STM32 e Arduino

luca 13/07/2017 8

STM32 è una famiglia di microcontrollori a 32bit prodotti da STMicroelectronics e basata su core ARM Cortex M.

La famiglia STM32 è divisa in diverse linee di microcontrollori (L0-1-4, F0-1-2…) a seconda delle caratteristiche e dell’uso a cui sono destinati:

stm32-16

Questi microcontrollori sono molto utilizzati in ambito industriale… per portare un paio di esempi sia l’orologio Pebble, sia i braccialetti Fitbit sono basati su MCU STM32.

Se vi interessate di quadricotteri o droni, sicuramente avrete sentito parlare di schede di controllo (flight control boards) F1, F3, F4… Tale nome indica proprio il microcontrollore STM32 sulle quali sono basate.

Grazie al lavoro della community stm32duino e al supporto di ST stessa, da inizio giugno i microcontrollori STM32 sono facilmente utilizzabili con l’IDE Arduino ed è inoltre possibile sfruttare gran parte delle librerie disponibili per Arduino.

Ho quindi deciso di acquistare una scheda minimale basata sul microcontrollore STM32F103C8T6 (queste schede sono spesso chiamate blue pill); vediamo come utilizzarla con Arduino.

Bootloader

Molte schede vengono vendute non programmate: la prima cosa da fare è quindi quella di programmare un bootloader, un piccolo programma che ci consentirà poi di caricare il nostro programma tramite la porta USB.

Per programmare il bootloader, ci servirà un adattatore USB -> seriale, da collegare alla scheda come segue:

  • RX -> A9
  • TX -> A10
  • VCC -> 5V
  • GND -> GND

stm32-18 stm32-19

Inoltre dobbiamo attivare la modalità programmazione, spostando il primo jumper (etichettato BOOTo) in posizione 1:

stm32-17

Dobbiamo ora scaricare il software per effettuare la programmazione e il file contenente il bootloader. Se utilizziamo Windows, possiamo scaricare il Flash Loader dal sito ufficiale di ST: una volta registrati (gratuitamente) ci sarà inviato il link per il download direttamente via mail.

Il bootloader è stato sviluppato da Roger Clark ed è disponibile sul suo repository Github. Per le schede STMF1 sono disponibili diversi binari, a seconda del pin al quale è collegato il led presente sulla scheda stessa. Nel mio caso tale pin è P13, quindi utilizzerò il file generic_boot20_pb13.bin.

Eseguiamo Demonstrator GUI e selezioniamo la porta seriale alla quale è collegato il nostro adattatore:

stm32-03

Se i collegamenti sono corretti, il software dovrebbe rilevare il microcontrollore:

stm32-04

Possiamo ora indicare il modello di microcontrollore che è presente sulla nostra scheda:

stm32-05

quindi caricare il file contenente il bootloader e procedere con la programmazione. Per sicurezza possiamo richiedere una global erase:

stm32-06

il programma procederà alla programmazione del chip e al termine ci darà un messaggio di conferma:

stm32-08

Se riportiamo il jumper BOOT0 in posizione iniziale, vedremo il led lampeggiare: questo indica che il bootloader è in esecuzione e che non c’è alcun programma memorizzato… possiamo ora passare alla configurazione dell’IDE.

Arduino IDE

Apriamo il nostro IDE e scegliamo File – Preferences. Inseriamo come Additional Boards Manager URLs la seguente:

https://github.com/stm32duino/BoardManagerFiles/raw/master/STM32/package_stm_index.json

stm32-00

Apriamo ora il Boards Manager:

stm32-01

Cerchiamo STM32F1 e installiamo il relativo Cores package:

stm32-02

Siamo quasi pronti per compilare e caricare il nostro primo programma…

Drivers

Colleghiamo la scheda di sviluppo al nostro PC via USB e verifichiamo come viene rilevata.

