Простые эксперименты с микроконтроллером STM32F103 («Голубая таблетка») / Habr

Многие приобрели «голубую таблетку» на попробовать. Но из-за сложности программирования данная вещь оказалась где то на полке, до лучших времен.

Будем считать, что «лучшие времена» — наступили.

Что необходимо для экспериментов:

• Аппаратные средства
• Программное обеспечение
  

Аппаратные средства

Все используемые детали / компоненты можно приобрести на aliexpress.com

• Конечно, в первую очередь сам контроллер.«Голубая Таблетка»
• адаптер USB-UART
• Кабель Micro-USB
• набор проводов для соединения компонент между собой

Для более быстрой, по сравнению с UART загрузкой «прошивки» и отладки программ рекомендуется использовать программатор ST-Link V2

Программное обеспечение

Что такое модуль

Модуль это совокупность аппаратной и программной частей. Аппаратная часть — «таблетка» STM32F103C8T6, программная часть — «шаблон прошивки», созданный при помощи программы MIOC Данная программа — OpenSource.

Порты микроконтроллера

У микроконтроллера есть выводы или ножки. Часть из них это питание микроконтроллера, часть имеют специальное назначение (например Reset ), часть — интерфейс ввода/вывода общего назначения (англ. general-purpose input/output, GPIO).

Порты объединены в группы ( A; B; C… ). Каждая группа содержит до 16 портов, пронумерованных от 0 до 15. В итоге нумерация портов выглядит как PA0, PA1,…

Порты служат для связи между компонентами модуля, к примеру микропроцессором и различными периферийными устройствами. Порты могут выступать как в роли входа, в роли выхода и как двунаправленные.

На плате «таблетки» нанесена маркировка портов.

GPIO — Интерфейс ввода/вывода общего назначения

В модуле IO основные типы портов представлены в таблице:

В качестве датчиков, исполнительных механизмов будем использовать различные устройства от Arduino.

Программа MIOC ( Module Input-Output Configurator )

С помощью данной программы создаем / конфигурируем шаблон прошивки (проект для Embitz; Keil) модуля IO. Программа установки не требует. Скачали, запустили. С помощью данной программы создаём глобальные переменные, которые будем использовать в своих прошивках. Переменные могут быть ассоциированы с портами.

Окно первого запуска:

Создадим проект:

Выбрать папку для проекта. Папка, для проекта должна быть пуста!

Первая программа — «hello word» для микроконтроллера

Поморгаем светодиодом, что имеется на «голубой таблетке». Данный светодиод подключен к порту PC13.

Добавить строку в таблицу переменных

Генерируем BSP код (кнопка F8)

Далее, каждый раз после изменения проекта, обязательна генерация BSP!

Открыть созданный проект в среде разработки EmBitz или Keil. EmBitz пока как временное решение. Похоже автор забросил данный проект. По всей видимости в дальнейшем в проекте будет использоваться Code::Blocks.

В файле main.c напишем следующее:

(Для увеличения размера картинки откройте её в новой вкладке)

В EmBitz нажать F2, после появления окна информации нажать F7. Должна выполниться компиляция.

Повторное нажатие F2 скроет информационные закладки.

Загружаем в микроконтроллер, смотрим, как работает.

Кнопка

Добавим кнопку, например такую:

Схема подключения:

Добавим переменную в таблицу:

Генерируем BSP.

Изменим программу на следующую:

Создаём новую BSP (F8), компилируем, загружаем в микроконтроллер.

Нажимаем на кнопку — светодиод зажигается, отпускаем — тухнет.

Вместо светодиода на другой порт можно подключить реле, например:

И управлять какой либо полезной нагрузкой.

Вывод сообщений на консоль

Нужно определить, что будет консолью.

Возможны варианты:

• адаптер USB-UART
• виртуальный COM-порт (кабель Micro-USB)

Если в конфигурации выбраны одновременно UART1 и USB as Console, при этом USB VCP не выбран, то консоль будет назначена «в никуда». Т.е. ругаться на функцию print_str ( или макрос print ) не будет, но и вывода не будет никакого. Такое же поведение будет если не выбрать ни один интерфейс, или выбрать USB VCP но не выбрать ни UART1 ни USB as Console.

Конфигурация консоли:

Подключим TettaTerm к COM-порту (консоли). Если загрузку прошивки производим через UART1, то не забываем отключать/подключать COM-порт. В TerraTerm «горячие кнопки» Alt+I; Alt+N Для варианта загрузки через ST-Link этого делать не требуется.

Отредактируем программу:

Теперь на консоли будет отображаться состояние кнопки:

DS18B20

Подключим к «таблетке» температурный датчик DS18B20.

Поместим в таблицу переменную:

Изменим программу на следующую:

Создаём новую конфигурацию, компилируем, загружаем в микроконтроллер.

На консоли будет отображаться температура, измеряемая датчиком.

АЦП

В качестве примера работы с АЦП можно использовать потенциометр:

Или датчик влажности почвы

Остановимся на последнем:

Конфигурируем порт:

Редактируем программу:

Компилируем, загружаем.

В консоли наблюдаем:

adc — текущее показание АЦП. max и min — зафиксированные минимальное и максимальное показания датчика, совсем сухой (0%) и совсем мокрый (100%).

Совсем мокрый (100%) — опустим датчик в стакан с водой. Совсем сухой (0%) — лежит на открытом воздухе.

По сути мы сделали калибровку датчика влажности почвы от 0 до 100%. Максимальное и минимальное значения поместим в текст программы.

Результат работы. Датчик помещен в землю цветочного горшка:

Данный проект — шаблон решения для полива растений.

На этом пока всё. Программа MIOC будет пополняться дополнительными возможностями.

STM32F103C8T6 — делаем осциллограф. Часть 3 / Habr

Третья часть (первая и вторая) про то как я делаю осциллограф из отладочной платы ценой менее $3. Демонстрационное видео работы:

А описание некоторых ключевых особенностей под катом.

Аналоговая часть

Почти всё как было описано во второй части, кроме источника двухполярного питания. ОУ потребляют значительный ток (порядка 10 мА) и как не пытался схемами умножителей напряжения на диодах и конденсаторах получить приемлемых результатов — не удалось. Поэтому для положительного напряжения поставил вот такой модуль на основе МТ3608:

настроенный на 10 В выходного напряжения. А отрицательное напряжение получаю путём инвертирования положительного с помощью LT1054.

Про размер кода

В первой части я писал, что памяти потребляется очень много. Теперь я дошёл до того, что программа не влазит в память и изучил этот вопрос подробней.

CooCox CoIDE выводит информацию о размер программы в таком виде:

      text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
     60224	   2500	  10540	  73264	  11e30	projectName.elf
 

где

• text — размер сегмента с кодом, векторами прерываний и константами только на чтение;
• data — размер сегмента с инициализированными не нулём переменными;
• bss — размер сегмента с неинициализированными и инициализированными нулём переменными.

Вся программа занимает:

• флеш — text + data + 10..50 байт
• ОЗУ — data + bss + 10..50 байт

Теперь посмотрим на что тратится память. Делаем новый проект и компилируем:

      text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
       364	   1080	     32	   1476	    5c4	test-size.elf

Чтобы использовать макросы типа GPIO_BSRR_BS9 надо подключить файл stm32f10x.h.
Чтобы подключить файл stm32f10x.h надо в репозитоях добавить компонент STM32F10x_MD_STDLIB, который подтягивает за собой cmsis_core. В итоге для программы, записывающей одно значение в регистр получаем:

      text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
      1316	   1104	     32	   2452	    994	test-size.elf

Далее меня интересуют функции типа sprintf и sscanf. Чтобы их использовать надо определить некоторые функции типа _sbrk и возможно некоторых других. Я взял готовый файл (есть в архиве с проектом). Добавляем 1 вызов sscanf и получаем:
Попробуйте угадать сколько, прежде чем смотреть!

      text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
     39312	   2264	     96	  41672	   a2c8	test-size.elf
 

41 кБ флеша! Больше половины, того, что есть в контроллере!
В рабочей же прошивке при использовании printf добавление sscanf увеличивает потребление флеша на 13.2 кБ. В итоге от sscanf отказался, а команды от ПК стал парсить менее ресурсоёмким методом.
Отказ же от printf позволяет сэкономить ещё 8.3 кБ.

Режимы работы

Реализовал 3 режима по принципу действия: непрерывный, пакетный и логический и 3 по количеству каналов: 1, 2 и 4-х канальный.
МК имеет 9 аналоговых входов, но я не представляю когда мне может понадобиться больше 4-х каналов.

Непрерывный

Тут всё просто: в главном цикле МК считываем данные АЦП и передаём их на ПК, где можем строить непрерывный график. Недостаток — ограничение скорости со стороны канала МК -> ПК. Чтобы его обойти реализовал ещё 2 режима.

Пакетный

В этом режиме МК вначале набирает данные, потом пачкой передаёт на ПК. Опционально его можно разгонять. Про разгон подробно писал в предыдущих частях.

В этом режиме возможна синхронизация. Причём можно анализировать сигнал до выполнения условия. Для реализации такого функционала пришлось изменить режим работы DMA на кольцевой, использовать прерывание заполнения половины буфера и использовать буфер вмещающий в 2 раза больше данных, чем в передаваемом пакете.

