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实战经验 | 基于STM32CubeIDE移植ClassB 4.0

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STMCU-管管 发布时间:2024-5-10 13:37
01 简介 # K* F, Y' U6 J/ k7 Y: p7 S, I
ST 推出了最新版本的 ClassB4.0 功能安全库,与之前版本相比,ClassB 4.0 主要有如下较大的变化。
- u8 m9 [* y# A1)核心库不再提供源码,而是提供库文件,用户集成更加方便。
8 {0 q; R7 z. `# f2)启动自检与运行期自检统一接口,简化了用户函数调用。 1 R. Q4 p- Q6 I5 a! B& q5 g! A; B
3)函数接口与 SIL 兼容,方便客户在 SIL 与 ClassB 共享代码。 & E, K' l! B7 n. x3 \' h$ F4 }
本文以 NUCLEO-G031K8 为参考板,在 STM32CubeIDE 编译器环境下,介绍如何一步步移植 ClassB 4.0,移植 ClassB 4.0,你需要具备 STM32 开发的基本知识,这些基本知识包含但不限于这些,如 STM32CubeMX 的使用,STM32CubeProgrammer 的使用,编译器 STM32CubeIDE 的使用,熟悉 STM32 MCU,熟悉 STM32 软件开发等。如 果对上述基本知识不了解,请在 STM32中文官方网站 https://www.stmcu.com.cn 获取相应培训资料。
7 j( ^6 Q2 m, Y7 {) n, w. B. u: q  ^) V+ f' c5 @
& h& N4 j. S7 O' P
02环境搭建1 G! F2 r' c! J! l7 r4 k
移植 ClassB 4.0 之前,用户需要安装必备的工具软件以及下载程序包。9 O& Z6 S/ D. q6 A, S- s5 C
1)安装 STM32CubeMX,可从ST官方网站https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html 免费下载安装,安装完成之后,运行 STM32CubeMX 可见下面界面。( d# v8 [& X! F6 l8 q' g/ v

STM32CubeMX 初始界面

STM32CubeMX 初始界面
▲ 图1. STM32CubeMX 初始界面
2)安装STM32CuebProgrammer,可从ST官方网站https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html 免费下载安装下, 安装完成之后,运行 STM32CubeProgrammer 可见下面界面。 ) ~/ a" ~% m& Q6 X6 z! ]

STM32CubeProgrammer 初始界面

STM32CubeProgrammer 初始界面
▲ 图2. STM32CubeProgrammer 初始界面
3)安装STM32CubeIDE,可从ST官方网站 https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeide.html 免费下载安装,安装 完成之后,运行 STM32CubeIDE 可见下面界面。
4 Q9 X2 G" b4 E

STM32CubeIDE 初始界面

STM32CubeIDE 初始界面
▲ 图3. STM32CubeIDE 初始界面
4)下载 X-CUBE-CLASSB 软件包,用户需要下载自己项目 MCU 型号对应的软件包, 可从ST官方网站上 https://www.st.com/en/embedded-software/x-cube-classb.html选择对应软件包免费下载。解压 X-CUBE-CLASSB 软件包,得到下图所示目录结构。 0 y# b7 H  q/ L. w0 F, G0 }* Z

X-CUBE-CLASSB 4.0 目录结构

X-CUBE-CLASSB 4.0 目录结构
▲ 图4. X-CUBE-CLASSB 4.0 目录结构
5)设置环境变量,因为编译过程中需要使用 STM32CubeProgrammer 工具下的 STM32_Programmer_CLI.exe 命令生成 CRC,所以需要在系统环境变量 Path 中加入 STM32_Programmer_CLI.exe 的路径。否则编译过程中会出现找不到命令的错误。
" t" Q  ?% D' ~2 J$ L, c3 B) w- q: F" m* s

