1. STM32. Программирование STM32F103. Тестовая плата. Прошивка через последовательный порт и через ST-Link программатор

09.08.2016

Микроконтроллеры STM32 приобретают все большую популярность благодаря своей мощности, достаточно разнородной периферии, и своей гибкости. Мы начнем изучать STM32F103C8T6, используя бюджетную тестовую плату, стоимость которой не превышает 2 $ (у китайцев). Еще нам понадобится ST-Link программатор, стоимость которого около 2.5 $ (у китайцев). Такие суммы расходов доступны и студентам и школьникам, поэтому именно с такого бюджетного варианта я и предлагаю начать.

Этот микроконтроллер не является самым мощным среди STM32, но и не самый слабый. Существуют различные платы с STM32, в томе числе Discovery которые по цене стоят около 20 $. На таких платах почти все то же, что и на нашей плате, плюс программатор. В нашем случае мы будем использовать программатор отдельно.

Микроконтроллер STM32F103C8. Характеристики

• Ядро ARM 32-bit Cortex-M3
• Максимальная частота 72МГц
• 64Кб Флеш память для программ
• 20Кб SRAM памяти
• Питание 2.0 ... 3.3В
• 2 x 12-біт АЦП (0 ... 3.6В)
• DMA контролер
• 37 входов / выходов толерантных к 5В
• 4 16-розрядних таймера
• 2 watchdog таймера
• I2C - 2 шины
• USART - 3 шины
• SPI - 2 шины
• CAN
• USB 2.0 full-speed interface
• RTC - встроенные часы

На плате STM32F103C8 доступны

• Выводи портов A0-A12, B0-B1, B3-B15, C13-C15
• Micro-USB через который можно питать плату. На плате присутствует стабилизатор напряжения на 3.3В. Питание 3.3В или 5В можно подавать на соответствующие выводы на плате.
• Кнопка Reset
• Две перемычки BOOT0 и BOOT1. Будем использовать во время прошивки через UART.
• Два кварца 8Мгц и 32768 Гц. У микроконтроллера есть множитель частоты, поэтому на кварце 8 МГц мы сможем достичь максимальной частоты контроллера 72Мгц.
• Два светодиода. PWR - сигнализирует о подачи питания. PC13 - подключен к выходу C13.
• Коннектор для программатора ST-Link.

Итак, начнем с того, что попробуем прошить микроконтроллер. Это можно сделать с помощью USB-Uart переходника на базе микросхемы FT232 через USART, или с помощью программатора ST-Link.

Скачать тестовый файл для прошивки можно здесь. Программа мигает светодиодом на плате.

Прошивка STM32 с помощью USB-Uart переходника под Windows

В системной памяти STM32 есть Bootloader. Bootloader записан на этапе производстве и любой микроконтроллер STM32 можно запрограммировать через интерфейс USART с помощью USART-USB переходника. Такие переходники чаще всего изготавливают на базе популярной микросхем FT232RL. Прежде всего подключим переходник к компьютеру и установим драйвера (если требуется). Скачать драйвера можно с сайта производителя FT232RL - ftdichip.com. Надо качать драйвера VCP (virtual com port). После установки драйверов в компьютере должен появиться виртуальный последовательный порт.

Подключаем RX и TX выходы к соответствующим выводам USART1 микроконтроллера. RX переходника подключаем к TX микроконтроллера (A9). TX переходника подключаем к RX микроконтроллера (A10). Поскольку USART-USB имеет выходы питания 3.3В подадим питания на плату от него.

Чтобы перевести микроконтроллер в режим программирования, надо установить выводы BOOT0 и BOOT1 в нужное состояние и перезагрузить его кнопкой Reset или выключить и включить питание микроконтроллера. Для этого у нас есть перемычки. Различные комбинации загоняют микроконтроллер в различные режимы. Нас интересует только один режим. Для этого у микроконтроллера на выводе BOOT0 должно быть логическая единица, а на выводе BOOT1 - логический ноль. На плате это следующее положение перемычек:

После нажатия кнопки Reset или отключения и подключения питания, микроконтроллер должен перейти в режим программирования.