В отличие от проекта baghear у меня триггер программный. Преимущества такого решения:

• Меньше деталей, а значит меньше цена и проще монтаж;
• Возможность в будущем реализовать более сложные триггеры, а не просто «сигнал в A канале стал больше Х».

В одноканальном режиме оба АЦП по очереди преобразуют значение одного канала.
В двухканальном — каждый АЦП преобразует свой канал запускаясь одновременно с другим.
В 4-х канальном — у каждого АЦП есть 2 канала, которые он преобразует. Старт обоих АЦП одновременный.
Очевидно, что скорость частота преобразования канала обратнопропорциональна количеству каналов.

Логический анализатор

Самый быстрый режим. Примерно 20 MSPS на каждом канале. Самый быстрый код для этого режима выглядит так:

u32 i = 0;
dataBuffer.u8[i] = GPIOA->IDR;
dataBuffer.u8[++i] = GPIOA->IDR;
dataBuffer.u8[++i] = GPIOA->IDR;
dataBuffer.u8[++i] = GPIOA->IDR;
dataBuffer.u8[++i] = GPIOA->IDR;
dataBuffer.u8[++i] = GPIOA->IDR;

и так далее на весь буфер.
Значение переменной i в этом случае вычисляются на этапе компиляции и в итоге из dataBuffer.u8[++i] = GPIOA->IDR; получается всего 2 операции — загрузить данные в регистр из порта и сохранить данные в память по заранее посчитанному адресу. Никакими циклами такой производительности достичь не получилось.

Программа для ПК

Главные, на мой взгляд, измение — переход на OpenGL. С ним графики рисовать стало проще (для меня это оказалось неожиданно, но там всё действительно просто и кратко!), рисуются они быстрее и получаются гораздо красивей, чем были раньше.

Итог

Проект не завершён, есть глюки, допиливать ещё много чего, но каких-то прорывов уже не предвидится. Для более быстрых систем нужно другое железо, например, отдельный АЦП + ПЛИС + память — а это уже будет гораздо дороже и сложнее монтировать.

Почитав комментарии к статье «История одного осциллографа на stm32» сразу отвечу на некоторые вопросы:

• Дисплей прикручивать не собираюсь т.к.:
  
  • Он стоит денег, а комп есть.
  • По качеству будет хуже, чем на большом экране ПК.
  • Создавать и изменять пользовательский интерфейс на C# проще, чем паять и перепаивать.
  
  
• Я не планирую его доводить коммерческого продукта и продавать.
• Делал для 2-х целей: освоить МК и сделать себе цифровой осциллограф.

Архив с проектом
Если у кого появятся вопросы, а тут не зарегистрированы, пишите в почту: adefikux на gmail точка com.

Программирование STM32. Часть 1: Документация — DiMoon Electronics

Начало знакомства с любой вещью лучше всего начинать с инструкции. В некоторых случаях ясно все и так, в других — «хм, ничего не работает, похоже все-таки надо почитать инструкцию». Микроконтроллеры — устройства достаточно сложные, и без прочтения документации с ними уж точно ничего полезного не сделаешь, хотя…

В этой статье мы рассмотрим, как на официальном сайте производителя организована документация на микроконтроллеры STM32, в частности на серию STM32F1. Все статьи цикла можно посмотреть тут: http://dimoon.ru/category/obuchalka/stm32f1.

После каких-нибудь AVR-ок, можно испытать легкий шок от количества разных PDF-ок на микроконтроллеры STM32. Куда глядеть первым делом? Как этим пользоваться? Что ваще происходит?? С первого взгляда ни чего не понятно. Поэтому я решил сделать небольшой обзор мира документации на эти замечательные микроконтроллеры. Особый упор буду делать на STM32F103C8T6, так как далее планирую написать несколько уроков по использованию именно этого камушка.

Основными документами на STM-ки являются следующие:

1. Datasheet
2. Reference manual
3. Programming Manual
4. Errata Sheet

Datasheet

Datasheet содержит в себе информацию о наличии определенной периферии в конкретном МК, цоколевке, электрических характеристиках и маркировке чипов для STM32F103x8 и STM32F103xB, то есть для вот этих, которые обведены красным прямоугольником:

Некисло, один даташит на 8 микроконтроллеров.

Основное в Datasheet-е

В первую очередь нужно обратить внимание на раздел 7. Ordering information scheme, в котором указано, то обозначает каждый символ в маркировке. Например, для STM32F103C8T6: корпус  LQFP-48, 64Кб flash-а, температурный диапазон –40 to 85 °C.

Далее 2.1 Device overview. В нем есть таблица, в которой сказано, какая периферия есть в конкретном микроконтроллере и в каком количестве:

Основное различие между микроконтроллерами из разных колонок в количестве ножек и объеме флеша, остальное все одинаково. Небольшое исключение составляет первая колонка версий Tx: в этих микроконтроллерах поменьше модулей SPI, I2C и USART-ов. Нумерация периферии идет с единицы: то есть, если в STM32F103Cx у нас 2 SPI, то они имеют имена SPI1 и SPI2, а в STM32F103Tx у нас только SPI1. Так как Datasheet у нас на микроконтроллеры STM32F103x8 и STM32F103xB, то эта таблица справедлива только для этих моделей. К примеру STM32F103C8 или STM32F103CB соответствуют этой таблице, а STM32F103C6 нет, для него есть отдельный даташит.

В разделе 2.2 Full compatibility throughout the family говорится о том, что устройства STM32F103xx являются программно, функционально и pin-to-pin (для одинаковых корпусов) совместимыми.

В reference manual-е есть разделение на следующие «виды» микроконтроллеров: STM32F103x4 и STM32F103x6 обозначены как low-density devices, STM32F103x8 и STM32F103xB как medium-density devices, STM32F103xC, STM32F103xD и STM32F103xE как high-density devices. В устройствах Low-density devices меньше Flash и RAM памяти, таймеров и периферийных устройств. High-density devices имеют больший объем Flash и RAM памяти, а так же имеют дополнительную периферию, такую как SDIO, FSMC, I2S и DAC, при этом оставаясь полностью совместимыми с другими представителями семейства STM32F103xx. То есть, если на каком-то этапе разработки стало ясно, что выбранного микроконтроллера не хватает для реализации всех возможностей, то можно безболезненно выбрать более навороченный камень без необходимости переписывать весь существующий софт, при этом, если новый камень будет в том же корпусе, то отпадает необходимость заново разводить печатную плату.

Reference manual

Поехали далее. Reference manual (справочное руководство) содержит подробное описание всей периферии, регистров, смещений, и так далее. Это основной документ, который используется при создании прошивки под микроконтроллер. Reference manual составлен для большой группы микроконтроллеров, в нашем случае для всех STM32F10xxx, а именно STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx и STM32F105xx/STM32F107xx. Но STM32F100xx не входят в этот RM, для них есть свой.

Главное в Reference manual-е

Как было сказано выше, в reference manual-е есть разделение на следующие «виды» микроконтроллеров: low-, medium-, high-density и connectivity
line. В 2.3 Glossary разъяснено, кто есть кто:

• Low-density devices это STM32F101xx, STM32F102xx и STM32F103xx микроконтроллеры, у которых размер Flash-памяти находится между 16 и 32 Kbytes.
• Medium-density devices это STM32F101xx, STM32F102xx and STM32F103xx, размер флеш-памяти между 64 и 128 Kbytes.
• High-density devices это STM32F101xx и STM32F103xx, размер флеш-памяти между 256 и 512 Kbytes.
• XL-density devices это STM32F101xx и STM32F103xx, размер флеш-памяти между 768 Kbytes и 1 Mbyte.
• Connectivity line devices это микроконтроллеры STM32F105xx и STM32F107xx.

Наш STM32F103C8T6 является Medium-density device-ом. Это будет полезно знать при изучении периферии, например, есть отдельные разделы про RCC для Low-, medium-, high- and XL-density устройств, и Connectivity line devices.

Далее обратимся к Tabe 1. В ней отмечено, какой раздел применим к конкретному типу микроконтроллеров. У нас это Medium-density STM32F103xx:

Далее все просто: идет куча разделов, в каждом из которых содержится описание на конкретную периферию и ее регистры 🙂

Programming Manual

Programming Manual не является документом первой необходимости в самом начале знакомства с STM-ми, однако является очень важным при углубленном изучении этих микроконтроллеров. Он содержит информацию о процессорном ядре, системе команд и периферии ядра. Причем это не та же самая периферия, которая описана в Reference manual-е.  В нее входят:

• System timer — системный таймер
• Nested vectored interrupt controller — контроллер приоритетных прерываний
• System control block
• Memory protection unit

Как только мы начнем знакомится с прерываниями в STM32, нам понадобится раздел 4.3 Nested vectored interrupt controller (NVIC). Ну и системный таймер является очень прикольной вещью, который будет полезен в каких-нибудь RTOS или для создания программных таймеров.

