第4章 STM32CubeIDE创建工程实例

第4章STM32CubeIDE创建工程实例4.1STM32CubeIDE的安装在安装STM32CubeIDE之前，首先登录ST公司官网，选择STM32CubeIDE安装包。网址如下：/zh/development-tools/stm32cubeide.html#登录ST公司官网后，选择STM32CubeIDE安装包版本（如STM32CubeIDE1.15.1），单击图4-1中的获取软件按钮，然后进入STM32CubeIDE安装包下载许可协议选择界面，需要登录MyST，同STM32CubeMX的操作方式，这里从略。4.1.1STM32CubeIDE软件包获取图4-1STM32CubeIDE安装包下载界面下载后STM32CubeIDE软件包如图4-2所示。图4-2STM32CubeIDE软件包STM32FCubeIDE安装步骤如下。将图4-2所示的STM32CubeIDE软件包解压缩后，得到如图4-3所示的STM32CubeIDE应用程序。4.1.2STM32FCubeIDE的安装步骤图4-3STM32CubeIDE应用程序双击st-stm32cubeide_1.15.1_21094_20240412_1041_x86_64应用程序，弹出如图4-4所示的STM32CubeIDE安装向导界面。图4-4STM32CubeIDE安装向导界面单击图4-4中的Next按钮，弹出如图4-5所示LicenseArgreement（许可协议）接受界面，选择Accept:Iaccepttheagreement。图4-5LicenseArgreement（许可协议）接受界面单击图4-5中的IAgree按钮，弹出如图4-6所示的STM32CubeIDE安装路径选择界面。图4-6STM32CubeIDE安装路径选择界面一般选择默认路径，单击图4-6中的Next按钮，弹出如图4-7所示的ChooseComponents（选择组件）选择界面。图4-7ChooseComponents（选择组件）选择界面单击图4-7中的Install按钮，弹出如图4-8所示的Installing（安装）界面。图4-8STM32CubeIDE安装界面在STM32CubeIDE安装工程中，会弹出如图4-9所示的STMicroelectronics通用串行总线设备安装选择界面。图4-9STMicroelectronics通用串行总线设备安装选择界面由于在应用STM32CubeIDE开发调试时，要将ST-LINK/V2插入到计算机的USB接口，所以单击图4-9中的安装按钮，弹出如图4-10所示的STM32CubeIDE继续安装界面。图4-10STM32CubeIDE继续安装界面STM32CubeIDE安装完成，弹出如图4-11所示的STM32CubeIDE安装完成界面。图4-11STM32CubeIDE安装完成界面单击图4-11中的Next按钮，弹出如图4-12所示的创建桌面图标界面。图4-12创建桌面图标界面单击图4-12中的Finish（完成）按钮，在计算机桌面生成如图4-13所示的STM32CubeIDE图标。图4-13STM32CubeIDE图标4.2启动STM32CubeIED启动STM32CubeIDE，首先将会出现图4-14所示的欢迎界面。图4-14STM32CubeIDE的欢迎界面随后，会显示启动（Launcher）界面，如图4-15所示。图4-15STM32CubeIDE的启动界面图4-15中的Workspace文本框，供用户选择计算机上存放工程文件的工作空间地址。勾选“Usethisasthedefaultanddonotaskagain”复选框，可以将所选地址设为默认启动地址，启动时不再弹出选择界面。RecentWorkspaces显示最近建立或访问过的工作空间，用户可直接点击查看。上述参数设置完毕后，单击界面右下的Launch按钮，即可启动STM32CubeIDE，如图4-16所示。图4-16启动STM32CubeIDE启动过程结束后，会弹出图4-17所示的STM32CubeIDE主界面。图14-17STM32CubeIDE的主界面4.3建立新工程在STM32CubeIDE的主界面中，打开主菜单File选择New→STM32Project命令，就可以建立一个新的STM32工程，如图4-18所示。4.3.1建立STM32工程图4-18建立一个新的STM32工程选择STM32Project之后，会显示如图4-19所示的初始化目标选择器进度框。这个过程实际上是调用STM32各系列芯片的信息。在这个初始化的过程中会弹出图4-20所示的下载选择文件（DownloadselectedFiles）的进度框（初次启动STM32CubeIDE才有）。图4-19显示初始化目标选择器的进度图4-20下载选择的文件目标选择器初始化过程结束后，会弹出图4-21所示的目标器件选择（TargetSelection）界面1。从这个界面中，可以选择项目工程所用的具体器件。4.3.2选择目标器件图4-20下载选择的文件以芯片型号是STM32F407ZGT6搜索为例，可在器件搜索框中输入该型号。