LibOpenCM3(一) Linux下命令行开发环境配置

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本文使用 Linux 环境, 硬件为 STM32F103 系列开发板

LibOpenCM3 介绍

LibOpenCM3 是GPL协议(LGPL3)的Cortex-M系列的固件库, 支持stm32、atmel、nxp系列单片机. 这个固件库对标的是 CMSIS, 但是比 CMSIS 提供更多的方法接口, 实现度介于 CMSIS 和 SPL 之间. 对于常见的 STM32F1 系列, 代码已经基本稳定.

• 项目地址
  
  https://github.com/libopencm3/libopencm3
• 项目示例
  
  https://github.com/libopencm3/libopencm3-examples
• WIKI
  
  https://github.com/libopencm3/libopencm3/wiki
• API文档
  
  http://libopencm3.org/docs/latest/html/

开发环境

硬件部分

• STM32F103 开发板
• ST-Link V2

软件部分

• LibOpenCM3
  
  https://github.com/libopencm3/libopencm3
• LibOpenCM3项目模板
  
  https://github.com/libopencm3/libopencm3-template
• GNU Arm Embedded Toolchain
  
  下载地址
• stlink linux工具, 包含st-flash,st-info等命令
  
  https://github.com/stlink-org/stlink

环境配置

GNU Arm Embedded Toolchain 工具链

通过前面的地址下载最新版本, 根据自己的系统架构选择合适的架构版本

# 解压
tar xjf gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-x86_64-linux.tar.bz2
# 放到/opt下并设置权限
sudo mv gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10 /opt/gcc-arm/
cd /opt/gcc-arm/
sudo chown -R root:root gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10/

加到PATH

export PATH="/opt/gcc-arm/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10/bin:$PATH"

检查版本

$ arm-none-eabi-gcc --version
arm-none-eabi-gcc (GNU Arm Embedded Toolchain 10.3-2021.10) 10.3.1 20210824 (release)
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

stlink,st-flash,st-info

需要先安装 libusb-1.0-0-dev

sudo apt install libusb-1.0-0-dev

编译安装

git clone https://github.com/stlink-org/stlink.git
cd stlink/
make
cd build/Release/
sudo make install

检查

$ st-flash  --version
v1.7.0-184-g468b1d2
$ st-info --version
Failed to parse flash type or unrecognized flash type
v1.7.0-184-g468b1d2

st-flash 使用说明 https://github.com/stlink-org/stlink/blob/develop/doc/tutorial.md

• --flash=128k 参数可以指定flash大小, 例如覆盖 STM32F103C8T6 默认的 64k 大小设置. 取值可以使用 十进制(128k), 八进制 0200k, 或者十六进制 0x80k.
• --reset 在写入结束后触发重置
• --connect-under-reset 重置状态下连接. 使用这个选项可以在用户代码执行前连接MCU, 当目标MCU上的用户代码将MCU置于sleep状态, 或禁用了调试接口导致无法连接时特别有用.

LibOpenCM3 项目模板

导出 libopencm3 可以单独编译, 但是配置为完整的项目还需要添加用户代码和Makefile, 因为 LibOpenCM3 已经提供了立即可用的项目模板, 可以直接用模板提供的环境进行开发

导出模板

git clone --recurse-submodules https://github.com/libopencm3/libopencm3-template.git
cd libopencm3-template/
# 这一步需要前面的 arm-none-eabi-gcc 工具链已经配置到 PATH
# 编译
make -C libopencm3

这一步会编译 libopencm3

• 在 libopencm3/lib 目录下生成全部型号的 .a 库文件
• 在 libopencm3/lib/stm32 目录下, 对应 f0, f1, ..., f7 等各个目录下生成对应型号的 ld 文件

编辑用户项目, 在编辑之前, 需要修改 my-project 目录下的 Makefile, 将 DEVICE 修改为自己的 STM32 型号

# TODO - you will need to edit these two lines!
DEVICE=stm32f103c6t6

填入的型号如果正确, 会在编译时生成对应的ld文件, 例如对应上面的就是 generated.stm32f103c6t6.ld

编译

make -C my-project

这时候在 my-project 目录下会产生以下文件

total 172
-rwxrwxr-x 1 milton milton   1492 Feb 20 23:55 awesomesauce.bin*
-rwxrwxr-x 1 milton milton 276952 Feb 20 23:55 awesomesauce.elf*
drwxrwxr-x 2 milton milton   4096 Feb 20 23:55 bin/
-rw-rw-r-- 1 milton milton   1108 Feb 20 23:55 generated.stm32f103c6t6.ld
-rw-rw-r-- 1 milton milton    493 Feb 20 23:38 Makefile
-rw-rw-r-- 1 milton milton   2099 Feb 20 23:42 my-project.c

其中 awesomesauce.bin 是用于烧录的文件

通过 arm-none-eabi-size 查看编译结果的内存结构.

$ arm-none-eabi-size awesomesauce.elf
   text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
   1480	     12	      0	   1492	    5d4	awesomesauce.elf

其中

• text 是占用的flash空间
• data 初始化占用内存大小
• bss 全局分配的内存大小
• dec和hex 十进制和十六进制表示的总大小

演示示例

下面用一个闪灯的示例把开发环境跑一遍.