Программное обеспечение для прошивки

Качаем с сайта st.com программу Flash Loader Demonstrator для STM32. Flash Loader Demonstrator - программа для прошивки STM32 через последовательный интерфейс.

После включения схемы с правильно выставленными перемычками контроллер готов к работе с Flash Loader Demonstrator.

Запускаем Flash Loader Demonstrator и выбираем порт с которым будем работать, и устанавливаем параметры порта.

После выбора параметров порта нажимаем Next после чего должны увидеть «светофор» и информацию по микроконтроллеру. Если этого не происходит, тогда проверяем корректность установленных параметров связи и проверяем действительно ли микроконтроллер введен в режим программирования.

Нажимаем Next,

На этой странице выбираем файл для загрузки в микроконтроллер. Файл может быть в формате bin или hex.

Нажимаем Next и ждем.

Чтобы вывести контроллер из режима программирования, возвращаем перемычки в исходное состояние и нажимаем кнопку Reset. Программа в микроконтроллере должен заработать.

Прошивка STM32 с помощью USB-Uart переходника под Linux (Ubuntu)

Устанавливаем stm32flash

Скачать DEB файл можно тут: http://launchpadlibrarian.net/188294676/stm32flash_0.4-2_i386.deb Детально про stm32flash читайте тут: https://launchpad.net/ubuntu/wily/i386/stm32flash/0.4-2

Если используем USB-UART переходник, имя порта буде примерно такое /dev/ttyUSB0

Получить информацию о чипе

sudo stm32flash /dev/ttyUSB0

Результат:

stm32flash 0.4

http://stm32flash.googlecode.com/

Interface serial_posix: 57600 8E1
Version      : 0x22
Option 1     : 0x00
Option 2     : 0x00
Device ID    : 0x0410 (Medium-density)
- RAM        : 20KiB  (512b reserved by bootloader)
- Flash      : 128KiB (sector size: 4x1024)
- Option RAM : 16b
- System RAM : 2KiB

Читаем с чипа в файл dump.bin

sudo stm32flash -r dump.bin /dev/ttyUSB0

Пишем в чип

sudo stm32flash -w dump.bin -v -g 0x0 /dev/ttyUSB0

Результат:

stm32flash 0.4

http://stm32flash.googlecode.com/

Using Parser : Raw BINARY
Interface serial_posix: 57600 8E1
Version      : 0x22
Option 1     : 0x00
Option 2     : 0x00
Device ID    : 0x0410 (Medium-density)
- RAM        : 20KiB  (512b reserved by bootloader)
- Flash      : 128KiB (sector size: 4x1024)
- Option RAM : 16b
- System RAM : 2KiB
Write to memory
Erasing memory
Wrote and verified address 0x08012900 (100.00%) Done.

Starting execution at address 0x08000000... done.

Прошивка STM32 с помощью ST-Link программатора под Windows

При использовании программатора ST-Link выводы BOOT0 и BOOT1 не используются и должны стоять в стандартном положении для нормальной работы контроллера.

Качаем с сайта st.com Утилиту STM32 ST-LINK Utility. Устанавливаем ее.  С ней должен быть установлен и драйвер для ST-Link. Если нет, качаем и устанавливаем драйвера ST-Link: http://www.st.com/content/st_com/en/products/embedded-software/development-tool-software/stsw-link009.html Подключаем ST-Link в USB- разъем компьютера, а соответствующие выводы программатора подключаем к выводам тестовой платы согласно маркировки.

Запускаем программу STM32 ST-LINK Utility

Выполняем пункт меню Target -> Connect

Выполняем пункт меню Target -> Erase Chip

Выполняем пункт меню File -> Open file... Выбираем файл для загрузки в микроконтроллер.

Выполняем пункт меню Target -> Programm & Verify...

После завершения прошивки и проверки, загруженная программа автоматически запустится.