E’ possibile che Windows non sia in grado di riconoscerla e la visualizzi come Maple 003, in tal caso è necessario installare i relativi drivers:

stm32-09

Scarichiamo dal repository Github di Clark i seguenti files:

  • install_STM_COM_drivers.bat
  • install_drivers.bat
  • wdi-simple.exe

Eseguiamo i due .bat:

stm32-10

ora la scheda dovrebbe essere riconosciuta correttamente:

stm32-11

E’ possibile però che non venga riconosciuta anche la porta seriale associata alla scheda. Per “forzare” Windows a identificarla, possiamo programmare sulla scheda un semplice sketch che faccia uso dell’oggetto Serial. Apriamo ad esempio lo sketch blink e modifichiamolo come segue:

stm32-12

Programmiamo lo sketch selezionando BluePill F103C8 come boardSTM32duino bootloader come upload method.

Una volta programmato ed eseguito lo sketch, Windows dovrebbe rilevare anche la nuova porta COM:

stm32-14

Abbiamo terminato, ora possiamo utilizzare la scheda dall’IDE Arduino:

stm32-15

8 Comments »

  1. Gert 27/07/2017 at 21:17 - Reply

    found the .bin file in Roger Clark’s repository, however when uploading the modified blink sketch:

    Cannot run program “{runtime.tools.arm-none-eabi-gcc.path}\bin\arm-none-eabi-g++” (in directory “.”): CreateProcess error=2, The system cannot find the file specified

    • luca 28/07/2017 at 12:48 - Reply

      Hi, it usually means that the installation of the platform wasn’t successful… try to reinstall it.

  2. Gert 29/07/2017 at 18:52 - Reply

    Thanks for you wonderful manual!
    I used Arduino IDE v 1.6.5 initially, which failed. Now I used v 1.8.3 that seems to do better. Using your directions, I could indeed persuade Windows to find the COM5 port. After compiling the blink sketch I see the following output, the STM32 is not programmed, (I use the USB line)
    ———————————–
    Sketch uses 12172 bytes (9%) of program storage space. Maximum is 131071 bytes.
    Global variables use 3012 bytes (36%) of dynamic memory, leaving 5180 bytes for local variables. Maximum is 8192 bytes.
    STM32 ST-LINK CLI v2.1.0
    STM32 ST-LINK Command Line Interface
    No ST-LINK detected!
    ————————————

  3. Gert 29/07/2017 at 18:57 - Reply

    Sorry, ignore the output in my last comment. It is actually as follows: (the STM32 does not get programmed):
    ————————–
    Build options changed, rebuilding all
    Sketch uses 20276 bytes (30%) of program storage space. Maximum is 65536 bytes.
    Global variables use 6456 bytes (31%) of dynamic memory, leaving 14024 bytes for local variables. Maximum is 20480 bytes.
    maple_loader v0.1
    Resetting to bootloader via DTR pulse
    Searching for DFU device [1EAF:0003]…
    Found it!

    Opening USB Device 0x1eaf:0x0003…
    Found Runtime: [0x1eaf:0x0003] devnum=1, cfg=0, intf=0, alt=2, name=”STM32duino bootloader v1.0 Upload to Flash 0x8002000″
    Setting Configuration 1…
    Claiming USB DFU Interface…
    Setting Alternate Setting …
    Determining device status: state = dfuIDLE, status = 0
    dfuIDLE, continuing
    Transfer Size = 0x0400
    bytes_per_hash=411
    Starting download: [##################################################] finished!
    state(8) = dfuMANIFEST-WAIT-RESET, status(0) = No error condition is present
    Done!
    Resetting USB to switch back to runtime mode
    error resetting after download: usb_reset: could not reset device, win error: The system cannot find the file specified.
    ———————————-

  4. Gert 29/07/2017 at 20:03 - Reply

    solved: problem was the 1.5 kΩ pullup resistor on D+ , see:
    http://wiki.stm32duino.com/index.php?title=Blue_Pill

    • luca 29/07/2017 at 23:13 - Reply

      thanks for sharing your solution!

  5. Daniele 10/09/2017 at 14:41 - Reply

    Grazie per la splendida guida! Ho due domande:
    1) Le uscite e gli ingressi dei pin accettano 5v come arduino o 3.3v?
    2)Ho bisogno di un conertitore seriale TTL?

    • luca 16/09/2017 at 16:02 - Reply

      Ciao Daniele, non tutti i pin sono 5v tolerant… puoi guardare il datasheet o questa tabella per sapere quali. Il convertitore seriale-ttl ti serve solo per programmare il bootloader, poi puoi usare l’interfaccia USB nativa.

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