在输入过程中，系统会自动列出包含已输入信息的所有器件名称以供选择，同时在右下侧信息框内显示所选器件的详细信息。如图14-22所示，选择的器件型号是STM32F407ZGT6。图4-22目标器件选择界面(2)在图4-22中根据型号找到所用芯片，然后在右下侧列表项中选中该芯片，如图4-23所示。图4-23选中具体的芯片如果在器件搜索框内输入完整的器件型号，在MCUs/MPUsList中就会出现唯一一行对应该型号芯片的信息。选中器件后，上方可查看特性、框图、文件资源及数据手册，查看文件时系统联网从ST官网下载。单击Datasheet，则会弹出图4-24所示对话框，从ST网站上下载该器件的数据手册。图4-24下载数据手册目标器件选择完成后，单击图4-21所示界面中右下侧的Next按钮（在上述器件选择步骤完成后，该按钮才允许单击），会弹出STM32工程建立（ProjectSetup）界面，如图4-25所示。4.3.3设置工程参数图4-25工程建立界面在工程建立界面中，需要给所建立的工程命名。图4-26所示为固件库（Firm-wareLibraryPackageSetup）设置界面。图4-26固件库设置界面单击图4-26中的Finish按钮会弹出一个提示框（如图4-27所示），询问是否进入STM32CubeMx界面。在STM32CubeMx界面中可以完成对MCU各硬件功能模块的配置。4.3.4硬件功能模块配置图4-27提示是否进入硬件配置界面在图4-27中，单击Yes按钮会显示一个初始化硬件配置过程的进度条，然后就会启动项目工程的建立过程。工程建立过程结束后会出现如图4-28所示的名为1ed.ioc的硬件配置界面，其中led为所建立的工程名。本例的任务是点亮一只发光二极管，并以此为例讲解硬件配置过程和IDE的使用方法。用STM32F407ZGT6控制一个发光二极管。在硬件上，该发光二极管的亮灭是由MCU的PA5引脚控制的。PA5引脚输出高电平时LED点亮，输出低电平时LED熄灭。图4-28led.ioc的硬件配置界面1．配置GPIO首先介绍如何配置PA5。在图4-28所示界面中，给出了STM32F407ZGTx芯片的外形图，四周都是引脚。用放大工具将该图放大后（进入Pinoutview界面，用鼠标中间的滚轮即可放大或缩小，或者单击图4-29中的放大、缩小工具），可以找到PA5引脚；单击PA5引脚，会弹出图4-29所示选项列表。图4-29中的选项列表是用来选择PA5功能的。图4-29选择引脚功能由于在硬件上将PA5用于驱动一个发光二极管，所以选择PA5的功能为输出（GPIO_Output）。选择完毕后，可以看到PA5的颜色会改变，并且出现GPIO_Output字样，如图4-30所示。图4-30选择引脚功能为GPIO_Output图4-31所示为GPIO的模式与配置。图4-31GPIO的模式与配置2．配置RCC接下来，介绍如何配置RCC（ResetandClockControl，复位和时钟控制）参数。单击SystemCore→RCC，会显示RCC的模式与配置界面。RCC的模式与配置界面如图4-32所示。图4-32RCC的模式与配置3．配置SYSSYS的模式与配置（SYSModeandConfiguration）界面中是一些有关系统的配置参数，如调试（Debug）的方式、系统唤醒模式的选择、时间基准的选择等。本例中，只选择了调试方式，其下拉列表框中有常用的JTAG、串行线（SerialWire）等选项。由于使用的是NUCLEO-G474RE板上自带的调试器，故选择SerialWire即可。其他参数采用默认值。SYS模式与配置界面如图4-33所示。图4-33SYS的模式与配置4．配置系统时钟接下来，介绍系统时钟的配置。单击图4-32中的ClockConfiguration标签页，会显示关于STM32的详细时钟配置图，也称时钟树。由于完整的时钟配置图中包含的内容很多，为了清晰起见，图4-34只给出了局部信息。由于本例中仅使用HSE作为时钟，所以在此只介绍HSE相关的时钟配置。图4-34时钟配置图设置好以后，系统时钟（SYSCLK）的频率即为168MHz，如图4-35所示。图4-35配置系统时钟系统时钟配置完毕后，保存led.ioc文件。如图4-36所示，打开主菜单Project选择GenerateCode命令，此时会弹出图4-37所示的对话框。在该过程中，系统会将上面所配置的信息自动转换成代码。4.3.5启动代码生成功能图4-36生成代码图4-37代码生成进度显示如图4-38所示，展开工程界面左侧浏览条目中的Core→Src，其中的main.c就是自动生成代码的主程序。双击，可打开main.c程序代码。图4-38查看自动生成的C代码4.4修改代码查看main.c文件会发现主程序中有很多/*······*/，此为注释语句。在程序编译时，这些注释语句是不会被编译的，而且这些注释基本都是成对出现的。