Errata Sheet

Errata Sheet — сборник всех известных аппаратных глюков и косяков микроконтроллеров и советов, как их обойти. Довольно веселый документ 🙂 Перед использованием какой-либо периферии, советую суда заглянуть. Это может помочь сократить количество потерянных нервных клеток при отладке своей чудо-прошивки, которая ни как не хочет работать 🙂

Продолжение тут: http://dimoon.ru/obuchalka/stm32f1/uroki-stm32f103-chast-2-iar-cmsis.html

Ссылки:

Datasheet: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32f103c8.pdf

Reference manual: https://www.st.com/resource/en/reference_manual/cd00171190.pdf

Programming manual: https://www.st.com/resource/en/programming_manual/cd00228163.pdf

Errata sheet: https://www.st.com/resource/en/errata_sheet/cd00190234.pdf

Начало работы с stm32 или не повторяйте моих ошибок / Habr

Небольшой рассказ о граблях, встреченных на пути познания ARM на примере stm32f103c8t6 и stm32l151rct6.

Мое знакомство с микроконтроллерами началось с AVR. Ими я занимался довольно долго, пройдя путь от плат с процарапанными дорожками и ассемблера в AtmelStudio4 до нормального лута и самописных makefile’ов для работы в блокноте (в моем случае — KWrite) и командной строке.

Но пришло время потыкать палочкой и в их старших братьев — ARM. Выбор конкретного семейства был долгим и пассивным (потому что прямой надобности нет, вот и не спешил), но в конце концов закончился на stm32f1, как самом, пожалуй, распиаренном. Покупать программатор, отладочную плату вроде Discovery или blue pill? Что вы, я же мастер по AVR-кам! Любую плату можно сделать ЛУТом, да еще так, как тебе нужно, без лишнего обвеса. Поэтому покупаю голый stm32f103c8t6 и начинаю шаманить с трассировкой платы. Что же мне понадобится? Хотя бы два порта вывести на гребенки… упс, выводить порты целиком неудобно. Да и ладно, выведу по 8 ножек — от порта A младшие (0-7), от B — старшие (8-15). Еще, конечно, светодиоды и кнопки, как же без индикации и управления. Вот что меня удивляет в готовых отладочных платах так это отсутствие хотя бы 2-3 светодиодов и 1-2 кнопок, которые бы ни с чем не конфликтовали. Как они вообще себе представляют отладку? Под кнопки сами просятся PA8, PA9, они удобно расположены. Еще пригодятся USB, джамперы BOOT0, BOOT1 и разъем батарейки для часов. И разъемы для кварцев, чтоб совсем красиво (впоследствии ни разу не воспользовался разъемами для кварцев). Для питания контроллеру нужно не более 3.6 В, а с USB идет 5 В. Надо ставить стабилизатор. Много читал, как народ выбирает стабилизаторы с низким падением напряжения… зачем? Разница полтора вольта, да тут дубового 78l33 хватит. А теперь разъем JTAG. У Atmel разъем программирования был стандартный ISP10 или ISP6. Наверное JTAG тоже штука стандартная. Оказывается, да… но только для отдельного производителя или даже устройства. Смотрим разъем на st-link: красивый, 10-контактный. Смотрим на каком-то программаторе для AVR: упс, уже 20-контактный. Смотрим еще где-то: больше несовместимых разъемов богу несовместимых стандартов. Ну, раз так, будем изобретать свой. Если что, переходник между ними будет не сложнее переходника ISP-6 на ISP-10. Вроде бы все готово, можно делать плату. Как оказалось, шаг 0,5 мм вполне достижим на любительском уровне, даже почти маркером подрисовывать не пришлось.

Теперь чем ее прошивать. Раз есть USB, наверное, через него и умеет. Читаю даташит — ага, через USB не умеет, зато через UART1 умеет. Упс, как раз его-то я и забыл вывести. Мало того, он еще и с кнопкой конфликтует, с той что на PA9 висит. Ну да ладно, выведу на проводочках, а кнопка все равно еще одна есть. Немного шаманства и плата готова и даже определяется в stm32flash.

С железом вроде бы разобрался, пора переходить к коду. Почитав несколько статей в интернете нашел готовый архив под gcc-arm-none-eabi. Разбираться, как именно задавать последовательность сборки, буду потом. Пока что занимаюсь hello-world’ами на кнопках и светодиодах. Поскольку это мое первое знакомство с данным семейством, никаких оберток вроде HAL — только ручная работа с регистрами. Впрочем, это вполне естественный подход, как мне кажется, можно было и не упоминать. Немного напрягает все время дергать питание и BOOT0 на плате, ну да ладно, когда-нибудь сделаю JTAG-программатор. Как ни странно, на грабли с отключенным тактированием периферии не наступил. Вспомнил молодость, когда на TurboPascal’е писал обработку трехмерной графики. Здесь у меня есть дисплей на ili9341 от raspberry pi и контроллер на целых 72 МГц. Вот что получилось — до 200 точек на модель и 11 fps. Конечно же, все матрицы трансформаций считаются в числах с фиксированной точкой.

В какой-то момент захотелось сделать носимое устройство, чтобы долго работало от батарейки. Посмотрел я в даташит и огорчился: знаменитые ARM по потреблению в разы хуже тех же AVR-ок! Если у вторых (ткнул в первый попавшийся контроллер, которым оказался ATmega88p) потребление составляет 0,8 мкА в учетом часов, то у первых даже в самом экономичном режиме сна* — 25 мкА ± 1.4 мкА на RTC. Это никуда не годится. Впрочем, stm32f103 и не позиционируется как экономичная серия. Смотрю на сайте STmicroelectronics другие серии контроллеров и выбираю серию stm32l1: помимо потребления порядка 1 мкА, там есть еще емкостный датчик и контроллер ЖКИ. Правда, максимальная частота поменьше, всего 36 МГц (или 24 МГц если используется USB), но это я как-нибудь переживу. Решено: беру пару stm32l151rct6 аж с 32 кБ оперативки (еще там 256 кБ флеша, но слабо представляю чем его можно забить. Разве что совсем диким говнокодом или массивами данных).

• ) не путать режимы сна (sleep, stop) с отключением (standby)

Параллельно делаю из запасной stm32f103 программатор st-link v2, просто потому что надоело возиться с BOOT0 и питанием, да и быстрее он. Впрочем, программирование по UART оставлю — мало ли что. Там тоже было немного шаманства, но ничего выдающегося. Разве что найти командную строку для openocd оказалось проблемой. Для будущих поколений оставлю ее:

openocd -f interface/stlink-v2.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init" -c "reset halt" -c "flash write_image erase "$(firmware).bin" 0x08000000" -c "reset run" -c "exit"

Для stm32l151 надо, само собой, поправить target на «target/stm32l1.cfg»

Чуть забегу вперед по хронологии, но чтоб не возвращаться. Господа, не экономьте на толщине текстолита! Или хотя бы добавляйте подпорки, или не используйте smd-компоненты. Так получилось, что на плате программатора я предусмотрел всего два крепежных отверстия в рандомных местах. А места оказались довольно далеко от разъема JTAG. И через какое-то время я заметил, что программатор работает нестабильно. То работает, то нет, то через UART приходится стереть «жертву», тогда подхватит. Оказалось, что резистор, идущий от вывода контроллера к разъему, сломался. У него просто отвалилась контактная площадка от корпуса. Резистор я перепаял. Потом перепаял остальные. Потом догадался, что даже той малой деформации платы, которая возникала при втыкании-выдирании шлейфа, хватало для несчастных компонентов. В результате воткнул подпорку прямо рядом с разъемом. Пока держит.

Как читатель уже догадался, программирование все также идет в текстовом редакторе, а компиляция и прошивка — в консоли. Естественно, покупная отладочная плата под l151 меня вдохновляла не больше, чем всякие IDE. Потирая следы от граблей, оставленных первой платой, развожу вторую (считая программатор — третью, но он все-таки не отладочная плата). Раз уж собрался отлаживать энергоэффективное устройство, надо заморочиться с питанием. Стабилизатор 78l33 менять не буду, но его выход я разорвал джампером, чтобы туда можно было ткнуться амперметром (надеюсь все-таки на микроамперметр, но там уж как пойдет). Гребенки пусть будут такие же, как на предыдущей плате — совместимость! Ну и пару светодиодов и кнопок, конечно. Грабли с UART1 призывно поблескивают, но я все же ставлю его разъем и не получаю по лбу. Конечно, JTAG у меня уже есть, но страховка не повредит. Так же, как и предыдущую (и плату программатора тоже) удалось развести по одной стороне, даже перемычек не слишком много.