Прошивка STM32 с помощью ST-Link программатора под Linux (Ubuntu)

Устанавливаем софт для работы с ST-Link

mkdir ~/stlink
cd ~/stlink
sudo apt-get install git libusb-dev

Пришлось устанавливать autoconf и libusb-1.0:

sudo apt-get install autoconf
sudo apt-get install libusb-1.0

git clone git://github.com/texane/stlink.git
cd stlink
./autogen.sh
./configure
make
sudo mkdir /opt/texane
sudo cp gdbserver/st-util /opt/texane
sudo cp ./etc/udev/rules.d/49-stlinkv1.rules /etc/udev/rules.d
sudo cp ./etc/udev/rules.d/49-stlinkv2.rules /etc/udev/rules.d
sudo udevadm control --reload-rules

Проверяем видно ли программатор и чип

sudo ./st-info --probe

Результат:

Found 1 stlink programmers
 serial: 
openocd: ""
  flash: 65536 (pagesize: 1024)
   sram: 20480
 chipid: 0x0410
  descr: F1 Medium-density device

Читаем с чипа в файл dump.bin

sudo ./st-flash read dump.bin 0x8000000

Программируем STM32

sudo ./st-flash --reset write dump.bin 0x8000000

Памятка

Для того чтобы не копаться в документации каждый раз и не искать информацию по выводам микроконтроллера на плате, я сделал такую памятку, которая нам понадобится в дальнейшем.

Документация

Всю необходимую документацию к микроконтроллера STM32F103C8T6 можно скачать с сайта производителя: http://www.st.com/content/st_com/en/products/microcontrollers/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32f1-series/stm32f103/stm32f103c8.html

Что можно почитать

The Iinsider`s Guide To The STM32 (Книжка на русском языке)

Маркировка STM32

Device family	Product type	Device subfamily	Pin count	Flash memory size	Package	Temperature range
STM32 = ARM-based 32-bit microcontroller	F = General-purpose L = Ultra-low-power TS = TouchScreen W = wireless system-on-chip	60 = multitouch resistive 103 = performance line	F = 20 pins G = 28 pins K = 32 pins T = 36 pins H = 40 pins C = 48/49 pins R = 64 pins O = 90 pins V = 100 pins Z = 144 pins I = 176 pins B = 208 pins N = 216 pins	4 = 16 Kbytes of Flash memory 6 = 32 Kbytes of Flash memory 8 = 64 Kbytes of Flash memory B = 128 Kbytes of Flash memory Z = 192 Kbytes of Flash memory C = 256 Kbytes of Flash memory D = 384 Kbytes of Flash memory E = 512 Kbytes of Flash memory F = 768 Kbytes of Flash memory G = 1024 Kbytes of Flash memory I = 2048 Kbytes of Flash memory	H = UFBGA N = TFBGA P = TSSOP T = LQFP U = V/UFQFPN Y = WLCSP	6 = Industrial temperature range, –40…+85 °C. 7 = Industrial temperature range, -40…+ 105 °C.
STM32	F	103	C	8	T	6

UPD:

Как снять защиту от записи / чтения?

Если вы получили плату с STM32F103, а программатор ее не видит, это означает, что китайцы защитили Флеш память микроконтроллера. Вопрос "зачем?" оставим без внимания. Чтобы снять блокировку, подключим UART переходник, будем программировать через него. Выставляем перемычки для программирования и поехали:

Я это буду делать из под Ubuntu с помощью утилиты stm32flash.

1. Проверяем видно ли микроконтроллер:

sudo stm32flash /dev/ttyUSB0

Должны получить что-то такое:

stm32flash 0.4

http://stm32flash.googlecode.com/

Interface serial_posix: 57600 8E1
Version      : 0x22
Option 1     : 0x00
Option 2     : 0x00
Device ID    : 0x0410 (Medium-density)
- RAM        : 20KiB  (512b reserved by bootloader)
- Flash      : 128KiB (sector size: 4x1024)
- Option RAM : 16b
- System RAM : 2KiB