环境变量设置

环境变量设置
▲ 图5. 环境变量设置
2.1. 使用 STM32CubeMX 创建工程 7 Y6 y7 z4 t& p  F  @" J
完成上述环境搭建之后,接下来就可以使用 STM32CubeMX 工具生成项目了,本案例中以 STM32G031 为例子,创建基于 NUCLEO-G031K8 的工程。
  ^% R7 q0 z6 _9 w1 E/ O- v使用 STM32CubeMX 创建工程的具体步骤这里不作详细描述,用户需要根据自己的应用使能和配置需要用到的外设,ClassB 的时钟检测需要使用定时器的捕获功能,为了确 保定时器的 HAL 驱动代码添加进工程项目,在工程配置中,使能定时器外设,否则生成 的工程需要手动拷贝定时器的 HAL 驱动代码,如下图所示。
! I$ Y  D! k0 o" n

STM32CubeMX 工程配置

STM32CubeMX 工程配置
▲ 图6. STM32CubeMX 工程配置
在工程管理界面,设置使用的IDE为CubeIDE,然后生成代码即可。如下图所示。5 u( w; t+ w/ f' L/ j: X0 r) `

STM32CubeMX 生成代码

STM32CubeMX 生成代码
▲ 图7. STM32CubeMX 生成代码
接着生成工程代码即可,同时拷贝 X-CUBE-CLASSB-G 0_4.0.0 目录下的 Middlewares 到 STM32CubeMX 生成的工程目中,最终的目录文件如下所示。6 O, R0 x- W5 B0 \1 E  C5 s

工程目录

工程目录
▲ 图8. 工程目录
2.2. STM32CubeIDE 工程设置
2 P/ b$ @' S# Y5 G8 t5 G: E* }双击 cubeide 工程文件.project,即可打开 STM32CubeIDE 的工程,拷贝过来的 Middlewares 自动导入到工程中,如下图所示。
/ k: E/ L; r4 Y; z0 V* ~

STM32CubeIDE 工程

STM32CubeIDE 工程
▲ 图9. STM32CubeIDE 工程
接下来需要设置工程需要包含 ClassB 软件包的头文件路径,源文件以及库文件,如下图所示。
) `  z* x8 z; P0 W$ ^( V8 q. x. U& l+ b

添加头文件路径和源文件

添加头文件路径和源文件
▲ 图10. 添加头文件路径和源文件

添加 ClassB 库文件

添加 ClassB 库文件
▲ 图11. 添加 ClassB 库文件
如果路径都添加正确,这时候是可以成功的编译工程的,如果编译有误,请检查上述步骤是否正确,尤其检查路径设置是否有误。
' }. b, a  Y& O4 b  W" ]7 s" G7 v

编译成功结果

编译成功结果
▲ 图12. 编译成功结果
完成上述步骤之后,我们完成了基本的 ClassB 项目搭建,接下来根据自己的项目配置,更新链接脚本,添加代码调用 ClassB API 来实现测试功能。5 Y# b4 \6 ]: d$ q) N

0 Z# i5 s  G- p! ]8 q+ _) W
( P+ A& N6 Z5 }6 D8 i1 H
2.3. STM32CubeIDE 工程代码编辑
! E. k; Z) L2 N/ L2.3.1. 链接脚本更改 $ \8 w0 Y  A8 [4 _* j
打开工程目录下的链接脚本文件,本示例工程中的链接脚本文件名为 STM32G031K8TX_FLASH.ld,用文本编辑器打开文件,添加下图红色标记的语句,第一 个更新的地方是定义 RAM 测试的备份区,RAM 测试会用到。第二个更新的地方是定位 ROM 段的结束地址,在 Flash 测试中,会使用到该地址。 8 V( ~% p! a1 j# }; _

更新链接脚本

更新链接脚本
▲ 图13. 更新链接脚本
2.3.2. 实现 Flash 测试1 z, ^8 V* K- N% |% N( z
1)在项目文件中,找到文件 stl_user_param_template.c 文件,根据实际项目 MCU 型号,找到 STL_ROM_END_ADDR 宏定义,更新其值为对于 MCU 的 Flash 结束地址,在本示例工程中,STM32G031K8 Flash Size 为 64K,所以宏定义为 0x0800FFFFUL。
; C+ W/ N. {; B" A) |& a