譬如，在main函数的最后有个while（1）语句：/*Infiniteloop*///提示如下代码为无限循环/*USERCODEBEGINWHILE*///提示while中的用户代码段开始while(1){/*USERCODEENDWHILE*///提示while中的用户代码段结束/*USERCODEBEGIN3*///提示用户代码段3开始4.4.1代码中注释对及其作用}/*USERCODEEND3*///提示用户代码段3结束上面这段代码中，第一行的注释语句/*Infiniteloop*/提示下面是一个无限循环。后面紧跟着的是两对注释：/*USERCODEBEGINWHILE*/……/*USERCODEENDWHILE*/和/*USERCODEBEGIN3*/……/*USERCODEEND3*/在这两个注释对中，都明确说明了这是用户代码的开始（USERCODEBEGIN）和结束（USERCODEEND）的位置。此为提示信息，提示编程者把代码写在这对注释语句之间。下面来看main函数中while语句之前的几个子函数。为清晰起见，先删除用于提示写入用户代码的注释对语句。去掉注释对语句后，图4-39中的main函数代码如下：intmain(void){HAL_Init();//复位外设、初始化Flash接口和时钟基准等SystemClock_Config();//配置系统时钟MX_GPIO_Init();//初始化外设while(1){}4.4.2初始化函数}上述main函数代码中有三个子函数。这些子函数都是关于硬件配置的，也是前面配置完引脚、时钟等硬件参数后STM32CubeIDE自动生成的代码。在图4-39所示界面中，当把光标移到HAL_Init()上时，会显示该函数的简单介绍。图4-39查看函数声明在main函数中，另一个重要的子函数是关于I/O引脚配置的，即MX_GPIO_Init()函数，其声明也是在main.c文件中给出。由于在前面仅配置了PA5，所以在MX_GPIO_Init()函数中主要是针对PA5的配置信息，如初始电平、模式、上拉/下拉等。staticvoidMX_GPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_Intstruct={0};/*GPIOPortsClockEnable*///使能时钟——HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();——HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*///设置初始状态HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin,GPIO_PIN_SET);/*ConfigureGPIOpin:CED_Pin*///配置引脚模式、上拉/下拉、速度GPIO_Intstruct.pin=LED_Pin;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPVT_PP;GPIO_InitStruct.Pull=GPTO_PULUP;GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQHIGH;HALGPIOLInit(LED-GPI0_Port,&GPIO_InitStruct);}至此，硬件配置基本完毕，下面就可以开始编写用户代码了。4.4.3添加用户代码HAL_GPIO_TogglePin()和HAL_Delay()都是STM32Cube固件库提供的函数。STM32CubeIDE采用的是Eclipse架构，具有代码自动提示功能（contentassist）。譬如，写代码时，在文件中输入HAL后按组合键Alt＋/，就会开启代码自动提示功能。系统会自动显示以HAL打头的固件库函数。图4-40中，显示了所有以HAL_GPIO_打头的库函数。4.4.4如何查找所需要的HAL库函数图4-40使用代码自动提示功能图4-39中显示了很多与GPIO相关的库函数，对于GPIO来说，最常用的是后面三个：HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx,GPIO_Pin);HAL_GPIO_TogglePin(GPIOx,GPIO_Pin);HAL_GPIO_WritePin(GPIOx,GPIO_Pin,PinState);HAL_GPIO_ReadPin()函数是在将I/O配置为输入后用于读取GPIO引脚上的值（状态）的;HAL_GPIO_TogglePin()和HAL_GPIO_WritePin()函数都是在将GPIO配置为输出后用于写GPIO值（状态）的。这些函数的使用方法及与硬件的关系，后面讲GPIO时会进一步说明。将上面控制PA5的语句和延时语句放到while（1）循环中，即可完成用户代码的修改。