А вот при запаивании контроллера возникла проблема. Я как-то наивно полагал, что на корпусе микросхем должен быть ключ, обозначающий первую ногу. Кто бы ожидал, что молодцы из ST сделают ДВА ключа, симметрично. Вот и какой стороной его запаивать теперь? Подумав, я решил, что это не ключи, а технологические углубления. Мало ли, для позиционирования чипа при изготовлении, например. Или прижать основание для заливки пластиком. Тогда надо ориентироваться по надписи. Логично же, что надпись должна быть читаема если расположить микросхему «стандартно», то есть когда первая нога в левом верхнем углу. Так и начал припаивать. То ли дефект ЛУТа, то ли кривые руки, но припаялась микросхема криво, благо вовремя заметил, прежде, чем запаял целиком. Не беда, есть же старый способ отпаивания многоножек с помощью лезвия бритвы: оно не смачивается припоем и достаточно тонкое чтобы не слишком погнуть. Оказалось, руки все-таки недостаточно прямые, поскольку ножки погнулись. Но не вверх, а вбок, хорошо хоть не сильно и их удалось кое-как выпрямить. Вторая попытка запаивания шла уже под микроскопом, но прежде я решил доправить ножки. И одна из них отломалась. Из чего их делают, что один раз согнуть-разогнуть нельзя? У выводных-то компонентов такой проблемы нет. Ну все, думаю, микросхему в брак, придется запаивать другую. Но вдруг это не критичная ножка? Ну там, вывод общего назначения, или одно из питаний. Пока что запаяю без нее, а там видно будет. На этот раз удалось запаять ровно, правда ножка попала на I2C, с которым я хотел поразвлекаться, но хоть не на жизненно важные разъемы вроде USB, JTAG, UART или BOOT. Подключаю — не работает, программаторы плату не видят. Какое-то время шаманю с пропаиванием ножек, но не помогает. Блуждающий по даташиту взгляд натыкается на картинку контроллера, расположенную где-то в подвале документа. Вот как можно было придумать нанести надпись БОКОМ?! То есть если повернуть контроллер так, чтобы надпись читалась, первая нога окажется в левом нижнем углу. Попутно выяснилось, что одно из «технологических углублений» таки является ключом. Правда, не поясняется, как его отличить от симметричного… Ну, хоть какая-то зацепка. Выпаиваю контроллер строительным феном, чтобы не доломать выводы, и запаиваю на этот раз боком. Отломанный вывод попадает аккурат на TX вывод UART1, то есть на разъем программирования и отладки. Это совсем нехорошо, но перед тем, как менять контроллер, надо хотя бы убедиться что с ориентацией угадал чтобы при перепаивании на живой не убить его неправильным подключением. Подключаю программатор — работает. Ура. Остались мелочи — впаять разъемы, диоды и прочую обвязку. В комментариях подсказали еще один способ — прозвонить земли: они обычно соединены внутри корпуса и расположены не полностью симметрично. Правда, учитывая шаг выводов, попасть по нужным выводам может быть непросто. Как бы то ни было, это самый надежный способ.

Работать с контроллером без UART1 не хочется, да и хуже чем сейчас уже не будет. А если и будет, так все равно менять, поэтому принимаю решение поиграть в хирурга и сделать контроллеру протез ноги из волосинки МГТФа. Как раз под рукой валяется хороший электропроводный клей, которым волосинка решительно приляпывается к площадке на корпусе микросхемы. Тот клей, который попал на соседние ножки, безжалостно удаляется скальпелем. А что вы хотите, попасть в полумиллиметровую площадку и не попасть по соседним торчащим ножкам? Проверяю — работает. Пока не отвалилось, а чтобы не отвалилось и потом, заливаю цианакрилатом.

Возможно, так бы я этой платой и пользовался, если бы ножка не отвалилась повторно. А она залита клеем. Впрочем, он довольно мягкий и режется скальпелем, поэтому успешно счищается. Но использовать тот же электропроводный клей второй раз почему-то не хочется. Попробую-ка я ножку припаять. Обычным жалом паяльника туда не подлезть, но в комплекте шло коническое (вообще-то, коническое изначально было единственным, но ввиду его очевидной неудобности, было заменено обычным, с клиновидной заточкой), которое туда вполне подлезает. Как ни странно, «операция трансплантация» прошла успешно и ножка заработала как ей положено (фотография ножки крупным планом на КДПВ).

Итак, железо готово, пора перейти к коду. Хорошо бы найти готовый пример под gcc и библиотеки CMSIS. Что для этого подойдет лучше, чем официальный сайт производителя? Как оказалось, STmicroelectronics не разделяют моего оптимизма. То, что навигация на сайте сделана через неприличное место — уже привычно, сейчас трудно найти сайт, сделанный людьми для людей. Но они не позволяют ничего с сайта скачать! Возможно, позволили бы после регистрации, но у меня и раньше не было желания регистрироваться где попало, а после такого отношения к разработчикам — и подавно. На кой ляд вам моя почта или что вы там требуете? Собирать персональные данные, спам слать? Идите лесом, а я в свободном доступе найду! Кстати, немного удивило что соответствующего пакета не оказалось в репозитории, но, возможно, ST придумали какой-то лицензионный геморрой. Посему шлю лучи поноса маркетологам, придумавшим такую политику, да и за неудобный сайт тоже.

Как бы то ни было, библиотека прекрасно нашлась на просторах интернета (ссылки давать не буду, мало ли что с сайтом случится). Альтернативный вариант — скачать среду разработки или CubeMX, где эти библиотеки вшиты. Правда, скачать их с официального сайта точно так же невозможно, так что ищем на сторонних и устанавливаем на виртуалку, просто на случай «если вдруг что».

С железом разобрались, с сорцами тоже. Пришло время разбираться наконец с контроллером. Первый сюрприз ждал при попытке воспользоваться сторонним кодом под Discovery. Там применен контроллер stm32l152, который на первый взгляд почти не отличается от stm32l151, установленного у меня. Помимо мелких отличий, оказалось, что в «мой» контроллер не установлен модуль ЖКИ. Немножко обидно, но я все равно не планировал им пользоваться. Хотя вот такое различие могли бы и более явно выделить, чем сносочкой в даташите. Кстати, в даташите рекомендуется в таком случае соединить вывод VLCD с питанием, у меня на фотографии соответствующий 0-омный резистор не запаян, но в реальности я его все же установил. Без него тоже работает, но не стоит перегружать внутренние соединения. Более интересным оказалось поведение часов реального времени. Они упорно не хотели работать, причем в интернете пишут просто «делай так, делай так, оно работает». А оно не работает. Кое-где, впрочем, упоминалось об «известных проблемах с RTC в данной серии». Как бы то ни было, часы все же завелись, правда, только на встроенном RC-генераторе. Попытки запстить часовой кварц приводили к бесконечному ожиданию бита готовности LSE. Я попытался проверить не отвалились ли ножки микросхемы от дорожек на плате и подергал ими в режиме обычных GPIO. Отвалился высокочастотный кварц. WTF?! В общем, вместе эти два кварца работать не желают, но хотя бы по отдельности худо-бедно функционируют.

И тут я догадался: суперклей, которым была залита половина контроллера (он ведь жидкий, его точечно не нанесешь, да и кто бы мог подумать…), дает утечку и кварцы своими наводками мешают друг другу. Ну, снаружи отскрести клей нетрудно, но ведь он затек даже под низ микросхемы. И если утечек по нему достаточно для кварцев, это ведь и на потреблении скажется. Ищу в гугле, чем люди удаляют цианакрилат. Предлагается теплая вода (что???) и диметилсульфоксид. В теплую воду я не верю, поэтому покупаю ДМСО. После более чем часового нахождения капли химиката на поверхности клея, разницы я не заметил. Зато заметили кварцы и стали работать более-менее нормально (интересно, почему? Димексид вытеснил влагу, впитанную клеем?). Впрочем, меня это не убедило, да и остатки клея все равно мозолят глаза… даром что находятся на нижней стороне платы и особо не видны. Кстати, теплая вода, которой я смывал димексид, на клей не повлияла (я не удивлен). Обнаружил, что существует такая штука, как удалитель клея, в таком же тюбике, как и сам клей, только фиолетовом. Ну хоть она-то должна сработать! Как оказалось, она может и работает, но по консистенции напоминает сметану и под микросхему просто не лезет. Ну и толку с тебя, удалитель?! Снаружи я и так почистить могу. Последний шанс: изредка упоминается ацетон. Немножко опасаюсь за пластиковые детали, но как раз их заменить несложно. Заливаю ацетон в стеклянную банку, кидаю туда плату и оставляю на ночь. Наутро выяснилось, что ацетон и правда работает, да еще как! От клея не осталось и следа. Мало того, растворился толкатель одной из кнопок. Что интересно, вторая уцелела, наверное, была сделана из более устойчивого пластика. Немного удивлен был, что и прочий пластик остался нетронутым, даже надписи уцелели. Ну и отлично, а кнопку можно и заменить.

Вот теперь удалось запустить и RTC от часового кварца, и режим сна потрогать, да и с другой периферией пообщаться. А еще, чтобы совсем фен-шуйно было, нанес подписи на плату. Но не маркером (вдруг снова купать в растворителях?) а процарапал скальпелем. На века!

Ну и для будущих поколений оставлю примеры кода для обоих контроллеров, вместе с библиотеками, makefile’ами и прочим. Останется только установить gcc-arm-none-eabi, openocd, stm32flash и прочую мелочь.
stm32f103
stm32l151

В комментариях несколько раз советовали не заниматься ЛУТом и заказать изготовление плат у профессионалов. Для прототипирования, как здесь — не вижу смысла. Другое дело, если нужны будут многослойный платы, или еще меньший шаг, или BGA-корпус, или еще что-то, что в домашних условиях сделать сложно. И, разумеется, при изготовлении финальной версии устройства и тиражировании. Нехорошо, если заказчик разберет корпус, спаянный из текстолита, и обнаружит криво отпиленню плату без маски и с перемычками из МГТФ.

