Как отличить stm32f102 и stm32f103

ARM. STM32 быстрый старт

Данная статья, которая является еще одним «быстрым стартом» в освоении ARM-контроллеров, возможно поможет сделать первые шаги в освоении 32-битных контроллеров ARM на базе ядра Cortex-M3 — STM32F1xxx серии. Возможно данная статья (которых на эту тему появляется как грибов после дождя) станет для кого-то полезной.

Введение

Почему ARM?
1. Есть из чего выбрать (разными производителями сегодня выпускается более 240 ARM-контроллеров)
2. Низкая цена (например за 1$ можно получить 37хI / O, 16K Flash, 4K RAM, 2xUART, 10x12bitADC, 6x16bitPWM).

А начнем нашу работу с контроллеров фирмы ST Microelectronics. Контроллеры на основе ядра ARM Cortex-M3 характеризуются широким набором периферии, высоким уровнем рабочих характеристик, низкой цене
P.S. В самом начале создается впечатление, что ARM’ы это какие-то страшные (в пайке, разводке, программировании) существа. Но это только на первый взгляд 🙂 и вы в этом сами убедитесь.

Итак, изучать ARMы будем на примере контроллеров STM32F1. Одновременно эта серия имеет несколько линеек:

Value line STM32F100 — 24 МГц CPU, motor control, CEC.
Access line STM32F101 — 36 МГц CPU, до 1 Mб Flash
USB access line STM32F102 — 48 МГц CPU with USB FS
Performance line STM32F103 — 72 МГц, до 1 Mб Flash, motor control, USB, CAN
Connectivity line STM32F105/107 — 72 МГц CPU, Ethernet MAC, CAN, USB 2.0 OTG

Также существует следующая классификация:

STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx

Connectivity line devices

Придется часто лазить здесь
Еще скажу несколько слов об этом ресурсе. Ясное дело, выбираем нужный контроллер и попадаем на страницу с кучей файлов в формате. рdf. (вкладка Design support). Можно читать все, но достаточно ознакомиться с такими файлами:
1. REFERENCE MANUAL (содержит полную спецификацию на контроллер).
2. ERRATA SHEET (содержит описание ошибок, которые могут возникать при работе с периферией).
3. Остальные документы содержат примеры работы с периферией, вопросы, связанные с программированием, описание некоторых библиотек, а с самого низа страницы можно найти EVARM-проекты демоплат и подобное ПО.

Архитектура

Итак, наш контроллер STM32 содержит в себе Cortex-M3 процессор (M означает серию для бюджетных устройств). Для того, чтобы начать программировать ARMы и не пользоваться только default’ными примерам и настройками нужно иметь представление об их архитектуре. Для начала:
1) 32-битный МК, выполненный по Гарвардской архитектуре (память программ и данных разделены),
2) имеет несколько отдельных шин и 3-ступенчатый конвейер и более 10 регистров общего назначения, что позволяет выполнять операции параллельно и (большинство) — за один такт.
3) набор инструкций — Thumb-2 (смесь 16 — и 32-битных команд, ориентированный на компиляторы C / C + +).

Рассмотрим упрощенную блок-схему шинной архитектуры STM32:

Архитектура STM32

Архитектура на примере линейки Connectivity devices

Итак, давайте коротко пройдемся по основам основ:
Матрица шин (bus matrix) — контроллер высокоскоростных шин, обеспечивающий независимую связь и арбитраж (в случае одновременного доступа к одному ресурсу) между системной шиной и шиной данных ядра, DMA, Ethernet (masters) и периферией — SRAM, FLASH, AHB (slaves) .

Шины ядра:
ICode bus — 32-битная шина инструкций — обеспечивает связь ядра с интерфейсом инструкций Flash.
DCode bus — шина данных — обеспечивает связь ядра с интерфейсом данных во Flash.
System bus — системная шина ядра — обеспечивает связь ядра и периферии
Flash interface (FLITF) интерфейс Flash-памяти — обеспечивает чтение, запись, стирание, чтение с буфером предварительной выборки, защиту памяти (от записи или чтения).
AHB system bus (Advanced High-performance Bus) — шина, которая связывает матрицу шин и периферийные шины APB (Advanced Peripheral Bus (Bridge)). Шина AHB, предназначена для управления, например, регистрами системной периферии (GPIO ЦАП и т.п.). Надо сказать, что шины APB1,2 работают на разных частотах: так APB2 может работать на частоте ядра, а быстродействие APB1 ограничено 36 МГц. Поэтому, на APB2 и висит скоростная периферия (АЦП, некоторые таймеры порты ввода / вывода и т.д.)
DMA (Direct Memory Access) — обеспечивает прямой доступ к памяти в обход ядра (нужно лишь задать что, откуда и куда передать, а DMA сам все возьмет и передаст кому надо через матрицу шин)
Reset & Clock Control (RCC) — обеспечивает тактирование ядра и периферии (которая по дефолту отключена от тактового сигнала) и сброс контроллера.

