Уже много лет радиолюбители применяют восьмиразрядные микроконтроллеры семейств PIC и AVR. Они популярны благодаря низкой цене, наличию подробной документации, простоте программирования и лёгкости монтажа. Однако довольно часто бывают случаи, что мощности такого микроконтроллера для решения поставленной задачи недостаточно. Самый простой пример - частотомер или генератор сигналов на микроконтроллере, где максимальная измеряемая или генерируемая частота напрямую зависит от скорости обработки или вывода информации.
Помимо скорости, восьмиразрядные микроконтроллеры имеют и другие ограничения, например, во многих моделях AVR всего один аппаратный последовательный порт, что не позволяет получать информацию от внешнего устройства и одновременно пересылать результаты её обработки потребителю. Не говоря уже о таких "банальных" вещах, как вывод информации на графический индикатор, требующий больших ресурсов как скорости, так и памяти. После анализа ряда таких ограничений у автора возникла мысль о переходе на микроконтроллеры семейства STM32.
Для примера рассмотрим два микроконтроллера одной ценовой категории - STM32F103C6 и ATmega328P.
Таблица 1
Тип микроконтроллера | ATmeqa328P | STM32F103C6 |
Разрядность процессора | 8 | 32 |
Корпус | TQFP32 | LQFP4E |
Шаг выводов, мм | 0,8 | 0.5 |
Тактовая частота, МГц | 20 | 72 |
Объём FLASH-памяти. Кбайт | 32 | 32 |
Объём ОЗУ, Кбайт | 2 | 10 |
Число USART | 1 | 2 |
Число 16-разрядных таймеров | 1 | 2 |
Число линий ввода-вывода | 23 | 37 |
Ориентировочная цена, руб. | 270 | 210 |
Их сравнительные параметры приведены в табл. 1. Результаты сравнения даже несколько удивляют. 32-разрядный микроконтроллер не только мощнее восьмиразрядного практически по всем параметрам, но при этом дешевле. Разумеется, паять микроконтроллер с шагом выводов 0,5 мм в домашних условиях не так-то просто. К счастью, в большинстве случаев этого и не требуется - на рынке имеется множество разновидностей отладочных плат с микроконтроллерами семейства STM32, достаточных для различных применений. Рассмотрим их более подробно.
STM32F4-DISCOVERY
Эта плата (она изображена на рис. 1), пожалуй, наиболее удобна для начинающих изучение микроконтроллеров STM. Во-первых, она имеет большой набор периферийных устройств. Помимо микроконтроллера, на плате установлены микроэлектромеханический акселерометр, микрофон, аудиоЦАП, два разъёма USB, кнопка и четыре светодиода.
Рис. 1
Выводы микроконтроллера выведены на контактные площадки для монтажа штыревых разъёмов у левого и правого краёв платы, что позволяет легко подключать к ним все необходимые внешние устройства. Установленный на плате микроконтроллер STM32F407VGT6 имеет весьма неплохие параметры: 1 Мбайт FLASH-памяти, 192 Кбайт ОЗУ и тактовую частоту 168 МГц.
И наконец, плата оборудована встроенным отладчиком ST-LINK/V2, который можно использовать для отладки программ не только на имеющемся на плате микроконтроллере, но и на микроконтроллерах того же семейства, находящихся на других платах. Переключение на них выполняется с помощью съёмной перемычки и разъёма SWD.
Цена платы - около 800 руб., что можно считать вполне приемлемым.
STM32F103RBT6 Development Board
Следующим интересным вариантом является отладочная плата с микроконтроллером STM32F103RBT6 (рис. 2).
Рис. 2
Он несколько слабее, чем установленный на предыдущей плате - тактовая частота 72 МГц, 128 Кбайт FLASH-памя-ти и 20 Кбайт ОЗУ, однако периферийные устройства весьма интересны. Имеются сенсорный TFT-экран с разрешением 320x240 пкс и диагональю 2.8', встроенный USB-порт для обмена информацией с компьютером, разъём для карты памяти SD, часовой кварц на 32768 Гц, отсек для элемента питания часов реального времени и разъём ST-LINK для отладки программ.
Цена этой платы также около 800 руб., но следует заметить, что встроенного отладчика на ней нет. Для загрузки программ необходимо либо приобрести отдельный отладчик ST-LINK, либо использовать вместо него рассмотренную выше плату STM32F4-DISCOVERY
Maple Mini
Бросается в глаза внешнее сходство этой платы (рис. 3) с широко известными модулями Arduino. И это не случайно.
Рис. 3
Плата Maple Mini и была разработана как замена Arduino Nano. Язык программирования и среда разработки для устанавливаемых в Arduino микроконтроллеров семейства AVR были адаптированы под семейство STM. На интернет-странице http://leaflabs.com/docs/maple-q uickstart.html можно найти подробную информацию о языке программирования и среде разработки Maple IDE.