Выводы:

1. Делать отладочные платы под себя при желании можно, они не хуже покупных. А вот программатор-отладчик все же лучше купить, если он не слишком дорогой. Сделать его, конечно, можно, но схему-то вы менять не будете, а раз так — лучше покупного он не будет. Дешевле, скорее всего, тоже. Разве что если контроллер лишний остался или с доставкой проблемы.
2. Не забывайте про резервный разъем программирования UART1, ну и заодно джамперы BOOT0, BOOT1. Помимо собственно программирования, по UART’у довольно удобно отлаживать программу.
3. На корпусе LQFP64 два ключа, один из которых фальшивый. Ориентироваться придется на надпись чтобы смотрела ногами влево.
4. Паять компоненты с малым шагом стоит только под микроскопом. Иначе сложно определить все ли пропаялось и нет ли «соплей». Ну либо на «профессиональном» оборудовании вроде специального фена, паяльной пасты и т.п. Тут уж не знаю, я пишу про любительскую технологию.
5. Не экономьте на толщине текстолита. Он гнется и этого может хватить для повреждения smd резисторов и, наверное, конденсаторов. Выводным это не страшно, да и компоненты с гнутыми выводами (транзисторы, микросхемы), пожалуй, переживут.
6. Делать разъемы для кварцев — пустая трата времени. Вы не будете их менять, поэтому просто запаяйте на плату.
7. Выпаивать многоножку с помощью лезвия бритвы стоит только в самом крайнем случае, когда нет фена. Иначе слишком велик риск ее повредить
8. Даже если у микросхемы отвалилась ножка, ее можно восстановить! Даже когда шаг 0,5 мм. Главное пользоваться пайкой, а не проводящим клеем.
9. Никогда не заливайте микросхему цианакрилатным клеем (суперклеем)! Он не обладает должными электрическими, да и механическими, характеристиками.
10. Для удаления суперклея из труднодоступных мест лучше всего подходит ацетон. Растворяет полностью. Главное убедиться что окружающие компоненты не пострадают. Из не-труднодоступных мест можно и механически удалить.

Начало работы с stm32 или не повторяйте моих ошибок / Habr

Небольшой рассказ о граблях, встреченных на пути познания ARM на примере stm32f103c8t6 и stm32l151rct6.

Мое знакомство с микроконтроллерами началось с AVR. Ими я занимался довольно долго, пройдя путь от плат с процарапанными дорожками и ассемблера в AtmelStudio4 до нормального лута и самописных makefile’ов для работы в блокноте (в моем случае — KWrite) и командной строке.

Но пришло время потыкать палочкой и в их старших братьев — ARM. Выбор конкретного семейства был долгим и пассивным (потому что прямой надобности нет, вот и не спешил), но в конце концов закончился на stm32f1, как самом, пожалуй, распиаренном. Покупать программатор, отладочную плату вроде Discovery или blue pill? Что вы, я же мастер по AVR-кам! Любую плату можно сделать ЛУТом, да еще так, как тебе нужно, без лишнего обвеса. Поэтому покупаю голый stm32f103c8t6 и начинаю шаманить с трассировкой платы. Что же мне понадобится? Хотя бы два порта вывести на гребенки… упс, выводить порты целиком неудобно. Да и ладно, выведу по 8 ножек — от порта A младшие (0-7), от B — старшие (8-15). Еще, конечно, светодиоды и кнопки, как же без индикации и управления. Вот что меня удивляет в готовых отладочных платах так это отсутствие хотя бы 2-3 светодиодов и 1-2 кнопок, которые бы ни с чем не конфликтовали. Как они вообще себе представляют отладку? Под кнопки сами просятся PA8, PA9, они удобно расположены. Еще пригодятся USB, джамперы BOOT0, BOOT1 и разъем батарейки для часов. И разъемы для кварцев, чтоб совсем красиво (впоследствии ни разу не воспользовался разъемами для кварцев). Для питания контроллеру нужно не более 3.6 В, а с USB идет 5 В. Надо ставить стабилизатор. Много читал, как народ выбирает стабилизаторы с низким падением напряжения… зачем? Разница полтора вольта, да тут дубового 78l33 хватит. А теперь разъем JTAG. У Atmel разъем программирования был стандартный ISP10 или ISP6. Наверное JTAG тоже штука стандартная. Оказывается, да… но только для отдельного производителя или даже устройства. Смотрим разъем на st-link: красивый, 10-контактный. Смотрим на каком-то программаторе для AVR: упс, уже 20-контактный. Смотрим еще где-то: больше несовместимых разъемов богу несовместимых стандартов. Ну, раз так, будем изобретать свой. Если что, переходник между ними будет не сложнее переходника ISP-6 на ISP-10. Вроде бы все готово, можно делать плату. Как оказалось, шаг 0,5 мм вполне достижим на любительском уровне, даже почти маркером подрисовывать не пришлось.

Теперь чем ее прошивать. Раз есть USB, наверное, через него и умеет. Читаю даташит — ага, через USB не умеет, зато через UART1 умеет. Упс, как раз его-то я и забыл вывести. Мало того, он еще и с кнопкой конфликтует, с той что на PA9 висит. Ну да ладно, выведу на проводочках, а кнопка все равно еще одна есть. Немного шаманства и плата готова и даже определяется в stm32flash.

С железом вроде бы разобрался, пора переходить к коду. Почитав несколько статей в интернете нашел готовый архив под gcc-arm-none-eabi. Разбираться, как именно задавать последовательность сборки, буду потом. Пока что занимаюсь hello-world’ами на кнопках и светодиодах. Поскольку это мое первое знакомство с данным семейством, никаких оберток вроде HAL — только ручная работа с регистрами. Впрочем, это вполне естественный подход, как мне кажется, можно было и не упоминать. Немного напрягает все время дергать питание и BOOT0 на плате, ну да ладно, когда-нибудь сделаю JTAG-программатор. Как ни странно, на грабли с отключенным тактированием периферии не наступил. Вспомнил молодость, когда на TurboPascal’е писал обработку трехмерной графики. Здесь у меня есть дисплей на ili9341 от raspberry pi и контроллер на целых 72 МГц. Вот что получилось — до 200 точек на модель и 11 fps. Конечно же, все матрицы трансформаций считаются в числах с фиксированной точкой.

В какой-то момент захотелось сделать носимое устройство, чтобы долго работало от батарейки. Посмотрел я в даташит и огорчился: знаменитые ARM по потреблению в разы хуже тех же AVR-ок! Если у вторых (ткнул в первый попавшийся контроллер, которым оказался ATmega88p) потребление составляет 0,8 мкА в учетом часов, то у первых даже в самом экономичном режиме сна* — 25 мкА ± 1.4 мкА на RTC. Это никуда не годится. Впрочем, stm32f103 и не позиционируется как экономичная серия. Смотрю на сайте STmicroelectronics другие серии контроллеров и выбираю серию stm32l1: помимо потребления порядка 1 мкА, там есть еще емкостный датчик и контроллер ЖКИ. Правда, максимальная частота поменьше, всего 36 МГц (или 24 МГц если используется USB), но это я как-нибудь переживу. Решено: беру пару stm32l151rct6 аж с 32 кБ оперативки (еще там 256 кБ флеша, но слабо представляю чем его можно забить. Разве что совсем диким говнокодом или массивами данных).

• ) не путать режимы сна (sleep, stop) с отключением (standby)

Параллельно делаю из запасной stm32f103 программатор st-link v2, просто потому что надоело возиться с BOOT0 и питанием, да и быстрее он. Впрочем, программирование по UART оставлю — мало ли что. Там тоже было немного шаманства, но ничего выдающегося. Разве что найти командную строку для openocd оказалось проблемой. Для будущих поколений оставлю ее:

openocd -f interface/stlink-v2.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init" -c "reset halt" -c "flash write_image erase "$(firmware).bin" 0x08000000" -c "reset run" -c "exit"

Для stm32l151 надо, само собой, поправить target на «target/stm32l1.cfg»

Чуть забегу вперед по хронологии, но чтоб не возвращаться. Господа, не экономьте на толщине текстолита! Или хотя бы добавляйте подпорки, или не используйте smd-компоненты. Так получилось, что на плате программатора я предусмотрел всего два крепежных отверстия в рандомных местах. А места оказались довольно далеко от разъема JTAG. И через какое-то время я заметил, что программатор работает нестабильно. То работает, то нет, то через UART приходится стереть «жертву», тогда подхватит. Оказалось, что резистор, идущий от вывода контроллера к разъему, сломался. У него просто отвалилась контактная площадка от корпуса. Резистор я перепаял. Потом перепаял остальные. Потом догадался, что даже той малой деформации платы, которая возникала при втыкании-выдирании шлейфа, хватало для несчастных компонентов. В результате воткнул подпорку прямо рядом с разъемом. Пока держит.

