Изучаем STM32. Маленький урок по программатору
Контроллеры STM32 можно прошить двумя путями.
1) Через встроеный бутлоадер (бутлоадер, это такая маленькая программка внутри каждого микропроцессора STM32, которая прикидывается программатором — это если по простому). Прошивка в таком варианте происходит через UART (для связи с компьютером используется переходник USB>COM)
2)Внешним программатором. Из внешних программаторов на данный момент есть большой выбор. Это может быть и ваша отладочная плата STM32 Discovery, и китайский аналог ST-LINK V2 mini, и оригинальный ST-Link.
Первым вариантом я не пользовался, но сложного в нём вроде ничего нет. Нужно скачать утилиту STM32 ST-LINK Utility и на вашем прошиваемом микроконтроллере выставить определённый сигнал на ножке\ножках BOOT0\BOOt1. Допустим возьмём для примера самый дешёвый и простой микроконтроллер STM32F030F4P6 в корпусе TSSOP20. У него есть ножка BOOT0, которую если мы замыкаем на массу — то у нас контроллер будет прошиваться через SWD (то есть от внешнего программатора), а если на эту ножку подать напряжения питания, то контроллер будет стартовать с встроенного бутлоадера, и ждать пока мы его прошьём через UART, то есть с помощью программы ST-LINK Utility.
Вторым вариантом намного проще работать, так как помимо того что вы можете прошивать свои микроконтроллеры так ещё и в режиме реального времени отлаживать свои программы (дебажить))
Для прошивки в таких случаях используется всего 4 ножки (по минимуму)
1)Vcc — питание 3 Вольт
2)VSS(Gnd) — масса
3)SWCLK
4)SWDIO
Вот так выглядит распиновка на плате STM32F4Discovery разъёма для программирования внешних микроконтроллеров. Пин VDD_Target является пином, для снятия показаний напряжения с прошиваемого устройства. Этот если по простому — для согласования уровня напряжений между программатором и прошиваемым устройством.
Вот так выглядит разъём программатора ST-LINK V2 mini. В нём есть дополнительные средства для работы с STM8 и т.д, поэтому для работы с STM32 нам нужны пины
1)Vcc — питание 3 Вольт
2)SWDIO
3)VSS(Gnd) — масса
4)SWCLK
10)NRST
Вот так выглядит схема подключения для прошивки нашего простейшего микроконтроллера STM32F030F4P6
Как видите, никаких заморочек нет. На этом думаю всё, если будут вопросы, то пишите в коментах, я добавлю эти нюансы в статью.
Черная магия голубой таблетки (делаем программатор Black Magic Probe из модуля на базе STM32F103)
Зачем?
Есть еще ST-LINK/V2 от ST Microelectronics, правда, под вопросом их совместимость с микроконтроллерами производства не самой STMicro.
Black Magic Probe (BMP)
Преимущества и недостатки BMP по сравнению с китайскими клонами Segger Jlink и ST-LINK/V2:
Для создания Black Magic Probe нам понадобится модуль на базе МК STM32F103, который в среде зарубежных энтузиастов получил название blue pill (голубая таблетка) за характерный цвет маски на печатной плате. Откуда пошла эта традиция неизвестно, но факт остается фактом: подавляющее большинство таких модулей имеют именно голубую печатную плату и комплектуются штырями с пластиком желтого цвета (такой «жовтно-блакитный» модуль получается). Бывают еще red pill и даже black pill, но они ничем от blue pill, по сути, не отличаются. 
Черная магия за 4 шага
Шаг 1 – Создание файлов бутлодера и самого blackmagic’a
(если появляются сообщения об ошибке, открываем любым редактором (я использую nano) файл make:
Теперь заходим в каталог src:
в результате чего, в директории src у нас появятся 2 файла: blackmagic_dfu.bin и blackmagic.bin
Обратите внимание, что там создается еще куча всяких файлов, нас интересуют только эти два.
Шаг 2 — Загрузочный скрипт
копируем созданные ранее файлы в каталог со свежескаченным скриптом:
Шаг 3 — Прошивка бутлодера
С левой стороны модуля STM32 находятся два желтых джампера, обозначенные boot0 и boot1. Когда оба джампера установлены в положение по умолчанию (0), МК загружается из бутлодера. Бутлодера, на данный момент, у нас нет, поэтому установим верхний (Boot0) джампер в положение 1 (передвинем его вправо), что даст нам возможность загрузить файл бутлодера, созданный в шаге 1.