Стандартная схема подключения

И здесь для начинающих возникает вопрос в чем и как рисовать и разводить печатные платы для, например, 144-ногого микроконтроллера (48-ноги еще куда не шло). Однако ничего страшного в рисовании схемы, разводке и пайке данных контроллеров нет. Для этого можно пользоваться программой Eagle (она содержит библиотеку компонентов ST или в крайнем случае можно поискать в Интернете или скачать внизу статьи), можно попробовать рисовать платы в старом добром Sprint-е (хотя, первый вариант мне кажется более надежным). Ниже приведены стандартные схемы включения контроллеров семейства Value line STM32F100С4 и Connectivity line STM32F105

Привожу базовую схему подключения контроллеров STM32F1 и некоторые их нюансы:

Базовая схема подключения контроллеров STM32F1

Корпус: контроллеры STM32 помещены в корпусах LQFP с числом лапок от 48 до 144, при этом распиновка ножек контроллеров в одинаковых корпусах — совпадает, что не может не радовать.

Питание:

Контроллер питается от источника в 3.3 В (хотя можно подключать 2-3.6 В).
Хотя напряжение питания равно 3.3В, много ножек контроллера толерантны к 5В сигналов (см. в спецификации лапки с пометкой FT).
Vbat — используется для подключения резервного источника питания. Если в схеме резервный источник не используется, то Vbat надо посадить на общий источник питания.
Vdd_1 . 4 подтягиваем к «+», Vss_1 . 4 сажаем на «-» источника питания.
Спецификация на контроллер советует поставить параллельно источнику питания 5 конденсаторов в 100нФ (поближе к контроллеру) и один на 4.7мкФ (ближе к Vdd_3). Во многих схемах авторы часто не ставят их, думаю, если контроллер питается от чистого стабилизированного источника их можно не ставить.
Питание АЦП (он питается напряжением 2,4-3,6 В) и цифровой части схемы в STM32 разделены (для большей надежности, очевидно) и если мы не используем отдельный источник для АЦП, Vdda / Vssa сажаем на соответствующие выводы общего источника, иначе схема может работать некорректно и непредсказуемо. В 100-пиновых корпусах есть еще дополнительные лапки опорного источника АЦП Vref + / Vref-. Vref- нужно повесить на Vdda, а на Vref + можно бросить от 2,4 В до Vdda.

Внутреннего высокочастотного генератора на 8 МГц (HSI).
Внутреннего низкочастотного источника тактовых импульсов 40 кГц (LSI).
Внешнего высокочастотного осциллятора (HSE).
Внешнего низкочастотного осциллятора на 32,768 кГц (LSE-генератор может работать вместе с HSE или синхросигналом и обеспечивает синхронизацию часов реального времени и работу оконного сторожевого таймера).
Внешнего сигнала синхронизации (его частота должна быть целым делителем максимальной рабочей частоты контроллера).

«заземлив» лапку NRST. Стоит сказать, что разработчик постарался и уже включил подтягивающий резистор этой лапки. (external reset)
С помощью одного из сторожевых таймеров независимого или оконного (IWDG или WWDG reset).
С помощью схемы слежения за низким напряжением (low-power management reset)
при входе в режим Standby
при входе в режим Stop
Программно — установкой определенного бита

Для удобства пайки LQFP корпусов, существуют переходники. Продаются на eBay, бывают универсальные и под фиксированное количество ножек. Средняя цена: 1$ за штуку, посмотреть можно здесь.

Урок 1. Введение. Общие сведения, скорее впечатления, об STM32.

Уроки STM32

Вводная статья курса уроков по программированию микроконтроллеров STM32.

Этой статьей начинаю цикл уроков, посвященных программированию микроконтроллеров STM32.

Тема очень интересная, по популярности может превзойти ”Уроки Ардуино”. В принципе, это в какой-то степени продолжение или расширение ”Уроков Ардуино”. По крайней мере, я собираюсь постоянно ссылаться на статьи из этой рубрики, проводить аналогию между ними и уроками STM32.

Я не призываю бросать программировать на Ардуино и переходить только на STM32. Но есть задачи, которые на Ардуино выполнить невозможно или намного сложнее. Да и разве плохо уметь создавать системы, устройства на обоих типах микроконтроллеров.

