Программирование микроконтроллеров STM32 в Arduino IDE

Тема программирования микроконтроллеров ранее многократно поднималась в этом блоге, но исключительно в контексте микроконтроллеров AVR и соответственно, Arduino. Сегодня же речь пойдет о микроконтроллере STM32F103C8T6 на базе ядра ARM 32 Cortex-M3. Вы наверняка слышали об архитектуре ARM — она используется в большинстве современных телефонов и планшетов, а также Raspberry Pi, полетных контроллерах для квадрокоптеров, некоторых осциллографах  и многих других устройствах.

Применённые комплектующие:

Ниже приведены характеристики платы Blue Pill:

  • процессор: ARM Cortex-M3, 32-бит, 72 МГц
  • напряжение питания ядра: 2 ~ 3,6 В
  • напряжение питания периферии: 2-3,6 В
  • объём Flash-памяти: 64 Кбайт
  • объём RAM: 20 Кбайт
  • каналов АЦП: 2 (12 бит)
  • скорость АЦП: 1 МГц
  • сторожевой таймер: 1
  • часы реального времени: 1
  • поддержка интерфейсов: 3 x UART, 1 x CAN, 1 x USB
  • размеры: 53,5 x 23 мм.

Расположение пинов STM32F103C8T6 Blue Pill

Для сравнения, Arduino Nano стоит столько же и имеет похожий форм-фактор, но работает на 8-и битном микроконтроллере, имеет частоту 16 МГц, меньше пинов, лишь 32 КБ flash-памяти, 2 Кб оперативной памяти, 10-битный АЦП, 8-и битный ШИМ, по одному каналу UART, I2C и SPI, а про отладку он и вовсе слыхом не слыхивал. То есть, за те же деньги мы получаем куда более мощную железку.

Настройка Arduino IDE

Интересная особенность платы заключается в том, что под нее можно писать из Arduino IDE, используя знакомый набор процедур и классов, а также многие библиотеки, изначально написанные под Arduino. Это делает плату весьма привлекательной для начинающих.



Для программирования под данную плату нам понадобится кросс-компилятор для ARM, отладчик, стандартная библиотека C и клиент к программатору. В Arch Linux соответствующие пакеты ставятся так:

Далее учим Arduino IDE работать с нашей платой:

Мне дополнительно пришлось поправить Arduino_STM32/STM32F1/platform.txt:

… ибо сыпались ошибки про то, что Arduino IDE не может найти исполняемый файл arm-none-eabi-g++.

После этого если открыть Arduino IDE, то в меню Tools → Board вы обнаружите большой выбор плат на базе микроконтроллеров STM32. Выбираем Generic STM32F103C. В Tools → Upload Method выбираем STLink. Четыре пина на плате с подписями 3.3V, IO, CLK и GND подключаем к пинам 3.3V, SWDIO, SWCLK и GND программатора соответственно. Проверяем джамперы на плате. Оба джампера (так называемые boot0 и boot1) должны стоять в положении 0.

Fun fact! Чтобы постоянно не возиться с проводами при подключении программатора, выясняя, провод какого цвета к какому пину платы нужно подключить в этот раз, можно взять кусок макетки и спаять адаптер на базе разъема IDC-10. Адаптер подключается к плате через четыре угловых гнезда с шагом 2,54 мм, а затем адаптер подключается к программатору через соответствующий шлейф. Больше никакой путаницы!

Пробуем скомпилировать и залить такой скетч:

Fun fact! В плате Blue Pill светодиод стоит между ногой PC13 и VCC (схема [PDF]), а не между ногой и землей, как можно было бы ожидать. Поэтому, подавая HIGH на PC13, мы гасим светодиод, а подавая LOW — зажигаем.

Если при прошивке возникает ошибка:

… проверьте, не перепутали ли вы пины CLK и IO, а также попробуйте зажать кнопку Reset на плате.

Если все сделано правильно, светодиод на плате будет мигать, а частота мигания будет меняться при внесении соответствующих изменений в код.

Более сложный пример

Ниже приведен код посложнее, демонстрирующий использование ШИМ, аналоговых пинов, а также отладочный вывод по UART:

Соответствующая цепь, собранная на макетной плате:

Схема с микроконтроллером STM32

При нажатии на кнопку один светодиод гаснет, а второй загорается. Яркость свечения светодиода регулируется потенциометром. Как видите, код очень мало отличается от обычного кода для Arduino. Отличаются только названия пинов, а также диапазоны значений, с которыми работают процедуры analogRead и pwmWrite.

Еще больше примеров можно найти в File → Examples → A_STM32_Examples.

Сторонние библиотеки

Многие библиотеки уже портированы под STM32 — WireServo, LiquidCrystal и другие. А что, если попытаться использовать стороннюю библиотеку с GitHub? Для эксперимента я решил попытаться воспользоваться библиотекой LiquidCrystal_I2C.



Добавляем библиотеку в Arduino IDE:

Заливаем прошивку:

Смотрим результат:

Использование библиотеки LiquidCrystal_I2C на STM32

Стоит помнить, что экранчику нужно 5 В, а плата питается от 3.3 В. Поэтому, чтобы все заработало, плату нужно запитать от USB, а экранчик подключить к пину 5V. Экранчик оказался совместим с 3.3-вольтовой логикой, но в более общем случае может потребоваться преобразователь логических уровней.

Само собой разумеется, не всякая библиотека, написанная под Arduino, так просто возьмет и заработает под STM32. Но, по всей видимости, для многих библиотек это действительно так.