Соединяем STM32 и USB-TTL адаптер по следующей схеме:
Подключаем USB-TTL адаптер (вместе с STM32 модулем) к компьютеру, запускаем
dmesg и смотрим к какому порту подключился адаптер. В моем случае это был /dev//ttyUSB0
Находясь в директории stm32loader, запускаем команду:
естественно, вместо ttyUSB0 нужно поставить тот порт, на который у вас сел USB-TTL адаптер.
Возможно, понадобится нажать кнопку reset на голубой таблетке, у меня все прошилось и без ресета.
Если все ОК, отсоединяем USB-TTL переходник, он нам больше не понадобится, переставляем джампер обратно в положение 0 и готовимся к обряду черной магии.
Шаг 4 — Черная магия (превращение STM32 в BMP)
Подсоединяем наш stm32 модуль через обычный micro-usb кабель. Устанавливаем dfuutil:
Как пользоваться (пример прошивки уже скомпилированного файла myfile.hex):
Для Windows 7 и ниже система попросит установить драйверы, их можно взять
отсюда. В Windows 10 все работает as is.
В Диспетчере устройств смотрим номер порта, к которому подключился BMP, скорее всего это будет что-то типа COM11 и COM12:
Продолжение следует…
В следующий раз мы научимся использовать BMP для программирования в среде Arduino Bluetooth-модуля на базе nrf51822 со встроенным процессорным ядром Cortex M0
Программирование STM32. Часть 13: Программатор ST-Link
По-хорошему, данную тему надо было затронуть еще во 2-й или 3-й части данного цикла статей. Но лучше поздно, чем ни когда, поэтому поехали! В этой части мы познакомимся с программатором ST-Link, с помощью которого можно загружать прошивку в микроконтроллер STM32 и производить отладку программного обеспечения. Предыдущая статья здесь, все статьи цикла можно посмотреть тут: http://dimoon.ru/category/obuchalka/stm32f1.
Разновидности программаторов ST-Link
Для загрузки прошивки в микроконтроллеры STM32 используется программатор ST-Link, который можно подключить к программируемому микроконтроллеру по интерфейсу SWD. Кроме того, с помощью того же ST-Link-а и SWD можно выполнять пошаговую отладку прошивки из среды разработки с поддержкой точек останова (breakpoint). Количество одновременно установленных breakpoint-ов ограничено несколькими штуками (точно не помню сколько, вроде 5 штук), но этого более чем достаточно для отладки прошивки.
В фирменных отладочных платах от ST на борту имеется и сам целевой микроконтроллер, и программатор ST-Link, который так же сделан на микроконтроллере STM32. К стати очень удобное решение. Кроме того, программатор, который встроен в отладочную плату, можно использовать и для прошивки какого-либо внешнего микроконтроллера STM32. Для этих целей есть специальная гребенка на плате и перемычки, с помощью которых можно отключить интерфейс SWD от микроконтроллера, распаянного на плате. В моем распоряжении имеется плата stm32f4discovery, на которой установлен микроконтроллер STM32F407VG, и эту плату я как раз и использую как программатор ST-Link:
Естественно можно приобрести отдельный программатор ST-Link. Тут есть несколько вариантов. Первый — это фирменный ST-Link, который бывает с гальваничаской развязкой и без нее. Выглядят эти программаторы вот так:
Другой вариант — китайский ST-Link в форм-факторе флешки:
Вариант в принципе тоже неплохой, только надо иметь ввиду, что внутри у него нет ни каких защит интерфейса USB и целевой платы, так что при невыровненных землях схемы и ПК, КЗ в отлаживаемой схеме, и так далее, есть большой шанс спалить программатор вместе с USB портом в компе. Так что при работе с этим программатором надо быть предельно внимательным!