更新 Flash Size 宏

更新 Flash Size 宏
▲ 图14. 更新 Flash Size 宏
2)实现调用 Flash 测试的代码,ClassB4.0 库与 Flash 测试相关的有三个数据结构以 及 5 个 API 函数,初始化三个数据结构变量以及调用对应的 API 函数即可完成 Flash 的测试,非常之简单,通过 Flash 测试配置的参数,可以设定 Flash 测试的范围以及每次函数调用测试的大小。示例工程中,给出了每次测试一个 Section 的参考函数以及一次性测试 所有 Flash 的参考函数,如下图所示。# T$ _$ f( ~- A- E

Flash 测试参考代码

Flash 测试参考代码
▲ 图15. Flash 测试参考代码
上述代码中,FLASH_SECTION_SIZE 固定为1024,TEST_ROM_START_ADDR 为 Flash 测试的起始地址,TEST_ROM_END_ADDR 为 ROM 的结束地址,由编译器自动计算,所以在链接脚本修改中,需要添加_edata_load 变量。3)计算 CRC 值,Flash 测试的基本原理是编译阶段计算 Flash 存储区每个逻辑 Section 的 CRC 值,存放在 CRC 区域,程序运行阶段,ClassB 库函数动态计算 CRC 的值与编译阶段计算的值进行比较,如果一致,则测试通过,否则测试不通过。所以在编译 阶段,需要添加生成 CRC 值的脚本。* w& X1 b- k) L1 i

添加生成 CRC 脚本

添加生成 CRC 脚本
▲ 图16. 添加生成 CRC 脚本
两个命令分别如下。
+ S6 I, r" b' m删除当前可执行文件命令。& @1 j$ c) `3 K9 o' C% d% u
rm -f "${BuildArtifactFileBaseName}.elf" 8 U/ _& N7 ]  @, A
插入 CRC 值命令。  R, b9 F( Y5 L3 W
arm-none-eabi-objcopy -O binary "${BuildArtifactFileBaseName}.elf" "${BuildArtifactFileBaseName}.bin" && arm-none-eabi-size "${BuildArtifactFileName}" && echo " \"STM32_Programmer_CLI.exe\" -sl \"${CWD}\\${BuildArtifactFileName}\" 0x8000000 0x08010000 0x400" > call_prg.bat && "${CWD}\call_prg.bat" : B$ y& b9 l( Y# }7 ~; d+ B
上述命令需要注意的地方有两点,第一,确保系统安装了 STM32CubeProgrammer,同时确保在环境变量中添加了 STM32CubeProgrammer 的路径,否则会出错。第二,命令行中 STM32_Programmer_CLI.exe 后面带的参数 0x8000000 0x08010000 0x400 分别为 Flash 起始地址,Flash 结束地址,以及 Section 的大小,其中 Section 的大小固定为 0x400,Flash 结束地址需要根据实际项目 MCU 的 Flash 大小决定,本示例工程 STM32G031K8 的 Flash 大小为 64K,所以这里设置的值为 0x08010000。: y# C  v' R1 o% F" C) V: g* B
这样,Flash 测试的准备工作就完成了,如果之前步骤无误,编译代码可以正常通过。
6 L% V0 G% c6 i/ a. y0 T. x2.3.3. 实现 RAM 测试
( a8 {7 z" J" X- Z+ U4 T) d1)ClassB4.0 库与 RAM 测试相关的有三个数据结构以及 5 个 API 函数,其中三个数 据结构与 Flash 测试用到的数据结构一样。API 函数调用也和 Flash 测试类似,非常之简 单,测试也分为单块测试和整个 RAM 区域测试。示例工程中,也给出了单块测试以及全 部测试的参考代码,如下图所示。. O; \& L$ N/ U% Z