Язык программирования в принципе один и тот же. Тем более одинаковы аппаратные компоненты, подключаемые к контроллеру: кнопки, светодиоды, дисплеи, модули проводных и беспроводных технологий связи и т.п.

Много информации уже есть на сайте. Например, зачем мне заново рассказывать про технологию клиент-сервер, если в рубрике ”Уроки Ардуино” есть статья об этом.

Контроллеры STM32 значительно превосходят по техническим характеристикам платы Ардуино на 8 разрядных микроконтроллерах ATmega328, ATmega2560 и т.п. У них более высокая производительность, больше объем памяти, периферийные устройства разнообразнее по функциям, номенклатуре, количеству. STM32 позволяют реализовывать значительно более сложные задачи, чем платы Ардуино.

Несмотря на вышесказанное я считаю, что программировать STM32 не сложнее, чем Ардуино. По крайней мере, я собираюсь так преподнести материал. Хотя объем информации будет больше.

Уроки рассчитаны как на опытных программистов, изучающих STM32, так и на людей, делающих первые шаги в программировании. Т.е. я собираюсь приводить строгую информацию и сопровождать ее подробными пояснениями. Для второй категории читателей я буду давать ссылки на аналогичные темы в ”Уроках Ардуино”. Не хочется одно и то же ”разжевывать” несколько раз.

Буду преподносить оптимальный с моей точки зрения подход к программированию STM32. Кто-то может с ним не согласиться.

Итак. Я ставлю цель:

научить вас практическому программированию микроконтроллеров STM32;
расширить ваши знания в области программирования на языке C++, конечно у кого их не хватает;
представить строгую техническую информацию о контроллерах STM32 на русском языке;
какая-то часть уроков будет посвящена аппаратной части, подключаемой к микроконтроллеру.

Общие сведения о микроконтроллерах семейства STM32.

Возможности контроллеров STM32 потрясают! По крайней мере, меня.

Плата с микроконтроллером STM32F103C8T6 по стоимости сопоставима с ценой плат Ардуино на базе ATmega328 и значительно дешевле плат типа Arduino Mega2560.

По моей партнерской ссылке она стоит всего 175 руб.

Отладочная плата STM32F103C8T6

Но по техническим характеристикам! Что стоит только сравнение разрядности обрабатываемых данных. 32 против 8!

У меня ощущение, что я сравниваю Ардуино не с маленькой дешевой платой, а с дорогим монстрообразным 32 разрядным контроллером. Судите сами.

Параметры	STM32F103C8T6	Arduino Nano
Разрядность	32 бит	8 бит
Частота	72 мГц	16 мГц
Объем FLASH	64 кБайт	32 кБайт
Объем ОЗУ	20 кБайт	2 кБайт
Число выводов	37	22
Аппаратное умножение и деление	Есть, 32 разряда	Только умножение, 8 разрядов
АЦП	2 АЦП, 12 разрядов, 10 входов, 1 мкс время преобразования	10 разрядов, 8 входов, 100 мкс время преобразования
Контроллеры прямого доступа к памяти	7 каналов	нет
Таймеры	7	3
UART	3 (выше скорость, больше режимов)	1
I2C	2	1
SPI	2	1
USB	1	нет
CAN	1	нет
Часы реального времени	есть	нет
Модуль аппаратного расчета CRC кода	есть	нет

К этому можно бесконечно добавлять с приставкой ”гораздо более мощные, совершенные, функциональные”: система прерываний, порты ввода-вывода, коммуникационные интерфейсы и т.п.

И это еще далеко не самый мощный вариант STM32. У меня есть плата STM32F407VET6 с частотой 210 мГц и АЦП со скоростью преобразования до 7,2 миллионов выборок в секунду. Собираюсь на ней сделать динамическую подсветку телевизора, т.е. обрабатывать видеосигнал.

Плата STM32F407VET6

Техническая документация.

Я не буду пересказывать общую информацию о микроконтроллерах STM32. Советую вам просмотреть книжку “Мартин М. Инсайдерское руководство по STM32”, чтобы иметь общее представление о STM32. Я не стал давать ссылку. Не знаю, как обстоят дела с авторским правом на этот документ. Но найдете без труда. Подробно компоненты и узлы STM32 будем изучать в уроках.

Из строгой официальной документации надо иметь:

. Периферия, электрические характеристики. . Описание регистров, работы периферии.

Все документы на английском языке, с официального сайта STMicroelectronics, но все что будем использовать, я распишу на русском.

В следующем уроке рассмотрим нашу базовую плату STM32, добавим к ней узлы для загрузки программ из компьютера во FLASH-память микроконтроллера.

Программирование STM32. Часть 1: Документация

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:

Datasheet
Reference manual
Programming Manual
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 ��