ (ADC_IRQn);
}

ПДП

Инициализация одного потока ПДП для передачи данных из АЦП в массив (см. выше)

  //Тактирование DMA2
  RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_DMA2EN; 
  
 //Stream3 Channel 1 DMA2 - в массив ADC2_array 2 каналa
  
  //Bits 27:25 CHSEL[2:0]: Channel selection (1)
  DMA2_Stream3->CR |= DMA_SxCR_CHSEL_0; //1
  DMA2_Stream3->CR &= ~DMA_SxCR_CHSEL_1; //0
  DMA2_Stream3->CR &= ~DMA_SxCR_CHSEL_2; //0
  
  //Bits 14:13 MSIZE[1:0]: Memory data size (16 bit)
  DMA2_Stream3->CR |=  DMA_SxCR_MSIZE_0; //1
  DMA2_Stream3->CR &= ~DMA_SxCR_MSIZE_1; //0
  
  //Bits 12:11 PSIZE[1:0]: Peripheral data size (16 bit)
  DMA2_Stream3->CR |=  DMA_SxCR_PSIZE_0; //1
  DMA2_Stream3->CR &= ~DMA_SxCR_PSIZE_1; //0
  
  //Bits 10 MINC: Memory increment mode
  DMA2_Stream3->CR |=  DMA_SxCR_MINC;
  
  //Bits 7:6 DIR[1:0]: Data transfer direction (00: Peripheral-to-memory)
  DMA2_Stream3->CR &=  ~DMA_SxCR_DIR_0; //0
  DMA2_Stream3->CR &=  ~DMA_SxCR_DIR_1; //0
  
  //Bits 4 TCIE: Transfer complete interrupt enable
  DMA2_Stream3->CR |=  DMA_SxCR_TCIE;
  
  //Bits 15:0 NDT[15:0]: Number of data items to transfer
  //1000 point x 4 channel
  DMA2_Stream3-> NDTR = 4000;
  
  //Bits 31:0 PAR[31:0]: Peripheral address
  DMA2_Stream3->PAR = (uint32_t) &(ADC2->DR);
  
  //Bits 31:0 M0A[31:0]: Memory 0 address
  DMA2_Stream3->M0AR = (uint32_t) ADC2_array;
  
  //Bits 0 EN: Stream enable / flag stream ready when read low
  DMA2_Stream3->CR |=  DMA_SxCR_EN;
  
  NVIC_EnableIRQ (DMA2_Stream0_IRQn);

Таймеры

Пример конфигурации таймера с комплементарными 12-разрядными ШИМ выходами для управления 3 полумостами (3-фазный инвертор)

  // TIM1 PWM
  RCC -> APB2ENR |= RCC_APB2ENR_TIM1EN; //тактирование TIM1

  TIM1->CR1   |=  TIM_CR1_CMS_0;    //Center-aligned mode 1
  TIM1->CR1   |=  TIM_CR1_ARPE; 
  
  //частота ШИМ
  //прескалер 8 и период 4000 - 3000 Гц
  //частота шины 108 МГц

  TIM1->PSC  = 8;
  TIM1->ARR  = 4000; 

  TIM1->CCR1 = 1000;  //начальные значения
  TIM1->CCR2 = 1000;  
  TIM1->CCR3 = 1000;

  TIM1->CCMR1 &=  ~TIM_CCMR1_OC1M_0; 
  TIM1->CCMR1 |=  TIM_CCMR1_OC1M_1;
  TIM1->CCMR1 |=  TIM_CCMR1_OC1M_2; //110: PWM mode 1
  
  TIM1->CCMR1 &=  ~TIM_CCMR1_OC2M_0;
  TIM1->CCMR1 |=  TIM_CCMR1_OC2M_1;
  TIM1->CCMR1 |=  TIM_CCMR1_OC2M_2; //110: PWM mode 1
  
  TIM1->CCMR2 &=  ~TIM_CCMR2_OC3M_0;
  TIM1->CCMR2 |=  TIM_CCMR2_OC3M_1;
  TIM1->CCMR2 |=  TIM_CCMR2_OC3M_2; //110: PWM mode 1
  
  TIM1->CCER  |=  TIM_CCER_CC1E;   // Capture/Compare 1 output enable
  TIM1->CCER  |=  TIM_CCER_CC1NE;  // Capture/Compare 1 complementary output enable
  TIM1->CCER  |=  TIM_CCER_CC2E;   // Capture/Compare 2 output enable
  TIM1->CCER  |=  TIM_CCER_CC2NE;  // Capture/Compare 2 complementary output enable
  TIM1->CCER  |=  TIM_CCER_CC3E;   // Capture/Compare 3 output enable
  TIM1->CCER  |=  TIM_CCER_CC3NE;  // Capture/Compare 3 complementary output enable

  //DTG[7:0]: Dead-time generator setup  1 mks
  TIM1->BDTR  |= TIM_BDTR_DTG_0;
  TIM1->BDTR  |= TIM_BDTR_DTG_1;
  TIM1->BDTR  |= TIM_BDTR_DTG_2;
  TIM1->BDTR  |= TIM_BDTR_DTG_3;
  TIM1->BDTR  |= TIM_BDTR_DTG_4;
  TIM1->BDTR  |= TIM_BDTR_DTG_5;
  TIM1->BDTR  |= TIM_BDTR_DTG_6;
  TIM1->BDTR  |= TIM_BDTR_DTG_7;

  TIM1->DIER |= TIM_DIER_CC1IE; //Capture/Compare 1 interrupt enable
  //TIM1->DIER |= TIM_DIER_CC2IE; //Capture/Compare 2 interrupt enable
  //TIM1->DIER |= TIM_DIER_CC3IE; //Capture/Compare 3 interrupt enable
  
  TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN; //Bit 0 CEN: Counter enable
  TIM1->BDTR  |=  TIM_BDTR_MOE;     //MOE: Main output enable
    
  NVIC_EnableIRQ (TIM1_CC_IRQn); //разрешить прерывания от таймера 

Пример конфигурации таймера для формирования прерываний по времени. Прерывания от этого таймера, как правило, используются для обновления данных в интерфейсах. В этом режиме внешние выходы таймера не используются.

  // TIM3 100 мсек
  RCC -> APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM3EN; //TIM3 Timer clock enable
  
  TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN;   //Bit 0 CEN: Counter enable
  TIM3->CR1 |= TIM_CR1_ARPE;  //Bit 7 ARPE: Auto-reload preload enable
  TIM3->DIER |= TIM_DIER_UIE; //Bit 0 UIE: Update interrupt enable
  
  TIM3->PSC = 2000;
  TIM3->ARR = 5400;
  NVIC_EnableIRQ (TIM3_IRQn); //разрешить прерывания от таймера 
 

Эти файлы конфигурации используются практически без изменения длительное время. Начиналось это все еще на 103 контроллере, сейчас используется на 7 серии :)

Конечно инициализация АЦП, таймеров и ПДП чуть сложнее, чем портов, но тоже простая задача.
При этом не используются внешние библиотеки, более компактный код, более предсказуемое поведение контроллера.

Автор: sanders1967

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля