STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)

首先从最基本的 Sim 目标开始,其他目标都将在此基础进行更改。

根据本笔记的仿真一节进行设置,获得基本的仿真功能。这个时候如果点击 debug 选项是可以进入 Debug 模式的。

但因为这是进阶的文章,要稍微高大上一些,所以直接从 uCOS II 工程开始,关于 uCOS II 的移植可以参考网上资料,也可以参考本笔记的系统章节,不再详述,因为本节主要讲解的是模板的建立,是一个综合性很强的内容,所以如果基础薄弱的需要多学习其他基础内容,不懂的上网搜索或者查看本笔记是否有相关的内容。

言归正传,因为采用了嵌入式操作系统,所以为了更好的移植性,所以 main 函数主要就是启动一个操作系统,并创建一个启动任务,这个启动任务优先级最高,并且承担了裸机开发时进行底层初始化功能。这是最基本的功能,但是因为是模板,当然要加入一些常用的代码了:

 
1、调试停止

这个是为了方便调试的,目的是当单片机处于调试模式时,可以停止一些模块的时钟(这其实是硬件调试的时候才需要的功能,只不过在这里先加上了),这样就不必担心发生内核停止了,模块还在工作的情况,比如 TIM1 输出 PWM 实验中,Debug 模式下,单片机停止运行,如果没有这句代码(可以根据需要修改该代码,不必一样),那么 TIM1 还是会输出 PWM 的,但是一旦加上该语句,那么当内核停止工作时,TIM1 时钟也停止,这样定时器就不会输出 PWM 波了,方便观察现象。

2、中断分组

当系统需要使用中断时,首先需要设置中断分组情况,根据实际情况设置分组。一般可以设置为组 2,两位抢占优先级,两位子优先级,如果不设置分组,默认情况下为全部 bit 用于抢占优先级(虽然 CM3 内核支持 200 多个中断向量,但实际的单片机根本没有这么多中断,也不能支持 200 多的中断嵌套,所以只有部分 bit 位是有效的,比如 STM32F103 系列单片机实际上只用了高四位(用高四位是为了兼容,最大支持 16 层中断嵌套),所以能设置 5 种分组情况)

通过设置该分组后通过 MDK 仿真可以看到默认的分组情况已经发生改变了:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第1张图片

默认分组

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第2张图片

更改分组后

 
3、串口

串口应该是最常用的外设了,工程模板需要包含,并且添加一些字符处理函数、printf 重定向等。为了更有效率的接收发送数据,可以采用 DMA,使用 DMA 接收和发送数据将最大程度的解放 CPU,并且可以开启串口空闲中断,这样就可以接收任意长度的串口数据了,当然每个数据帧之间必须插入空闲帧,这个时间可以根据处理情况适当延长。

突发的情况下数据传输量可能很大,可以采用队列接收数据,这样就不用担心接收到的数据在没处理完成前被后来的数据冲掉了。STM32F4 系列单片机有双缓冲,可以一边接收数据,一边处理数据,可以好好利用一下,并且可以开启 FIFO,这样能最大程度的保证接收效率的问题,当然开启了 FIFO 在操作上更麻烦一些了。关于 STM32F4 的 DMA 可以查看本笔记的 DMA章节。

但是如果说你没有串口模块,也是有办法解决数据输出问题的,就是使用 ITM 的方式,感兴趣的查看这个章节。

 
4、总线协议

最常用的总线协议有单总线、I2C、SPI,这些总线协议讲解网上一大堆,可以直接拿来使用,如果觉得别人的代码效率不高,也可以自己写,这样可以加深对总线协议的理解,当对一种协议理解比较透彻时,再学习其他协议时也就事半功倍了,如果你的工作是经常和芯片打交道,建议你把这些协议都试着写一下,毕竟这应该算是最简单的协议了吧,当然了,如果你的能力提高了,可以加入 CAN 协议、SDIO 协议、USB 协议等等,首先第一步应该是利用单片机的内部模块尝试配置成功,如果你不仅仅满足于模块的使用的话,可以尝试采用模拟的方式去实现它。这里要注意的一点是,STM32 硬件 I2C 有一些 BUG,使用前必须好好研究一下,如果项目紧急的话,那么使用模拟的 I2C 会是不错的选择。