不过需要注意，这两句代码要放置到注释对中，譬如放到/*USERCODEBEGIN3*/与/*USERCODEEND3*/之间：while(1){/*USERCODEBEGIN3*/HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_5);HAL_Delay(500);}/*USERCODEEND3*/至此，点亮发光二极管的程序编写完毕。4.4.5修改后的代码4.5编译工程单击工具栏上的BuildAll按钮（或者打开主菜单Project选择BuildAll命令），就可以启动项目工程编译过程，如图4-41所示。用BuildAll编译工程，会把工作空间（Workspace）中所有项目都编译一遍。工作空间如果有多个项目，最好打开菜单Project选择BuildProject命令，这样就只会编译当前工程，如图4-42所示。编译过程结束后，如果没有错误，在工程界面下侧信息窗中的Console栏会出现编译信息，如图4-43所示。如图4-43所示，编译中没有遇到错误和警告。图4-41编译工程图4-42编译当前工程图4-43编译结果信息4.6STM32CubeProgrammer软件ST有限公司发布新版STM32CubeProgrammer和STM32CubeMonitor，助力开发者快速推向市场。嵌入式工程师需选择功能全开发平台，泛生态工具对STM32开发尤为重要。STM32CubeProgrammer支持通过ST-Link的SWD/JTAG接口擦写STM32片上存储器。也支持通过UART、USB、I2C、SPI、CAN接口调用芯片内bootloader擦写存储器。ST-Linkv2仅支持UART和USB通信，ST-Linkv3新增SPI、I2C和CAN支持。STM32CubeProgrammer还可操作MCU选项字节和一次性可编程字节。通过外部loader，STM32CubeProgrammer支持对外部存储器的编程。STM32CubeProgrammer是针对STM32的一款多功能的编程下载工具，提供图形用户界面（GUI）和命令行界面（CLI）版本。STM32CubeProgrammer还允许通过脚本编写选项编程和上传、编程内容验证以及编程自动化。STM32CubeProgrammer软件特色如下：（1）可对片内Flash进行擦除或编程以及查看Flash内容。（2）支持s19、hex、elf和bin等格式的文件。（3）支持调试接口或bootloader接口。①STLINK调试接口（JTAG/SWD）②UART或USBDFUbootloader接口（4）支持对外部的存储器的擦除或编程。（5）支持STM32芯片的自动编程（擦除、校验、编程、选项字配置）。（6）支持对STM32片内OTP区域的编程。（7）既支持图形化界面操作也支持命令行操作。（8）支持对ST-Link调试器的在线固件升级。（9）配合STM32TrustedPackageCreatortool实现固件加密操作。（10）支持Windows、Linux和MacOS多种操作系统。STM32CubeProgrammer图形化用户界面如图4-44所示。图4-44STM32CubeProgrammer图形化用户界面1. STM32CubeProgrammer的主要功能在STM32CubeProgrammer最左侧一栏可以在不同的功能标签页之间切换，进行不同的操作。接下来，我们会对STM32CubeProgrammer的主要功能进行介绍。（1）支持按扇区或全片擦除Flash，导入多种格式文件烧录，如bin、elf、hex和srec。（2）连接MCU后，在“Erasing&Programming”页执行按扇区或全片擦除操作。（3）烧录文件可在“Erasing&Programming”或“Memory&fileedition”页导入并启动。（3）在“Memory&fileedition”页还能读存储器值并保存为bin、hex或srec格式文件。（3）支持修改存储器指定地址值，自动完成擦除与写回，适用于OTP字节编程。（4）“OB”页显示当前MCU选项字，允许用户修改，详见MCU参考手册。（5）“二合一”烧录可同时写Flash和选项字，命令行使用“-ob”参数配置。（5）示例：设置读保护level1，勾选全片擦除和下载文件，输入“-obrdp=0xBB”，开始烧录。（5）“-ob”命令中OptByte字段定义可通过界面“Optionbytes”或“-obdispl”命令查询。（6）外部存储器SPI、FSMC、QSPI等接口读写需配合externalloader使用。2. STM32CubeProgrammer关键技术STM32CubeProgrammer关键技术如下：（1）STM32CubeProgrammer统一体验，集成ST-Link功能，跨平台自带OpenJDK8，提供图形与命令行界面，方便用户操作和脚本编写。（2）核心支持STM32调试与烧写，2.6版可导出动态修改寄存器，支持一次烧写外部存储，自定义日志颜色便于调试。（3）集成TrustedPackageCreator，支持OEM密钥安全上传与固件加密，支持多接口与外部安全固件安装，助力STM32安全。