用户代码

将 my-project 目录下的 my-project.c 内容修改为

#include <libopencm3/cm3/nvic.h>
#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
#include <libopencm3/stm32/timer.h>

#ifndef ARRAY_LEN
#define ARRAY_LEN(array) (sizeof((array))/sizeof((array)[0]))
#endif

#define LED1_PORT   GPIOC
#define LED1_PIN    GPIO13

static void gpio_setup(void)
{
    /* Enable GPIO clock for leds. */
    rcc_periph_clock_enable(RCC_GPIOC);
    /* Enable led as output */
    gpio_set_mode(
        LED1_PORT,
        GPIO_MODE_OUTPUT_50_MHZ,
        GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL,
        LED1_PIN);
    gpio_set(LED1_PORT, LED1_PIN);
}

static void tim_setup(void)
{
    /* Enable TIM2 clock. */
    rcc_periph_clock_enable(RCC_TIM2);

    /* Enable TIM2 interrupt. */
    nvic_enable_irq(NVIC_TIM2_IRQ);

    /* Reset TIM2 peripheral to defaults. */
    rcc_periph_reset_pulse(RST_TIM2);

    /* Timer global mode:
     * - No divider
     * - Alignment edge
     * - Direction up
     * (These are actually default values after reset above, so this call
     * is strictly unnecessary, but demos the api for alternative settings)
     */
    timer_set_mode(TIM2, TIM_CR1_CKD_CK_INT, TIM_CR1_CMS_EDGE, TIM_CR1_DIR_UP);

    /* Disable preload. */
    timer_disable_preload(TIM2);
    timer_continuous_mode(TIM2);
    timer_set_prescaler(TIM2, 36000); // Clock counts every 0.5 msec
    timer_set_period(TIM2, 2000); // 2000 * 0.5 msec => 1 sec

    /* Counter enable. */
    timer_enable_counter(TIM2);

    /* Enable Channel 1 compare interrupt to recalculate compare values */
    timer_enable_irq(TIM2, TIM_DIER_CC1IE);
}

/**
 * ISR method defined in libopencm3/include/libopencm3/stm32/f1/nvic.h
*/
void tim2_isr(void)
{
    if (timer_get_flag(TIM2, TIM_SR_CC1IF))
    {
        /* Clear compare interrupt flag. */
        timer_clear_flag(TIM2, TIM_SR_CC1IF);
        /* Toggle LED to indicate compare event. */
        gpio_toggle(LED1_PORT, LED1_PIN);
    }
}

int main(void)
{
    // Setup main clock, using external 8MHz crystal
    rcc_clock_setup_in_hse_8mhz_out_72mhz();
    gpio_setup();
    tim_setup();

    while (1);
    return 0;
}

上面的代码, 用TIM2定时, 触发板载C13对应的LED每秒切换亮灭状态

编译

使用前面配置好的开发环境

make -C my-project

写入

将开发板接上ST-Link接上PC

写入, 0x800 0000 是 STM32F103 的Flash空间起始地址

st-flash write ./awesomesauce.bin 0x8000000
# 会看到包含如下文字的输出
2022-02-21T00:00:42 INFO common.c: STM32F1xx_LD: 10 KiB SRAM, 32 KiB flash in at least 1 KiB pages.
file ./awesomesauce.bin md5 checksum: 363668176fa21306a846725b7db2079, stlink checksum: 0x0001fe1e
2022-02-21T00:00:42 INFO common_flash.c: Attempting to write 1492 (0x5d4) bytes to stm32 address: 134217728 (0x8000000)
-> Flash page at 0x8000000 erased (size: 0x400)
-> Flash page at 0x8000400 erased (size: 0x400)

2022-02-21T00:00:42 INFO flashloader.c: Starting Flash write for VL/F0/F3/F1_XL
2022-02-21T00:00:42 INFO flash_loader.c: Successfully loaded flash loader in sram
2022-02-21T00:00:42 INFO flash_loader.c: Clear DFSR
2022-02-21T00:00:42 INFO flash_loader.c: Clear CFSR
2022-02-21T00:00:42 INFO flash_loader.c: Clear HFSR
  2/  2 pages written
2022-02-21T00:00:42 INFO common_flash.c: Starting verification of write complete
2022-02-21T00:00:42 INFO common_flash.c: Flash written and verified! jolly good!

此时需要手动按一下开发板的 RESET 键, 程序才会开始执行, 如果需要自动重置, 使用下面的命令

st-flash --reset write ./awesomesauce.bin 0x8000000

其它命令

查看开发板信息

st-info --probe
# 会看到包含如下文字的输出(当前这块测试用的是 stm32f103c6t6)
Found 1 stlink programmers
  version:    V2J37S7
  serial:     56FF6B064966485627461667
  flash:      32768 (pagesize: 1024)
  sram:       10240
  chipid:     0x412

擦除

st-flash erase
# 会看到包含如下文字的输出
2022-02-21T00:00:12 INFO common.c: STM32F1xx_LD: 10 KiB SRAM, 32 KiB flash in at least 1 KiB pages.
Mass erasing

参考

• https://bdebyl.net/post/stm32-part0/
• https://bdebyl.net/post/stm32-part1/
• https://rhye.org/post/stm32-with-opencm3-0-compiling-and-uploading/
• https://thomas.spurden.name/blog/stm-start/