Подключение программатора ST-Link к микроконтроллеру STM32
Интерфейс SWD, по которому программатор подключается к микроконтроллеру имеет 2 линии:
Это является необходимым минимумом для успешной загрузки прошивки в новенький микроконтроллер или отладки и среды разработки (из IAR-а, например). Во всех микроконтроллерах STM32 выводы программирования совмещены со следующими портами ввода-вывода:
Выводы PA13 и PA14 можно использовать и как самые обычные порты ввода-вывода, однако, в этом случае теряется возможность производить отладку прошивки из среды разработки. Кроме того, если из прошивки, загруженной в МК, изменить настройки по-умолчанию пинов PA13 и PA14, процесс загрузки новой прошивки становится затруднителен, придется задействовать еще один провод, соединяющий программатор и МК: линию RESET. В этом случае, перед загрузкой прошивки, ST-Link выполнит сброс микроконтроллера, тем самым переведет пины PA13 и PA14 в состояние по-умолчанию, а уже после этого загрузит в МК новую прошивку. Чтобы задействовать функцию сброса микроконтроллера перед загрузкой прошивки в IAR-е в разделе настройки ST-Link-а необходимо выбрать опцию «Reset Pin»:
На этом пока все, спасибо за внимание. Продолжение
Swdio swclk что это
Технология JTAG широко применяется для тестирования электронных устройств, чаще всего основанные на микроконтроллерах, CPU, CPLD и/или FPGA. JTAG также позволяет аппаратную отладку, чтение/запись памяти, управление ножками I/O, анализ на производительность работающего кода (здесь приведен перевод статьи [1]).
Технология SWD (расшифровывается как Serial Wire Debug) это более современная версия JTAG, требующая для работы только 2 сигнальных выводов вместо как минимум 4 у стандартного JTAG (иногда добавляется еще один сигнал, что доводит количество сигнальных проводников до 5). SWJ это комбинация SWD и традиционного JTAG. Однако на высшем уровне оба этих интерфейса предоставляют аналогичные функции с разными вариациями, зависящими от управляющего ПО и от аппаратного обеспечения.
С одной стороны эта функциональность должна поддерживаться в целевом устройстве (target device). Порт отладки (Debug Port) часто называют JTAG-DP для JTAG и SW-DP для SWD. Устройство с поддержкой SWJ часто комбинирует в себе оба этих стандарта, при этом SWD-сигналы SWDIO и SWCLK повторно используются как JTAG-сигналы JTMS и JTCK (таким образом, SWJ обеспечивает обратную совместимость с традиционным JTAG). Большинство 32-битых микроконтроллеров и чипов SoC имеют на борту один из таких интерфейсов (или оба).
С другой стороны Вам нужен SWJ-адаптер, который может обмениваться данными с устройством по протоколу JTAG и/или SWD. SWJ могут стоить недорого ( 1000$), в зависимости от качества аппаратуры и ПО (и от бренда производителя). Ниже перечислены несколько описаний SWJ-адаптеров.
[ST-Link v2]
ST-LINK/V2 это адаптер от STMicroelectronics, очень удобный для прошивки микроконтроллеров STM8 и STM32 этой компании, таких как серия STM32 F1. Адаптер поддерживает интерфейсы JTAG, SWD и SWIM (последний применяется для STM8).
Эти SWJ-адаптеры основаны на микроконтроллерах STM32F1xx ARM Cortex M3. Любопытно, что адаптер на основе микроконтроллера STM32F1xx применяется для программирования и отладки таких же микроконтроллеров STM32F1xx.
Использование ST-LINK/V2 на Linux. Для нормального использования сначала добавьте правила для обычного пользователя, чтобы можно было получить доступ к этому устройству (правило udev, основанное на идентификаторах VID и PID адаптера, показываемых lsusb). Это делается только один раз перед тем, как адаптер подключается для непосредственного использования:
Для подключения к микроконтроллерам STM32F1xx ARM Cortex M3 используется OpenOCD [9]:
[Клон ST-LINK/V2]
Это полностью содранный с оригинала ST-LINK/V2. Он поставляется в таком же корпусе, с такими же кабелями, выглядит так же, сохранено даже название печатной платы (MB936). Но сама плата не такая же, список деталей (BOM) не совпадает с оригинальным.
Оригинальный адаптер снабжен дополнительной защитой от статического электричества, защитными резисторами и трансивером, позволяющим работать с уровнями сигнала от 1.65V до 5.5V. В клоне это полностью отсутствует, поскольку сигналы интерфейса напрямую подключены к микроконтроллеру. Таким образом, поддерживаются только уровни сигналов 3.3V на отлаживаемой/программируемой системе, и иногда 5V, потому что выводы микроконтроллера допускают по входу уровни 5V (5V tolerant).
