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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
6 S5 E( F7 O" p( E! ~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。 6 @& V! ~* W( U8 @
1)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 o$ h9 U! L" j+ R- a
2)启动自检与运行期自检统一接口,简化了用户函数调用。 5 d" ]+ I3 r% V' v" T/ Z) ^: C4 z
3)函数接口与 SIL 兼容,方便客户在 SIL 与 ClassB 共享代码。
( e$ j# X) Z. s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。 $ t* l5 ]. J# D5 b, [6 k% V
+ i: [: q  A! U  |3 ~- Z! C; m; ?
. S& }0 z. d) c+ Z5 v
02环境搭建
& J" ~2 D! P6 s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。/ e5 A% N: ]4 V2 b6 n' w
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。7 a1 ]7 p, |9 o, Y/ G

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。
& ]3 A% e3 b4 b

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。 / `5 V3 J4 N  b, s0 r# G

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。
; z- t1 M. r! C0 H2 d

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。 ( w3 X3 B$ W. \: E! p

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 4 t: Y' ~# f; t( f1 W$ h
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。
7 [3 r( d& K+ h5 q8 P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。
2 D7 S+ X) I* U1 }, `/ p

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。
9 v- Q- M, N. s

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。! K6 ^. A/ ?2 k' Y2 h' L

工程目录

工程目录
▲ 图8. 工程目录
2.2. STM32CubeIDE 工程设置
+ N9 d0 C: p( T( y+ b8 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。
5 i. E; s/ l$ V4 i

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。 6 d, p' g9 z  |* y2 G

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。4 X6 e0 k+ @  `& \( I

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。
# L+ A7 _& G7 n1 E& o  \% q6 Q1 W; k/ W# W4 s. s. P

, @. U) E! A% c) s1 l8 v) f8 R" ?2.3. STM32CubeIDE 工程代码编辑
5 S7 ]  }, L- M( h# Z' Q2 s. I2.3.1. 链接脚本更改
2 D' {* F, g* b, _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。
, a/ A. q) G/ Z$ B( F9 s

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
( a% I1 U  r: t' a1)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。
; B* E% @+ K0 A. @/ z9 m) 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。) h: e  b/ {3 E: {0 G

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。6 t! K8 y) h" {! I% `& O* B3 o

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。4 {& b* U3 o( e9 x
删除当前可执行文件命令。
- T  q6 x, d' E7 g5 o' `/ Crm -f "${BuildArtifactFileBaseName}.elf"
' }$ `3 q6 g* c$ e! ^7 t( E插入 CRC 值命令。
+ u1 z0 p* Z5 @) N4 n, Q/ _! ^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" $ m  k8 U! ^4 I& x  {
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。, @; x0 _! T' S6 g% a
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。9 b+ S' `, @! w4 T. Z% `3 O) j
2.3.3. 实现 RAM 测试 3 \. j- J  M+ t( ~: M
1)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。: j) `0 G- w) z

RAM 测试参考代码

RAM 测试参考代码
▲ 图17. RAM 测试参考代码
; l/ ?3 }9 t7 A+ R: Y. A

( i; \0 O/ ]2 f& V- o9 r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。8 n$ d7 m5 _5 s/ t7 J; A- e5 w
2.3.4. 实现 CPU 测试
$ l- e2 ?; d* S. v# t, Q' R0 M+ q1)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。 ! y, j4 E, D/ D" S+ q& J

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
2 f1 d) J# ?8 @4 J* [- a* o$ j1)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。
# a7 t" h, \/ Y

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
( L1 q7 X9 J) `- i* V) F- a, T

% [% g+ S/ W, m" p6 T; B% b4 ^03执行测试
( k, b* r" T$ R. b$ c, e  \1 }! T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。
; u, ?+ L3 g& K& 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。 " b5 \) R  y2 C
+ R8 C+ t2 O0 a9 x6 {( @1 M
) q6 I/ o8 Y* R! U7 ?1 _
04注意事项5 f5 E# L6 T% k2 ~
ClassB 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。
1 _; N) F2 T- i' [8 b1)必要的工具必须安装,这些工具包括 STM32CubeMX, STM32CubeProgrammer,STM32CubeIDE
1 x! k' f" Q7 S; z* z2)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。 # m: E' N0 I0 x' G; k) @. O
3)链接脚本需要更改正确,否则会导致错误。
  K: T; i$ O, t# D  q8 a4)插入 CRC 的脚本命令必须正确,否则 Flash 测试会失败。 3 j- d% z2 n& j6 H' n
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。
3 X- G' Y( N& i2 I  w$ J8 T
8 o0 Z( M" ], n" z
& ]/ i( j5 `# }% y4 L$ j) D2 c
05小结+ m1 P: }6 P* r2 z  s
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。* b3 v; B& a2 D
1 a5 \- S  {) {* G+ B5 M  }, m: V! q
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