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新一代烧写工具 - STM32CubeProgrammer

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STMCU-管管发布时间：2020-11-4 17:41

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STM32CubeProgrammer（STM32CubeProg）是STM32微控制器的专用编程工具。
STM32用户都知道，当完成程序调试，需要对芯片进行程序代码烧录编程，一般会有三个选择：
通过调试接口【JTAG/SWD】来烧写程序，一般要使用STLink Utility或STVP工具软件来完成；
通过UART接口来烧写程序，需要下载基于PC端的flash 烧录工具软件STM32 Flash loader demonstrator配合；
通过USB接口来烧写程序，需下载USB DfuSe工具软件来实现。
2017年底，ST推出了多合一烧录工具STM32CubeProgrammer，以其高集成度支持上述三类编程接口，还兼具其它更多功能。
STM32CubeProg 不断迭代，至2020年10月，更新至最新版 STM32CubeProgrammer 2.5.0（点击即可下载），增添更多新功能。

STM32CubeProgrammer 主要功能

STM32Cube 软件家族中的 STM32CubeProgrammer 是 STM32 MCU 专用编程工具。它支持通过STLink的SWD/JTAG调试接口对STM32 MCU的片上存储器进行擦除和读写操作；或者通过UART，USB, I2C，SPI，CAN等通信接口，利用出厂时固化在芯片内部的系统bootloader，对STM32 MCU的片上存储器进行擦除和读写操作。这里需要说明的是STLink v2仅支持通过UART和USB通信接口对片上存储器进行操作，而STLink v3增加了SPI，I2C和CAN通信接口的支持。除此以外，STM32CubeProgrammer 还可以操作STM32 MCU的选项字节和一次性可编程字节。通过 STM32CubeProgrammer 提供的或者自己编写的外部 external loader，还可以对外部存储器进行编程。

STM32CubeProgrammer 提供了图形化和命令行两种用户界面。此外，STM32CubeProgrammer 还提供了C++ API, 用户可以将 STM32CubeProgrammer 的功能集成到自己所开发的PC端应用中。

▲ STM32CubeProg的图形化界面

图形化用户界面如上图所示，在右侧的配置区域，用户可以选择通过STLink调试接口，或者USB、UART等通信接口连接到STM32微控制器。连接到STM32 微控制器后，在“Device information”区域可以看到当前MCU的型号，版本和Flash大小等信息。如果连接的是ST官方的开发板，还会显示该开发板的名称。

那么，这里显示的信息都是来自哪里呢？其中“CPU“型号，也就是内核型号，从内核的CPUID 只读寄存器读得，该寄存器的说明在各个芯片系列对应的编程手册中可以查到，比如STM32F7对应的编程手册PM0253；芯片型号”Device ID“和芯片版本”RevisionID”分别来自STM32MCU的DBGMCU_IDC只读寄存器中的Device ID字段和Revision字段。Flash大小“Flash size”的值，可以从系统Flash的Flash size只读寄存器中读到。这些寄存器的说明都可以在各个芯片系列对应的参考手册中的“调试支持”和“设备电子签名”章节找到，比如STM32H743的参考手册RM0433。开发板名称“Board”对应的信息，存储在板载的STLink中，所以只有用ST开发板自身板载的STLink进行连接时才能看到这个信息。

在STM32CubeProgrammer最左侧一栏可以在不同的功能标签页之间切换，进行不同的操作。

接下来，我们会对STM32CubeProgrammer的主要功能进行介绍，关于STM32CubeProgrammer的具体操作步骤，请参考”UM2237-STM32CubeProgrammer软件工具介绍”。

片上擦除和读写
STM32CubeProgrammer支持按扇区对Flash进行擦除和全片擦除。可以导入多种格式的执行文件进行烧录，支持的文件格式有：二进制文件（.bin），elf文件（.elf，.axf，.out），hex文件（.hex）和摩托罗拉的S-record文件（.srec）。

擦除操作
通过STLink与目标MCU建立连接后，在“Erasing&Programming”页面下，可以按扇区对flash进行擦除，或者选择“Fullchiperase”按钮，进行全片擦除。

烧录操作
在“Erasing&Programming”页面下，点击“Browse”按钮导入可执行文件，然后点击“StartProgramming”进行烧录。
也可以在“Memory&fileedition”页面下，打开要烧录的可执行文件，然后点击“download”进行烧录。
在“Memory&fileedition” 的“Device Memory”页面下，还可以读出当前指定地址范围的MCU存储器值，并通过“SaveAs”菜单将读出的内容保存为二进制文件（.bin）, hex文件（.hex）或S-record文件（.srec）。
除了前面介绍的烧录整个可执行文件的方式以外，还可以在“Memory&fileedition” 的 “Device Memory”页面下直接修改某个地址的值，”回车”后STM32CubeProg会自动完成读出-修改-擦除-回写的操作。对于一次性可编程（OTP）字节就可以通过这种方式进行编程。

选项字读写
点开OB页面后，可以看到当前所连接MCU的选项字的设定情况。用户可以在这里修改选项字的值。具体选项字的说明，请参考对应MCU的参考手册。

“二合一”烧录
使用 “Erasing&Programming” 页面下的“二合一”烧录模式，可以在一次操作中完成FLASH和选项字的烧录工作。选项字的配置使用STM32CubeProgrammer命令行的 “-ob” 命令。