[ST-LINK V2 aluminium]
Существует несколько версий плат этого варианта адаптера, и может также отличаться цоколевка.
2014-06-22 ST-LINK V2. Ниже показана схема и внешний вид этих адаптеров.
В адаптере используется интересный трюк для подключения двух светодиодов (LED) на одной ножке порта (PA9):
• Когда ножка выхода порта установлена в лог. 1, зажигается один светодиод
• Когда эта же ножка переводится в лог. 0, зажигается другой светодиод
• Когда ножка переводится в состояние висящего входа, оба светодиода выключается
• Когда выход работает в режиме ШИМ (PWM), Вы можете смешивать эти 2 цвета светодиодов (красный и синий). Это происходит потому, что глаз не замечает быстрых мерцаний, светодиоды находятся рядом и светят в маленькую дырку по центру.
Тот же самый адаптер, но с другой цоколевкой. Выглядит очень похоже на вышеописанный адаптер, но цоколевка сигналов разъема сильно отличается (кроме питания), и используется только один светодиод. На плате нет никакой маркировки сигналов.
2016-01-18 MX-LINK V2. У этого адаптера логотип «M» вместо логотипа ST, что возможно соответствует маркировке «MX-LINK V2» на плате.
[Baite]
Это аналог ST-Link V2 с поддержкой JTAG, SWD и SWIM (для STM8) [2].
Автор статьи [1] сделал для этого адаптера стикер с цоколевкой сигналов.
 |  |
Автор также перерисовал по плате схему. Все выводы коннектора защищены резисторами 220 ом.
Baite-V2A. Более новая версия промаркирована «V2A» (под кварцем), но схема почти такая же, со следующими изменениями:
• Присутствуют все ножки микроконтроллера (есть даже маска пайки между ними).
• Добавлен порт SWD.
• STM32F103C8 заменен на STM32F101CB, но используется как STM32F103 (так же, как в других дешевых адаптерах).
• Используются пассивные элементы меньшего размера.
• Некачественная разводка платы.
[Black Magic Probe]
Адаптер Black Magic Probe [3] (известный как BMP) очень интересный SWJ-адаптер, потому что в него встроен сервер GDB. Таким образом, не нужно запускать сервер OpenOCD, чтобы управлять адаптером SWJ. Вы можете напрямую подключить GDB к этому адаптеру (через драйвер USB CDC ACM).
В этом адаптере также есть порт UART (через второй канал USB CDC ACM). Это очень полезно для отладки в реальном времени, без точек останова (для обмена сообщениями printf).
Поставляемая аппаратура имеет следующие недостатки:
Из-за того, что firmware этого адаптера открыто (open source), его можно портировать на другую аппаратуру, и народ реально этим пользуется [4]. Проект был портирован [5] на blue pill [6]. Также он был портирован и на клон ST-Link V2 [7], но на нем больше нет дополнительного UART. Автор решил сделать порт на baite [2]. На коннекторе используется меньше выводов питания, но зато получается достаточно функциональных выводов для добавления UART (и SRST).
Сборка firmware (ожидается интегрирование патча):
После получения двоичного кода нужно перепрошить им адаптер Baite. Как Вы можете видеть по схеме, выводы JTAG и SWD микроконтроллера не подключены (на плате нет контактных площадок, куда эти выводы припаяны). Но на обратной стороне платы можно найти контрольные точки, чтобы запрограммировать микроконтроллер через serial bootloader:
| Вывод | Сигнал |
| 1 (квадратный) | RX |
| 2 | TX |
| 3 | BOOT0 |
| 4 | +5V |
| 5 | GND |
Чтобы прошить Black Magic firmware автор использовал stm32flash. Поскольку flash защищена от чтения/записи, сначала нужно очистить эти биты опций.
Поскольку этот адаптер основан на микроконтроллере STM32F103C8 с 64 килобайтами flash, DFU bootloader дает возможность использовать только 56 килобайт памяти flash для основного приложения. Blackmagic firmware превышает этот размер, поэтому его нельзя прошить, если программное обеспечение DFU не игнорирует это ограничение. У микроконтроллера STM32F103C8 часто есть 128 килобайт flash, так что все еще можно прошить blackmagic firmware, используя serial bootloader (по адресу 0x08002000). Проверка во время прошивки (verification) гарантирует, что весь код firmware был успешно записан.