5、添加一些必要的文件

比如 cortexm3_macro 文件,这两个文件(.c 和 .h)包含了一些 Cotex-M3 特殊的汇编指令;比如 core_cm3 文件,这两个文件包含了内核功能的操作函数;如果对数学计算能力高的,可以使用官方针对内核优化过的 DSP 算法库,而不用标准库函数,将大大提高计算能力,如果说 STM32F1 的计算能力在使用官方优化的算法库下还是不能达到计算要求,那么可以采用 STM32F4 系列,这个系列用了硬件浮点运算单元,效率提高上百倍,当然了,也要使用官方的文件才能达到,标准库应该是没有利用上这个硬件单元的。这里要注意的一点是,当在 uCOS 下使用硬件浮点运算单元时,可能会出现问题,这个问题可以上网解决,也可以在本笔记的 uCOS II 系统篇获得解决方法。注意,如果一些已经验证过的文件,比如官方代码库、自己写的驱动函数等等这些,觉得不需要再改变了,那么可以设置为只读属性,这样是为了当你使用字符替换时不会意外的修改这些文件,因为你不知道你要替换的名字是否也出现在其他文件中,如果你不小心采用了 Current project 这种方式进行全局替换的话,那么有可能会将别的文件内的字符也替换掉,如果真的如此,你只能一个一个文件撤销了,那是很麻烦的事情。

6、一些必要的宏和调试信息

经常使用的一些宏定义可以添加到一个单独的文件中,比如说位带操作的宏定义,两三个数比较大小的宏定义等等,这些你认为需要的宏定义都可以添加到里面,不要害怕添加到里面会影响效率,没有的事,即使你加入一些没有调用的函数也不会占用你的代码空间的(如果是 51 的话,如果你在工程中出现没有调用的函数,会被警告,但 ARM 不会),这些没有调用的函数是不会链接到你的目标文件的(但是你不知道你的代码是会用在 51 工程还是 ARM 工程,不闲麻烦的话,就如 uCOS 源码一般,加入一些宏开关吧)。这些宏更是如此,效率问题根本不存在的,大胆的添加你需要的宏就是了。当你经历了大量的修修改改工作时,你就会知道多写一些宏定义是有多重要了。新手会感慨一个简单的数据却用了一堆的宏定义去表示,烦不胜烦;而高手看到代码里到处都是直接的数字表示,却是分分钟有重写代码的冲动!

设置固件版本信息:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第3张图片

输出产品信息:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第4张图片

 
7、多使用 ##

可能初学者一般都没用过 ##,但是如果你用过 ## ,并且善于用 ##,那么你会喜欢的,尤其是当你需要写大量类似的代码的时候更是如此,因为它能很大程度的提高你写代码的效率。关于 ## 的使用可以看本笔记的相关内容。当然使用了 ## 会使代码变得不直观,那么你可以使用字符替换的功能以简化代码的书写。

 
8、工程基本配置

开启实时语法错误窗口:这样可以更快的发现语法错误,而不需要编译后才发现:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第5张图片

Debug 模式下,开启一些必要的观察窗口:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第6张图片

输出一些必要的文件,如果想要输出 HEX 文件,那么勾选即可

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第7张图片

Periodic Window Update 勾选上表示能实时刷新窗口,这样即使程序正在运行,Watch Windows 窗口的数据也是会实时更新的。

生成 bin 文件(具体如何生成 bin 文件可以参考本笔记相关章节)

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第8张图片

代码优化级别设置为最低(方便调试,这样一些代码就不会被优化掉了),开启 C99 模式(方便写代码,比如局部变量可以不必局限在代码最前面定义),如果有些宏定义是全局的,也可以在该窗口设置,比如开启参数检查功能的宏可以在这里添加:USE_FULL_ASSERT。每个宏之间采用英文逗号隔开。

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第9张图片

因为开启了参数检查功能,所以需要实现一个函数原型:

void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line);

原型类似如下:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第10张图片

以上函数原型是根据我个人的习惯写的,如果断言失败将进入该函数,首先会输出哪里有错误,当然考虑到可能没有实现串口的情况,所以使用 sprintf 函数将调试信息输出到 DebugInfo 中,这样就可以直接使用 Watch 窗口查看这个数组的内容了,并能很快定位到底是哪一个地方出现了问题,进而排除该问题。最后使用软件断点 __breakpoint(0) 将程序停止,这样就不会在全速运行状态下明明已经断言失败了,还傻乎乎的在那里干等着。

STM32F4 的仿真模板其他的都和 F1 仿真类似,只是因为 MDK 对 STM32F4 的支持并不怎么好,所以会有比较多的问题存在,这个我准备用单独一小节详细讨论。

9、拥有自己的模板文件

比如我的头文件模板:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第11张图片

头文件注意在正式内容外加上这个:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第12张图片

这应该是用于兼容 C++ 代码的,万一你的代码会在 C++ 项目中用到,就不必修改了。    然后是头文件:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第13张图片

函数体说明:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第14张图片

STM32F1 和 STM32F4 底层代码兼容:

STM32工程模板建立之 Simu 目标(三)_第15张图片

到此,整个 Simu 目标即完成了,接下来开始添加 FLASH 目标。

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