Как читатель уже догадался, программирование все также идет в текстовом редакторе, а компиляция и прошивка — в консоли. Естественно, покупная отладочная плата под l151 меня вдохновляла не больше, чем всякие IDE. Потирая следы от граблей, оставленных первой платой, развожу вторую (считая программатор — третью, но он все-таки не отладочная плата). Раз уж собрался отлаживать энергоэффективное устройство, надо заморочиться с питанием. Стабилизатор 78l33 менять не буду, но его выход я разорвал джампером, чтобы туда можно было ткнуться амперметром (надеюсь все-таки на микроамперметр, но там уж как пойдет). Гребенки пусть будут такие же, как на предыдущей плате — совместимость! Ну и пару светодиодов и кнопок, конечно. Грабли с UART1 призывно поблескивают, но я все же ставлю его разъем и не получаю по лбу. Конечно, JTAG у меня уже есть, но страховка не повредит. Так же, как и предыдущую (и плату программатора тоже) удалось развести по одной стороне, даже перемычек не слишком много.

А вот при запаивании контроллера возникла проблема. Я как-то наивно полагал, что на корпусе микросхем должен быть ключ, обозначающий первую ногу. Кто бы ожидал, что молодцы из ST сделают ДВА ключа, симметрично. Вот и какой стороной его запаивать теперь? Подумав, я решил, что это не ключи, а технологические углубления. Мало ли, для позиционирования чипа при изготовлении, например. Или прижать основание для заливки пластиком. Тогда надо ориентироваться по надписи. Логично же, что надпись должна быть читаема если расположить микросхему «стандартно», то есть когда первая нога в левом верхнем углу. Так и начал припаивать. То ли дефект ЛУТа, то ли кривые руки, но припаялась микросхема криво, благо вовремя заметил, прежде, чем запаял целиком. Не беда, есть же старый способ отпаивания многоножек с помощью лезвия бритвы: оно не смачивается припоем и достаточно тонкое чтобы не слишком погнуть. Оказалось, руки все-таки недостаточно прямые, поскольку ножки погнулись. Но не вверх, а вбок, хорошо хоть не сильно и их удалось кое-как выпрямить. Вторая попытка запаивания шла уже под микроскопом, но прежде я решил доправить ножки. И одна из них отломалась. Из чего их делают, что один раз согнуть-разогнуть нельзя? У выводных-то компонентов такой проблемы нет. Ну все, думаю, микросхему в брак, придется запаивать другую. Но вдруг это не критичная ножка? Ну там, вывод общего назначения, или одно из питаний. Пока что запаяю без нее, а там видно будет. На этот раз удалось запаять ровно, правда ножка попала на I2C, с которым я хотел поразвлекаться, но хоть не на жизненно важные разъемы вроде USB, JTAG, UART или BOOT. Подключаю — не работает, программаторы плату не видят. Какое-то время шаманю с пропаиванием ножек, но не помогает. Блуждающий по даташиту взгляд натыкается на картинку контроллера, расположенную где-то в подвале документа. Вот как можно было придумать нанести надпись БОКОМ?! То есть если повернуть контроллер так, чтобы надпись читалась, первая нога окажется в левом нижнем углу. Попутно выяснилось, что одно из «технологических углублений» таки является ключом. Правда, не поясняется, как его отличить от симметричного… Ну, хоть какая-то зацепка. Выпаиваю контроллер строительным феном, чтобы не доломать выводы, и запаиваю на этот раз боком. Отломанный вывод попадает аккурат на TX вывод UART1, то есть на разъем программирования и отладки. Это совсем нехорошо, но перед тем, как менять контроллер, надо хотя бы убедиться что с ориентацией угадал чтобы при перепаивании на живой не убить его неправильным подключением. Подключаю программатор — работает. Ура. Остались мелочи — впаять разъемы, диоды и прочую обвязку. В комментариях подсказали еще один способ — прозвонить земли: они обычно соединены внутри корпуса и расположены не полностью симметрично. Правда, учитывая шаг выводов, попасть по нужным выводам может быть непросто. Как бы то ни было, это самый надежный способ.

Работать с контроллером без UART1 не хочется, да и хуже чем сейчас уже не будет. А если и будет, так все равно менять, поэтому принимаю решение поиграть в хирурга и сделать контроллеру протез ноги из волосинки МГТФа. Как раз под рукой валяется хороший электропроводный клей, которым волосинка решительно приляпывается к площадке на корпусе микросхемы. Тот клей, который попал на соседние ножки, безжалостно удаляется скальпелем. А что вы хотите, попасть в полумиллиметровую площадку и не попасть по соседним торчащим ножкам? Проверяю — работает. Пока не отвалилось, а чтобы не отвалилось и потом, заливаю цианакрилатом.

Возможно, так бы я этой платой и пользовался, если бы ножка не отвалилась повторно. А она залита клеем. Впрочем, он довольно мягкий и режется скальпелем, поэтому успешно счищается. Но использовать тот же электропроводный клей второй раз почему-то не хочется. Попробую-ка я ножку припаять. Обычным жалом паяльника туда не подлезть, но в комплекте шло коническое (вообще-то, коническое изначально было единственным, но ввиду его очевидной неудобности, было заменено обычным, с клиновидной заточкой), которое туда вполне подлезает. Как ни странно, «операция трансплантация» прошла успешно и ножка заработала как ей положено (фотография ножки крупным планом на КДПВ).

Итак, железо готово, пора перейти к коду. Хорошо бы найти готовый пример под gcc и библиотеки CMSIS. Что для этого подойдет лучше, чем официальный сайт производителя? Как оказалось, STmicroelectronics не разделяют моего оптимизма. То, что навигация на сайте сделана через неприличное место — уже привычно, сейчас трудно найти сайт, сделанный людьми для людей. Но они не позволяют ничего с сайта скачать! Возможно, позволили бы после регистрации, но у меня и раньше не было желания регистрироваться где попало, а после такого отношения к разработчикам — и подавно. На кой ляд вам моя почта или что вы там требуете? Собирать персональные данные, спам слать? Идите лесом, а я в свободном доступе найду! Кстати, немного удивило что соответствующего пакета не оказалось в репозитории, но, возможно, ST придумали какой-то лицензионный геморрой. Посему шлю лучи поноса маркетологам, придумавшим такую политику, да и за неудобный сайт тоже.

Как бы то ни было, библиотека прекрасно нашлась на просторах интернета (ссылки давать не буду, мало ли что с сайтом случится). Альтернативный вариант — скачать среду разработки или CubeMX, где эти библиотеки вшиты. Правда, скачать их с официального сайта точно так же невозможно, так что ищем на сторонних и устанавливаем на виртуалку, просто на случай «если вдруг что».

С железом разобрались, с сорцами тоже. Пришло время разбираться наконец с контроллером. Первый сюрприз ждал при попытке воспользоваться сторонним кодом под Discovery. Там применен контроллер stm32l152, который на первый взгляд почти не отличается от stm32l151, установленного у меня. Помимо мелких отличий, оказалось, что в «мой» контроллер не установлен модуль ЖКИ. Немножко обидно, но я все равно не планировал им пользоваться. Хотя вот такое различие могли бы и более явно выделить, чем сносочкой в даташите. Кстати, в даташите рекомендуется в таком случае соединить вывод VLCD с питанием, у меня на фотографии соответствующий 0-омный резистор не запаян, но в реальности я его все же установил. Без него тоже работает, но не стоит перегружать внутренние соединения. Более интересным оказалось поведение часов реального времени. Они упорно не хотели работать, причем в интернете пишут просто «делай так, делай так, оно работает». А оно не работает. Кое-где, впрочем, упоминалось об «известных проблемах с RTC в данной серии». Как бы то ни было, часы все же завелись, правда, только на встроенном RC-генераторе. Попытки запстить часовой кварц приводили к бесконечному ожиданию бита готовности LSE. Я попытался проверить не отвалились ли ножки микросхемы от дорожек на плате и подергал ими в режиме обычных GPIO. Отвалился высокочастотный кварц. WTF?! В общем, вместе эти два кварца работать не желают, но хотя бы по отдельности худо-бедно функционируют.

И тут я догадался: суперклей, которым была залита половина контроллера (он ведь жидкий, его точечно не нанесешь, да и кто бы мог подумать…), дает утечку и кварцы своими наводками мешают друг другу. Ну, снаружи отскрести клей нетрудно, но ведь он затек даже под низ микросхемы. И если утечек по нему достаточно для кварцев, это ведь и на потреблении скажется. Ищу в гугле, чем люди удаляют цианакрилат. Предлагается теплая вода (что???) и диметилсульфоксид. В теплую воду я не верю, поэтому покупаю ДМСО. После более чем часового нахождения капли химиката на поверхности клея, разницы я не заметил. Зато заметили кварцы и стали работать более-менее нормально (интересно, почему? Димексид вытеснил влагу, впитанную клеем?). Впрочем, меня это не убедило, да и остатки клея все равно мозолят глаза… даром что находятся на нижней стороне платы и особо не видны. Кстати, теплая вода, которой я смывал димексид, на клей не повлияла (я не удивлен). Обнаружил, что существует такая штука, как удалитель клея, в таком же тюбике, как и сам клей, только фиолетовом. Ну хоть она-то должна сработать! Как оказалось, она может и работает, но по консистенции напоминает сметану и под микросхему просто не лезет. Ну и толку с тебя, удалитель?! Снаружи я и так почистить могу. Последний шанс: изредка упоминается ацетон. Немножко опасаюсь за пластиковые детали, но как раз их заменить несложно. Заливаю ацетон в стеклянную банку, кидаю туда плату и оставляю на ночь. Наутро выяснилось, что ацетон и правда работает, да еще как! От клея не осталось и следа. Мало того, растворился толкатель одной из кнопок. Что интересно, вторая уцелела, наверное, была сделана из более устойчивого пластика. Немного удивлен был, что и прочий пластик остался нетронутым, даже надписи уцелели. Ну и отлично, а кнопку можно и заменить.