2. Снимаем защиту от чтения а затем от записи:

sudo stm32flash -k /dev/ttyUSB0

stm32flash 0.4

http://stm32flash.googlecode.com/

Interface serial_posix: 57600 8E1
Version      : 0x22
Option 1     : 0x00
Option 2     : 0x00
Device ID    : 0x0410 (Medium-density)
- RAM        : 20KiB  (512b reserved by bootloader)
- Flash      : 128KiB (sector size: 4x1024)
- Option RAM : 16b
- System RAM : 2KiB
Read-UnProtecting flash
Done.

sudo stm32flash -u /dev/ttyUSB0

stm32flash 0.4

http://stm32flash.googlecode.com/

Interface serial_posix: 57600 8E1
Version      : 0x22
Option 1     : 0x00
Option 2     : 0x00
Device ID    : 0x0410 (Medium-density)
- RAM        : 20KiB  (512b reserved by bootloader)
- Flash      : 128KiB (sector size: 4x1024)
- Option RAM : 16b
- System RAM : 2KiB
Write-unprotecting flash
Done.

Теперь можно нормально работать с микроконтроллером.

Желаю успехов!

Смотри также:

• 1. STM32. Программирование STM32F103. Тестовая плата. Прошивка через последовательный порт и через ST-Link программатор
• 2. STM32. Программирование. IDE для STM32
• 3. STM32. Программирование STM32F103. GPIO
• 4. STM32. Программирование STM32F103. Тактирование
• 5. STM32. Программирование STM32F103. USART
• 6. STM32. Программирование STM32F103. NVIC
• 7. STM32. Программирование STM32F103. ADC
• 8. STM32. Программирование STM32F103. DMA
• 9. STM32. Программирование STM32F103. TIMER
• 10. STM32. Программирование STM32F103. TIMER. Захват сигнала
• 11. STM32. Программирование STM32F103. TIMER. Encoder
• 12. STM32. Программирование STM32F103. TIMER. PWM
• 13. STM32. Программирование STM32F103. EXTI
• 14. STM32. Программирование STM32F103. RTC
• 15. STM32. Программирование STM32F103. BKP
• 16. STM32. Программирование STM32F103. Flash
• 17. STM32. Программирование STM32F103. Watchdog
• 18. STM32. Программирование STM32F103. Remap
• 19. STM32. Программирование STM32F103. I2C Master
• 20. STM32. Программирование STM32F103. I2C Slave
• 21. STM32. Программирование STM32F103. USB
• 22. STM32. Программирование STM32F103. PWR
• 23. STM32. Программирование STM32F103. Option bytes
• 24. STM32. Программирование STM32F103. Bootloader
• STM32. Скачать примеры
• System Workbench for STM32 Установка на Ubuntu
• Keil uVision5 – IDE для STM32
• IAR Workbench – IDE для STM32
• Управление бесколлекторным двигателем постоянного тока (BLDC) с помощью STM32
• Управление PMSM с помощью STM32

Спасибо за работу очень полезный ресурс

Спасибо за статью! Немного дополню.
Не очевидно подключение, я поначалу пытался использовать SWIM и RST. Ну и на всякий случай уточнить про 3,3 а не 5V:
3.3V  -> VCC
SWDIO -> IO
SWCLK -> CLCK
GND   -> GND
При установке на убунте 16 пришлось также поставить cmake (ну и build-essential, если не устанавливалось ранеее).
Проект Texane немного реорганизовался и теперь там нет autogen.sh и configure, компилируется через "make release".
После компиляции можно установить всё в систему - 
cd ./build/Release/
sudo make install
Тогда не надо будет копировать 49-stlinkv2.rules и тулзы будут доступны из любого директория и будут работать без sudo.
st-flash read не работает без указания size(0x10000):
st-flash read ./dump.bin 0x8000000 0x10000

Подскажите пожалуйста, как прошить  .hex  коды в UBUNTU ?

Большое спасибо

Добавлю лайфхак. После покупки ST-link на алике необходимо вскрыть его. Проверить наличие резисторов. Бывает не допаяны резистор 1кОм , идущий с ножки 2 контроллера на землю. И резистор 10 кОм  на 7 ноге контроллера. Без них бывают проблемы с коннектом. А с запаянными резисторами всегда отличный коннект.