Отладочная плата имеет микроконтроллер STM32F103CBT6, работающий на тактовой частоте 72 МГц, имеющий 128 Кбайт FLASH-памяти и 20 Кбайт ОЗУ, что, несомненно, больше, чем в любом модуле Arduino. И тем больший плюс, что среда разработки практически не изменилась.
Отдельно заметим, что несмотря на миниатюрные размеры, Maple Mini предоставляет весьма разнообразную периферию: 34 линии ввода/вывода, два интерфейсных канала SPI и два I2C, три последовательных порта. Это позволяет с успехом применять её в различных любительских разработках. Благодаря малым размерам Maple Mini может быть встроена непосредственно в разрабатываемое устройство.
Оригинальную плату Maple Mini можно приобрести за 35 долл. США на сайте её разработчиков. Ещё 5 долл. США будет стоить доставка. Копия платы, изготовленная в Китае, обойдётся вдвое дешевле.
Программное обеспечение
Существуют несколько вариантов сред разработки, которые можно использовать для подготовки программ для микроконтроллеров семейства STM32:
- коммерческие IAR Embedded Workbench, AtollicTrueSTUDIO, Keil и др. Эти полнофункциональные продукты довольно дороги, с ценой лицензии от 1000 евро, но имеются и демонстрационные бесплатные версии с ограничением на объём разрабатываемой программы, для большинства несложных проектов их вполне хватает;
- бесплатная Eclipse с компилятором ARM-GCC требует нетривиальной настройки компилятора перед использованием. Единственный плюс на сегодняшний день - возможность работы не только в Windows, но и в Linux;
- бесплатная CooCox IDE (CoIDE) на базе того же редактора Eclipse. Выполняет загрузку и отладку программ через ST-LINK. В отличие от предыдущего варианта, CoIDE не требует каких-либо специальных настроек и работает сразу же после установки. Этот вариант наиболее удобен, им и стоит воспользоваться.
Воспользуемся CooCox IDE для создания примера программы для платы STM32F4-DISCOVERY реализующей классическое для первой программы для любого микроконтроллера мигание светодиодов. На плате STM32F4-DIS-COVERY имеются четыре светодиода, подключены они к выводам PD12- PD15 микроконтроллера. Сделаем так, чтобы они мигали поочерёдно.
Шаг 1. Запускаем среду разработки CoIDE, создаём проект. Из выпадающего списка, показанного на рис. 4, выбираем микроконтроллер STM32F407VG.
Рис. 4
Шаг 2. Как показано на рис. 5, выбираем компоненты, которые будут использованы в проекте. Основные из них - это GPIO (ввод-вывод), С Library (базовые функции языка С) и M4 Core (функции ядра процессора). При активизации того или иного компонента CoIDE автоматически копирует нужные файлы в папку проекта, что очень удобно.
Рис. 5
Шаг 3. Ввод текста программы. Он довольно короткий и приведён в табл. 2.
Как можно видеть, всё просто и очевидно. Те, кто писал программы для микроконтроллеров AVR, наверняка увидят знакомые конструкции - инициализацию портов с указанием направления (ввод или вывод), главный цикл, в котором выполняются нужные действия. В целом же синтаксис программы полностью соответствует языку С, литературы по которому более чем достаточно. Статей по программированию для STM32 в Интернете также немало. Много примеров поставляется вместе с отладочной платой, их тоже можно использовать как образцы.
После ввода текста программы нажатием на экранную кнопку "Download to flash" она загружается в микроконтроллер. Светодиоды на плате начинают мигать. Отдельно стоит отметить возможности отладки - в любом месте программы может быть поставлена точка останова, можно запускать программу по шагам, просматривая значения переменных.
Разумеется, этот пример не идеален. Например, для управления миганием светодиодов можно воспользоваться прерываниями от таймера, что освободит главный цикл программы для других задач. Желающие могут разобраться с этим самостоятельно.
Заключение
В целом, после первого знакомства микроконтроллеры семейства STM32 оставили весьма приятное впечатление. Всё оказалось не так сложно, а удобство среды разработки, процесса отладки и большое число стандартных функций чем-то даже напомнили переход от Ms DOS к Windows - общие моменты вроде те же, но все гораздо удобнее и функциональнее.
Но главным недостатком этого семейства для любительских разработок всё-таки остаётся слишком мелкий шаг выводов. Спроектировать и спаять плату с шагом выводов 0,5 мм в домашних условиях - задача весьма нетривиальная. Но при существующих ценах каждому радиолюбителю вполне доступны отладочные платы с уже смонтированными микроконтроллерами.
Стоит ли переделывать всё на STM и 32-разрядную архитектуру? Конечно же, нет. Есть задачи, для решения которых и ATtiny вполне достаточно. Но, например, для анализа спектра в самодельном SDR-приёмнике или приёма- передачи больших объёмов информации по сети гораздо эффективнее сразу применить мощный микроконтроллер, чтобы не упереться в недостаток памяти или производительности при совершенствовании устройства.
Автор: Д. Елюсеев, г. Санкт-Петербург