Вот теперь удалось запустить и RTC от часового кварца, и режим сна потрогать, да и с другой периферией пообщаться. А еще, чтобы совсем фен-шуйно было, нанес подписи на плату. Но не маркером (вдруг снова купать в растворителях?) а процарапал скальпелем. На века!

Ну и для будущих поколений оставлю примеры кода для обоих контроллеров, вместе с библиотеками, makefile’ами и прочим. Останется только установить gcc-arm-none-eabi, openocd, stm32flash и прочую мелочь.
stm32f103
stm32l151

В комментариях несколько раз советовали не заниматься ЛУТом и заказать изготовление плат у профессионалов. Для прототипирования, как здесь — не вижу смысла. Другое дело, если нужны будут многослойный платы, или еще меньший шаг, или BGA-корпус, или еще что-то, что в домашних условиях сделать сложно. И, разумеется, при изготовлении финальной версии устройства и тиражировании. Нехорошо, если заказчик разберет корпус, спаянный из текстолита, и обнаружит криво отпиленню плату без маски и с перемычками из МГТФ.

Выводы:

1. Делать отладочные платы под себя при желании можно, они не хуже покупных. А вот программатор-отладчик все же лучше купить, если он не слишком дорогой. Сделать его, конечно, можно, но схему-то вы менять не будете, а раз так — лучше покупного он не будет. Дешевле, скорее всего, тоже. Разве что если контроллер лишний остался или с доставкой проблемы.
2. Не забывайте про резервный разъем программирования UART1, ну и заодно джамперы BOOT0, BOOT1. Помимо собственно программирования, по UART’у довольно удобно отлаживать программу.
3. На корпусе LQFP64 два ключа, один из которых фальшивый. Ориентироваться придется на надпись чтобы смотрела ногами влево.
4. Паять компоненты с малым шагом стоит только под микроскопом. Иначе сложно определить все ли пропаялось и нет ли «соплей». Ну либо на «профессиональном» оборудовании вроде специального фена, паяльной пасты и т.п. Тут уж не знаю, я пишу про любительскую технологию.
5. Не экономьте на толщине текстолита. Он гнется и этого может хватить для повреждения smd резисторов и, наверное, конденсаторов. Выводным это не страшно, да и компоненты с гнутыми выводами (транзисторы, микросхемы), пожалуй, переживут.
6. Делать разъемы для кварцев — пустая трата времени. Вы не будете их менять, поэтому просто запаяйте на плату.
7. Выпаивать многоножку с помощью лезвия бритвы стоит только в самом крайнем случае, когда нет фена. Иначе слишком велик риск ее повредить
8. Даже если у микросхемы отвалилась ножка, ее можно восстановить! Даже когда шаг 0,5 мм. Главное пользоваться пайкой, а не проводящим клеем.
9. Никогда не заливайте микросхему цианакрилатным клеем (суперклеем)! Он не обладает должными электрическими, да и механическими, характеристиками.
10. Для удаления суперклея из труднодоступных мест лучше всего подходит ацетон. Растворяет полностью. Главное убедиться что окружающие компоненты не пострадают. Из не-труднодоступных мест можно и механически удалить.

CS32F103C8T6, GD32F103CBT6 и другие китайские клоны STM32F103C8T6 и STM32F030C8T6

Сегодня наткнулся на такое чудо: https://ru.aliexpress.com/item/CS32F103C8T6-Completely-replace-STM32F103C8T6-STM32F103-LQFP-48-In-Stock-ARM-based-32-bit-MCU-with-Flash/32952782064.html
Известный китайский продавец «улучшенных» микроконтроллеров соблазняет ценой и уверяет что оно полностью совместимо с STM32F103C8T6.
При поверхностном знакомстве с даташитом создается впечатление что вроде бы так оно и есть.

Интересно что же у него внутри?
Подозреваю что китайцы одалживают неразрезанные кремниевые пластины с фабрики где делают STM32 и сами их корпусируют. Да и продавец у себя на сейте пишет что они electronic technology research company and SMT production plant.
Хотелось бы подтвердить или опровергнуть эту версию. Дайте знать в комментариях если найдете фото кристалла этого CS32F103C8T6.

Кноны встречаются также под именем «GD32F130C8T6» но внутри него свое, китайское ядро:
У GD32F103C8 только 64КБ флэш-памяти, а не 128КБ как у большинства STM32F103C8
Большим преимуществом GD32F103 является то, что он может работать на более высокой тактовой частоте 108 МГц вместо 72 МГц на STM32, кроме того, он может быть разогнан до 120 МГц с сохранением работоспособности USB.
Что интересно — у него zero wait state у флеша что позволяет работать значительно быстрее STM32 даже на частоте 72 МГц. Изначально все думали что у GD32 просто быстрая флеш-память. Однако было обнаружено что GD32 использует SRAM для памяти программ и что содержимое флэш-памяти копируется в SRAM во время запуска и затем процессор выполняет программу из ОЗУ.

Вместо 2-х настроек делителя тактовых импульсов (clock divider settings) доступно 4. Это позволяет GD32 работать на 48, 72, 96 и 120 МГц и иметь рабочий USB. (Обратите внимание, что при максимальной тактовой частоте 108 МГц соответствующая настройка делителя отсутствует. Таким образом, максимальная тактовая частота в пределах спецификации на которой процессор может работать с USB составляет 96 МГц — однако это все же быстрее, чем 72 МГц STM32F103.

Фото кристалла Giga Devices GD32F103CBT6:


больше фото на сайте zeptobars.com
Giga Devices уже довольно давно является производителем serial flash. Когда они запустили свою линейку ARM Cortex M3 (с некоторым уровнем совместимости с двоичными файлами STM32), вместо того, чтобы идти обычным путем их подход (чип отдельно, serial flash отдельно) позволяет не платить лицензионный сбор за дизайн (поскольку дизайн чипа один) и таким образом снизить цену.
Это также позволило увеличить максимальный размер флеш-памяти до 3MiB.

STM32F103RBT6 Development Breadboard STM32 Test Plate Minimum System Serial Download JLINK Simulation / PL2303 ECT-241243

Доброе время суток! Наигравшись с микроконтроллерами 8bit, я решил попробовать что нибудь покруче и посложнее. И я представить не мог насколько сложнее получится опробовать новое семейство микроконтроллеров когда заказывал плату разработки и отладки STM32F103RBT6. Подробности далее…

При заказе данной платы я руководствовался её как мне казалось небольшими размерами и минимальным количеством всяких разъёмчиков, кнопочек, светодиодиков, так как в последствии собирался использовать её в конечном устройстве. Но честно признаюсь вам я совершил ошибку решив начать знакомство с новым типом контроллеров выбрав именно эту плату. Но обо всем попорядку.
Плата мне пришла вот в такой вот комплектации.

Прислали плату и колодку для самостоятельной впайки куда потребуется нежно упаковано в антистатический пакетик. Причём колодочка упакована рядом с платой и отделена от неё. Пакетик герметично запечатан изготовителем со всех сторон очень качественно. Предусмотрели даже вырезы с обоих сторон. На фото они отчётливо видны.
Ну чтож, давайте поскорее вскроем заветный пакетик и посмотрим что внутри.

ФОТО 1

ФОТО 2
И шедшая в комплекте колодочка для пайки.


Опишу сначала колодочку, которая шла совместно с платой. Она имеет 2 ряда по 40 штырьков. Шаг стандартный 2,45 мм. Качество изготовления хорошее, штырьки вставлены плотно, ровно. Пластик куда вставлены штырьки отлит качественно, имеет возможность разделения в любом удобном месте, можно просто откусить бокорезами нужное количество штырьков. А вот количество немного недотягивает чтоб распаять все разъёмы. 2 разъёма по бокам имеют 2 ряда по 15 контактов, и так называемый порт TFT расположенный слева на первой фотографии имеет 2 по 18 контактов. В общем получаем 15+15+18=48, как видите для того чтоб впаять все разъёмы нам не хватает ещё 8 пар штырьков.
Теперь посмотрим повнимательнее на плату. На первый взгляд не всё так плохо как могло быть. Но это только на первый взгляд. Сама плата двухсторонняя, имеет размеры 88мм x 47мм имеет толщину стеклотекстолита 1,5мм. К сожалению плати имеет всего 2 крепёжных отверстия по диаметром по 3мм каждое и расположены они крайне неудачно на мой взгляд. Судя по всему используют их для крепления LCD дисплея поверх платы, но это только догадка. Плата имеет маску красного цвета и маркировку элементов белого цвета.
Немного остановлюсь на маркировке нашей платы. Со стороны микросхем (фото 1) маркировка нанесена не качественно. Краска размазана и с трудом можно понять что за символы нанесены. А вот на обратной стороне (фото 2) маркировка читается хорошо, там всё чётко и не смазано.
Опешу что имеется на плате. На стороне микросхема (фото 1) у нас есть сам микроконтроллер который никак не обозначен и имеет лишь белую точку обозначающую первый вывод. Рядом с контроллером есть надпись информирующая нас о том какой контроллер установлен у нас. Это STM32F103RBT6. Немного о качестве пайки данного контроллера: пайка оказаласть не самой плохой, ножки пропаяны все, слипшихся как это часто бывает нет.