举例说明，现在要在烧写完Flash后，设置读保护为level1。可以按以下步骤先进行设置：
设置好要下载的可执行文件路径
勾选 “AutomaticMode” 下的 “Fullchip erase” 和 “Downloadfile”
在 “Optionbytes commands” 的输入框中输入：“-ob rdp=0xBB”
然后点击 “Start automatic mode” ，STM32CubeProgrammer就会开始按顺序执行上述的操作，同时在Log窗口显示整个执行的过程和进度。
关于选项字命令 “-ob”的格式说明，可以参考UM2237（用户手册STM32CubeProgrammer软件工具介绍）的3.2.15章节。但“-ob”命令中OptByte字段的定义在UM2237中没有说明，可以有两种方法来查询：一种是通过STM32CubeProgrammer图形界面下“Optionbytes”标签页中的“Name”一栏的名称，因为“-ob”命令中OptByte字段的定义与这里是一致的；还可以通过“-ob displ”命令来显示当前所有的选项字配置，从而也就可以知道各个OptByte字段的定义了。

外部存储器读写
如果想要对通过 SPI，FMC，QSPI等接口连接到STM32的外部存储器进行读写操作，就需要一个external loader。

CubeProgrammer 默认提供了STM32开发板上集成的外部存储器对应的external loader。
用户如果使用了其他型号的存储器，也可以自己生成external loader文件(*. stldr)，详细操作请参考 UM2237 的第2.3.3章节。
在对外部存储器进行操作前，必须先在 “External Loader” 页面下，选择对应的external loader，该external loader会在接下来对外部存储器的操作中用到。然后就可以在 “Erasing&Programming” 页面和 “Memory&fileedition” 页面下进行擦除和烧写的操作了。

Bootloader
STM32MCU出厂时，内部的系统memory就已经烧好了bootloader，提供通过USART，USB，I2C，SPI，CAN等接口更新片上Flash的功能。

不同STM32MCU型号支持的bootloader接口有所不同，具体可以参考应用手册AN2606。STLink v2或者STLink v3提供了从USART，USB，I2C，SPI和CAN等通信协议到USB的桥接接口，STM32MCU可以通过STLink v2或者STLink v3与PC端建立连接。而STM32CubeProgrammer则提供了PC端的操作界面，可以通过bootloader对片上Flash进行擦除和烧录。STLinkv2只提供了USART和USB两种通信接口，而STLink v3增加了I2C，SPI和CAN通信接口的支持。ST原来提供有两个独立的PC端软件：“STM32Flash loader demonstrator”和“Dfuse Demo”，分别支持USARTbootloader和USBDFU功能，现在只需要使用STM32CubeProgrammer一个软件就可以支持所有这些通信接口了。
SWO信息输入窗口
我们在做开发的时候，经常会需要输出一些调试信息。

常用的方法就是通过重定向printf到串口来进行打印，这种方法需要占用一路串口。还有一种方法就是将printf重定向到SWD调试接口的SWO口，通过SWO来输出调试信息。STM32CubeProgrammer的SWV窗口可以显示SWO发送的调试信息，并且可以将所有接收到的信息保存在指定的“.log”文件中。

命令行界面
STM32CubeProgrammer提供命令行界面，可以通过执行指令的方式实现大部分STM32CubeProgrammer的功能。

STM32_Programmer_CLI.exe 可执行文件在 STM32CubeProgrammer 安装路径下的 bin 文件夹下，执行 STM32_Programmer_CLI.exe 可以看到所有支持的指令及参数说明。
命令行界面还提供了一些在图形化界面不具备的功能，例如：创建可信任包，安全烧录，计算 CRC 值等功能。详细说明请参考 UM2237。
图中举了一个通过SWD接口连接目标芯片并设置读保护级别1的例子，通过 “-c” 指令先与目标芯片建立连接，再通过 “-ob” 指令修改读保护的级别，完整的命令行指令为：STM32_Programmer_CLI.exe-c port=SWD -ob rdp=0xBB。

STLink固件更新
将STLink调试器连接到电脑后，打开 STM32CubePorgrammer，刷新 STLink 连接就可以看到当前 STLink 的固件版本。点击 “Firmwareupgrade” 按钮，打开 STLinkUpgrade 工具可以对 STLink 固件版本进行更新。

STM32CubeProg 相关资源

如何找到STM32CubeProg

如上图，在浏览器地址栏中输入www.st.com/stm32cube，可以直接打开 STM32Cube 的主页面。以这个页面作为入口可以快速地找到 STM32Cube 生态系统下的所有软件工具和软件包，STM32CubeProgrammer 也在这其中。

此外，直接在搜索栏搜索关键字“STM32CubeProg”也可以找到 STM32CubeProg 的主页面。在STM32CubeProgrammer页面的Overview标签页下有对STM32CubeProgrammer的介绍以及下载链接，在 Documentation 标签页下可以找到其相关的文档。

用户手册及应用笔记
UM2237 用户手册《STM32CubeProgrammer软件工具介绍》：本文档为通用文档，面向所有STM32产品，是关于 STM32CubeProgrammer 的详细使用说明以及命令行的命令用法说明；

UM2238 用户手册《创建STM32受信任包软件工具介绍》和 AN5054 应用笔记《通过STM32CubeProgrammer进行安全烧录》：与安全有关，介绍如何创建可信任包以及如何进行安全烧录。

UM2543 用户手册《STM32MP1系列签名工具介绍》和 UM2542 用户手册《STM32MP1系列密钥生成器软件介绍》：STM32CubeProgrammer还集成了”STM32MP1系列密钥生成器”和“STM32MP1系列签名工具”，通过命令行对应的指令，可以生成ECC密钥对，并对固件进行签名。具体使用方法请参考上述两篇用户手册。