Отключите Baite, и снова подключите его через USB. В нем должно запуститься основное программное обеспечение, и операционная система хоста должна обнаружить два порта USB CDC ACM.
Вы можете перепрошить устройство из основного приложения, используя dfu-util (если Вы сможете перевести dfu-util в состояние игнорирования ограничения по размеру памяти):
Цоколевка нового «BMP Baite»:
| Сигнал | Вывод | Вывод | Сигнал |
| SRTST | 1 | 2 | +3.3V |
| +5V | 3 | 4 | JTCK/SWCLK |
| RX | 5 (ключ) | 6 | JTMS/SWDIO |
| GND | 7 | 8 | JTDO/TRACESWO |
| TX | 9 | 10 | JTDI |
Если Вы подключите SRST к сигналу NRST целевой отлаживаемой системы, то можно будет подавать на неё сброс без нажатия кнопки сброса на плате отлаживаемой системы (если конечно такая кнопка есть). Сигнал сброса генерируется следующей командой:
[Altera USB-Blaster]
USB-Blaster это адаптер от компании Altera. Он часто используется для прошивки FPGA, но по сути это обычный адаптер JTAG.
Внимание: вывод VCC
Сначала добавьте правила для обычного пользователя, чтобы он мог получить доступ к устройству (правило udev на основе идентификаторов VID и PID, показываемых lsusb). Это делается только один раз, перед тем как устройство подключается для непосредственного использования:
Чтобы можно было использовать этот адаптер, нужно перекомпилировать OpenOCD для USB-Blaster, чтобы использовалась библиотека libftdi (наверное потому что это клон).
Теперь Вы можете использовать адаптер, пример с микроконтроллером STM32F1:
Оригинальный адаптер Altera USB-Blaster использует чипы FTDI FT245 и MAX CPLD. Имеется множество его клонов разного качества и разной поддержкой диапазонов напряжения.
[SiLabs USB-Blaster]
Здесь используется микроконтроллер C8051F321 от Silicon Labs и 4-канальный буфер 74LVC125 (для преобразования уровней сигналов в пределах от 1.65V до 3.6V).
[PIC USB-Blaster]
Этот адаптер использует микроконтроллер PIC18F14 компании Microchip, без каких-либо буферов (поддерживаются только сигналы с уровнями 5V).
[ARMJISHU USB-Blaster]
Здесь используется STM32F101 от ST (как STM32F103 с поддержкой USB) и 8-канальный буфер 74HC244 (для преобразования уровней от 2.0V до 6.0V).
На схеме видно, что аппаратура может также управлять сигналами (на 3.3V) в случае, когда Vcc_target не подключен, и Вы можете добавить слот карт uSD или память SPI flash. Не известно, поддерживается ли этот функционал в программном обеспечении.
[SEGGER J-Link]
O-Link-ARM V8 [8], клон SEGGER J-Link.
Поддерживает JTAG, SWD, SWO, RTCK и опорное напряжение для регулировки уровней, что делает этот JTAG-адаптер наиболее полным.
[Цепочка сканирования JTAG]
Микросхемы с поддержкой JTAG имеют точки тестирования, которые называются Test Access Points (TAP). Один микроконтроллер может иметь несколько TAP, соединяемых в цепочку (scan chain). Несколько микросхем с TAP-ми также могут быть соединены (сигналами на печатной плате) в цепочку, это позволяет опрашивать все устройства на плате через одно подключение JTAG. Каждый TAP имеет идентификатор (IDCODE) и он может быть выбран индивидуально.
Иногда полезно перечислить все доступные TAP-ы на цепочке, чтобы узнать, какие есть устройства в системе. Это можно просто осуществить с помощью ПО urJTAG [10]. Пример с USB Blaster:
OpenOCD также сканирует цепочку, если нет предоставленных target (какой используется адаптер, все-таки определить нужно):
0x3ba00477 соответствует Cortex-M3 TAP, и 0x16410041 boundary scan TAP, как указано в документации на STM32F1xx.
Хотя ST-Link v2 с микроконтроллерами ST главным образом используется как адаптер SWD, он также поддерживает обычный JTAG. Оба этих протокола реализованы драйвером High Level Adapter (HLA). Но все выглядит так, как будто scan chain не поддерживается драйвером HLA.