Слева от микроконтроллера расположены 2 кварцевых резонатора. Один маленький обозначен как Y1 ”часовой” на 32.768 KHz, второй побольше на 8 MHz обозначен как Y2 снизу и указана частота сверху.

Справа от микроконтроллера у нас находится микросхема преобразователя интерфейсов PL-2303HX. Это микросхема у нас промаркирована как U2 и выполняет функцию преобразования USB интерфейса. Пайка также как и в случае с микроконтроллером хорошая.

В нижней левой части платы (фото 1) у нас расположены 3 кнопки. Промаркированы они как S2, S3, S4.
Забегая вперёд скажу что кнопка S2 никак больше не подписана в отличии от остальных. Но при позвонке платы и снятии схемы выяснилось что это кнопка сброса RESET микроконтроллера. Кнопка S3 имеет сверху надпись PD2 и означает что кнопка подключена к порту D2. Кнопка S4 Имеет надпись PA1 и подключается к порту A1.

В левом верхнем углу платы (фото 1) у нас расположен светодиод с маркировкой LED2 который при детальном изучении оказался подключённым через резистор R13 к порту PC13 микроконтроллера. Также там имеются 2 джампера которые определяют режим программирования микроконтроллера. Производитель заботливо промаркировал с какой стороны джампер установлен в логическую 1 а с какой в логический 0. Расположены они один над другим и обозначены как B1 (верхний на фото 1) и B0 (нижний на фото 1)

В правой части платы (Фото 1) У нас расположен порт программирования и отладки микроконтроллера JTAG с обозначением треугольничком первой ножки. Разъём имеет 2×10 выводом и распаян по стандарту протокола JTAG.
Рядом с разъёмом JTAG имеется гнездо miniUSB которое промаркировано просто как USB. Данный разъём заводится непосредственно на микроконтроллер и позволяющий в дальнейшем реализовать программы умеющие работать с интерфейсом USB. Чуть ниже разъёма USB расположен стабилизатор напряжения на 3,3V служащий для питания нашего микроконтроллера и преобразователя интерфейсов. Промаркирован он как AMS117.

В нижней правой части платы мы имеем второй разъём miniUSB который промаркирован как USB_PL2303. Как видно из маркировки данный разъём заводится на преобразователь интерфейса PL-2303. Совсем рядом установлен на мой взгляд маленький и ненадёжный выключатель питания. Перещелкивается он с небольшим усилием и каждый раз щёлкая его боюсь сломать. С лева от разъёма имеются 3 контакта с надписями 3,3V, GND, 5V это соответственно выведены питания платы для подключения внешнего питания. Это единственные контакты предназначенные для подачи питания, никаких гнёзд для подключения питания кроме разъёмов miniUSB на плате больше нет. Эти контакты имеют слишком маленькую площадь и при частой пайке могут просто отвалиться. Сверху от контактов питания имеется второй светодиод LED1. Он на плате сигнализирует о наличии питания. Это стало ясно после снятия схемы платы.

Также на плате имеются две не распаянные колодки куда заводятся все порты микроконтроллера, а тахже питания +3,3V и +5V. Расположены они по центру платы в верхней её части и нижней. Они имеют 2 ряда по 15 выводов. Все контакты имеют металлизацию и облужены. Диаметр всех отверстий 1 мм. Все контакты обоих разъёмы подписаны и разделены с своеобразной таблице.


С лtвой стороны у нас имеется разъем для подключения TFT дисплеев. О том что это именно для дисплеев свидетельствует надпись TFT но с обратной стороны платы (смотрите фото 2), со стороны микросхем есть только невнятная маркировка которая порой вообще неразборчива. Разъём имеет 2 x 18 выводов.

Вот я и закончил описания того что имеется на плате со стороны микроконтроллера, с обратной стороны всё намного скромнее, (Смотрите фото 2) и так начнем.
Первое что бросается в глаза это панелька для батарейки с маркировкой BAT и указанием напряжения чуть ниже 3V. Данная батарейка служить для поддержания таймера часов реального времени в моменты когда плата обесточена. К сожалению тип батарейки сказать так сразу не могу так как нет у меня её, да и не нужна она мне пока.
Также на этой стороне платы установлен ещё один кварцевый резонатор на 12 MHz промаркированный как Y3. Данный резонатор подключен к микросхеме PL-2303. Ну и всё теже 2 колодки с портами которые описаны выше, они с этой стороны также промаркированы как и с другой.

Отдельно отмечу два посадочных места под микросхемы памяти EEPROM 24C04 судя по маркировке на плате и FLASH W25X16 также судя по маркировке. Эти микросхемы можно в будущем установить что расширит возможности применения платы.
Отдельно улыбнуло зеркальная надпись по центру платы. Это маркировка микроконтроллера нашей платы. Но вот почему оно так перевёрнуто, этот секрет разгадать я не смог. Хотя возможно это такая шутка производителей, так как странный логотип непонятной шляпки с ножками и глазками и полное отсутствие какой бы то не было внятной надписи обозначающую модель платы или ревизию как это принято мне найти не удалось. В виду этого у меня возникла серьёзная проблема по изучению и освоению данного экземпляра отладочной платы.
Для написания даже простенькой программы нужно чётко знать что куда подключено и как это работает, а для этого нужна схема платы. На данную плату у меня кроме пакетика в которой её прислали больше ничего не было. Поиски на просторах интернета не к чему не привели, да и как искать если кроме маркировки установленного микроконтроллера на плате больше ничего нет. Самое близкое что удалось найти это схема похожей платы. Вот ссылка.
Потому было принято решение по проведению сложной и кропотливой работе о снятии схемы с платы и как потом выяснилось вовсе не зря.

Вот ссылка на проделанный мной труд. Полная схема в формате PDF, вдруг кому пригодится.

Первое что меня удивило это странное подключение выключателя питания. Он согласно схеме отключает питание только от портов USB и не как не задействован на клеммы питания рядом с ним. То есть для организации питания через эти клеммы без компьютера придётся предусмотреть свой выключатель питания. Дальше судя по схеме порты PD0 и PD1 разведены непосредствеено на частотозадающий кварцевый резонатор Y2 и при тактировании платы от этого резонатора использовать эти порты нельзя! Также порт PC14 и PC15 разведены уже на другой резонатор, часовой. При реализации таймера реального времени их тоже трогать нельзя, а дорожки создают дополнительную ёмкость что может привести к незначительному изменению частоты.
Также отмечу интересное расположение предохранителя F1. Он разведён между землёй портов USB и землёй платы. Видимо так нужно чтоб сохранить шины данных USB, в случае короткого замыкания. Вот пожалуй все моменты на которые стоит обратит внимание.
Дальше подключим нашу плату к компьютеру и посмотрим что да как. Берём кабель miniUSB и подключаем его в порт с пометкой USB_PL2303 загорается красненький светодиод LED1 и как и ожидалось нас просят установить драйвер. Если ничего не произошло после подключения просто включите переключатель на платке. У меня драйвера не оказалось, так как раньше я такие преобразователи к своему компьютеру не подключал, потому лезем в интернет и ищем.
Я нашёл вот тут.
C установкой драйверов думаю проблем быть не должно. В итоге получаем виртуальный Comm Port у меня это COM5.
Дальше нам потребуется утилита с помощью которой можно прошивать нашу плату.
Взять её можно с сайта производителя вот тут
Программу нужно будет установить.
Подробнее о процессе прошивки можно прочитать тут
Информации по этому вопросу в сети предостаточно.
Я же сделал всё как описано и заодно выяснил что шьется наша платка на скорости 115200, выше не хочет. Для начала я считал прошивку из нашего микроконтроллера дабы посмотреть что у нас там есть и есть ли что то. Открыв скачанную прошивку в HEX редакторе увидел что память микроконтроллера имеет какую то прошивку и далеко не пуста. Для того чтобы посмотреть что этот код делает отключаем питание либо вытащив USB кабель из платы либо отключив микропереключатель. Я стараюсь не трогать микропереключатель и отключаю её вынув кабель. Переключаем джампер B0 в положение 0 и подключаем кабель обратно. Сразу же видим как начинает весело моргать светодиод синего цвета LED2.
Для того чтобы попробовать что то сделать самому нужно изучить очень много информации. Вот только несколько ссылок которые могут пригодиться при освоении нашей платки.
Учебный курс по микроконтроллерам STM32.
Описание микроконтроллера установленного на нашей плате
Описание семейства микроконтроллеров STM32F10x на РУССКОМ языке. Отдельное спасибо автору за труды.
Это только малая часть того что нужно знать и нужно будет узнать когда будете преобретать данный товар.
В заключении хочу сказать что данная отладочная плата вполне подходит для использования в конечном устройстве и совсем не подходит для неопытных начинающих программистов микроконтроллеров.