RAM 测试参考代码

RAM 测试参考代码
▲ 图17. RAM 测试参考代码
/ _7 B% \8 v) p0 e7 Q6 M

# u  w) s% a$ t4 ^3 f& o上述代码中,RAM_SECTION_SIZE 固定为 238,TEST_RAM_START_ADDR 为为用户指定地址,通常为 RAM 起始地址偏移 32 字节的 RAM 备份区域,RAM 备份区域是用 于测试过程中备份被测试 RAM 的数据,避免测试过程中破坏 RAM 中的数据,TEST_RAM_END_ADDR 为 RAM 测试的结束地址,用户自己设定测试的范围,示例工程 中,设定了 8 个 RAM Section 的测试范围。3 {5 s$ l6 T( w2 f
2.3.4. 实现 CPU 测试
! F9 Z2 C8 R# d! W" ?6 l1)ClassB4.0 库 CPU 的测试很简单,一共包含了三个函数,用户程序也无需配置参 数,启动时测试和运行时测试函数调用方法完全一致,如下图参考代码所示。 6 S* X2 h9 c0 H$ m) p; p

CPU 测试参考代码

CPU 测试参考代码
▲ 图18. CPU 测试参考代码
2.3.5. 调用模块测试 1 B& A" b3 y/ x9 W
1)在主函数中,实现 FailSafe_Handler 函数,该函数是在测试出错的时候调用,参考工程中,在 While 循环中闪烁 LED 灯给出出错指示,实际应用中,用户需要实际要求来 实现该函数,同时在 main 函数中依次调用上述模块函数。
; o: l3 i+ z5 C! C& n

调用模块测试参考代码

调用模块测试参考代码
▲ 图19. 调用模块测试参考代码

8 r/ g: G: X5 @4 S$ k

2 d! @' q6 T; z% e$ q03执行测试
8 Q8 r5 [$ B" S  b安装上述步骤添加完代码之后,检测代码书写无误,即可编译工程,如果编译过程中 提示错误,需要检查代码书写是否有误。
- A$ F) h7 t8 u

编译成功

编译成功
▲ 图20. 编译成功
下载程序到目标板 NUCLEO-G031K8 上运行,观察 LED 灯是否闪烁或者通过在线调 试可以证明程序成功执行。
8 O1 N4 \4 P, o7 ?$ ]6 U! Z9 P4 A* H' B, A0 L
$ x5 @3 X+ k# c1 ?/ U2 u' }
04注意事项
6 f  a9 L2 v0 u) PClassB 4.0 以库的形式发布之后,移植 ClassB 4.0 不再那么复杂,在移植过程中,注 意以下几点,就可以顺利的移植成功了。) k( }( E/ J* O1 A
1)必要的工具必须安装,这些工具包括 STM32CubeMX, STM32CubeProgrammer,STM32CubeIDE ) M' ~7 t& j2 Y0 t, n; H4 w, x' F/ s
2)STM32CubeIDE 中相关路径需要设置正确,这些路径包括头文件路径,库文件路 径,源文件路径,库文件。 / k, J( C! b" L- t& x9 x0 {! J4 H
3)链接脚本需要更改正确,否则会导致错误。
0 o0 G! B8 n- C* W4)插入 CRC 的脚本命令必须正确,否则 Flash 测试会失败。
% z7 \% Z: E/ y& ]5)与 MCU RAM、Flash 大小相关的宏定义必须设置正确,否则也会失败。
: c9 q2 p$ ?% ]* y$ w
. y9 n8 o2 w& C. m" E) `

4 J7 J' D% P. W3 m9 e05小结
; Z% P& n, N+ j2 N本文一步步介绍了在 STM32CubeIDE 环境下移植 ClassB 4.0 的过程,供客户参考,在移植的过程中,同时阅读用户手册,移植就是非常简单的事情。
/ j& b0 \5 {6 L1 o4 W6 Q* \4 u. _
, X2 E1 X8 N2 F' J6 Z, }
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