（4）使用STM32WL提取Sigfox证书，导入/sfxp下载凭据包，再通过STM32CubeProgrammer加载并获得MCUSigfoxID注册。4.7STM32CubeMonitor软件STM32CubeMonitor1.0.0由ST公司2020年发布，借助ST-Link仿真器实时监测STM32内部变量变化，支持曲线显示。用户可修改变量值，且通过局域网内浏览器访问监控界面，功能超越断点调试，类数字示波器实用调试工具。软件基于Node-RED开发，Node-RED是IBM2013年开源项目，支持硬件与Web服务连接，具图形化流程式编程优势。STM32CubeMonitor是基于Node-RED开发的，它增加了一些专用节点，用于STM32运行时数据监测和可视化。STM32CubeMonitor具有如下功能和特性。（1）基于流程的图形化编辑器，无须编程就可创建监测程序，设计显示面板。（2）通过ST-Link仿真器与STM32系统连接，可使用SWD或JTAG调试接口。（3）在STM32上的程序全速运行时，STM32CubeMonitor可以即时（on-the-fly）读取或修改STM32内存中的变量或外设寄存器的值。（4）可以解读STM32应用程序文件中的调试信息。（5）具有两种读取数据的模式：直接（direct）模式和快照（snapshot）模式。（6）可以设置触发条件触发数据采集。（7）可以将监测的数据存储到文件中，以便后期分析。（8）具有可定制的数据可视化显示组件，如曲线、仪表板（gauge）、柱状图等。（9）支持多个ST-Link仿真器同步监测多个STM32设备。（10）在同一个局域网内的其他计算机、手机或平板计算机上，通过浏览器就可以实现远程监测。（11）可以通过公用云平台和MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息队列遥测传输）协议实现远程网络监测。（12）支持多种操作系统，包括Windows、Linux和macOS。简单地说，STM32CubeMonitor能使用图形化编程方式设计监测程序，通过ST-Link仿真器连接STM32系统后，就可以实时监测和显示所监测的变量或外设寄存器的值。图4-45是STM32CubeMonitor的图形化编辑器界面，可供用户使用各种节点连接组成流程，实现变量监测和显示的程序。图4-45STM32CubeMonitor的图形化编辑器界面完成图形化程序设计后，单击图4-45右上角的DEPLOY按钮就可以部署程序，然后单击图4-44右上角的DASHBOARD按钮，可以打开Dashboard窗口，也就是监测结果显示图形界面。STM32CubeMonitor目前只支持ST-Link仿真器，不支持其他的仿真器。4.8STM32F407开发板的选择本书应用实例是在野火F407-霸天虎开发板上调试通过的，该开发板可以在淘宝上购买，价格因模块配置的区别而不同，价格在500元~700元之间。野火F407-霸天虎实验平台使用STM32F407ZGT6作为主控芯片，使用4.3寸液晶屏进行交互。可通过Wi-Fi的形式接入互联网，支持使用串口(TTL)、485、CAN、USB协议与其他设备通信，板载Flash、EEPROM存储器、全彩RGBLED灯，还提供了各式通用接口，能满足各种各样的学习需求。野火F407-霸天虎开发板如图4-45所示。图4-45野火F407-霸天虎开发板（带TFTLCD）4.9STM32仿真器的选择开发板可以采用ST-Link、J-Link或野火fireDAP下载器（符合CMSIS-DAPDebμgger规范）下载程序。1. CMSIS-DAP仿真器CMSIS-DAP是支持访问CoreSight调试访问端口（DAP）的固件规范和实现，以及各种Cortex处理器提供CoreSight调试和跟踪。如今众多Cortex-M处理器能这么方便调试，在于有一项基于ArmCortex-M处理器设备的CoreSight技术，该技术引入了强大的新调试（Debμg）和跟踪（Trace）功能。CoreSight两个主要功能就是调试和跟踪功能。（1）调试功能①运行处理器的控制，允许启动和停止程序。②单步调试源码和汇编代码。③在处理器运行时设置断点。④即时读取/写入存储器内容和外设寄存器。⑤编程内部和外部Flash存储器。（2）跟踪功能①串行线查看器（SWV）提供程序计数器（PC）采样，数据跟踪，事件跟踪和仪器跟踪信息；②指令跟踪（ETM）技术能够实时地将处理器执行的指令流式传输到PC，进而支持历史序列的调试、软件性能分析及代码覆盖率分析等多种功能。这样的改进不仅提升了数据传输的效率，还大大增强了开发和调试过程的灵活性和准确性。野火fireDAP高速仿真器如图4-46所示。图4-46野火fireDAP高速仿真器2. J-LinkJ-Link是SEGGER公司为支持仿真Arm内核芯片推出的JTAG仿真器。J-Link仿真器如图4-47所示。J-Link仿真器具有如下特点：（1）JTAG最高时钟频率可达15MHz。（2）目标板电压范围为1.2～3.3V，5V兼容。（3）具有自动速度识