使用GCC/Eclipse开发STM32 Nucleo入门指南（一）

天南地北客

最近我手里得到了意法半导体的一个新的开发板：STM32Nucleo。该开发板基于STM32单片机，并且引脚兼容Arduino UNO。也就是说可以使用适用于Arduino的数百个扩展板。然而这仅在理论上是可行的，因为Arduino世界里最重要的方面是软件（基于库、例程等），来组成这个受欢迎的平台。

有很多关于如何基于STM32平台开始编程的教程和指南。ST提供了一个官方的框架，叫做STM32Cube，生来就是为了加快该平台的开发过程。STM32是一个真正强大且复杂的平台，并且该控制器的学习曲线可以和Atmel AVR类似的简单平台相比较（Arduino不过是围绕AVR系列的一个巨大的代码样板而已）。但是STM32Cube不足以开始开发你的Nucleo板。你也需要一个IDE（不是严格必须的，但是会很有用）和编译器套件。ST仅提供支持（包含文档和例程）商业化的IDE，如IAR。如果你想简单地尝试一个低成本的平台，如NUCLEO板（成本低于€15），这会是一个很大的问题。好消息是，你并不需要一个5.000美元的IDE：你需要的是Eclipse和GCC（加上我们将在本系列的下部分看到的一些其他的工具）。坏消息是，并不能简单而快速的建立一个工作开发环境。

我花了两个周末的时间来在STM32 Nucleo板设置编写代码、编译、Flash下载和调试应用程序的工作环境，解决了几个错误，然后才建立起一个完好工作的环境。在这个系列中，由三部分组成，我想分享如何建立STM32平台的开发环境。在这第一篇文章的最后，我们将能够编译NUCLEO的示例程序（一个简单的LED闪烁程序 - 电子学的“Hello World”），并且使用ST的ST-Link Utility工具上传至NUCLEO板。现在我不会给你太多的细节（但是我会认为你知道C语言和单片机编程的基础知识）。要设置工具链，我们将使用这两个基本工具：

Eclipse：它是一个流行的免费开源IDE，广泛应用在Java世界，同时也可用于C/ C++编程。我们将使用最新的稳定版本：4.4（叫做Luna）。

GCC for ARM-Cortex：STM32是基于ARM的Cortex内核（M0，M3，M4等）的微控制器家族。这意味着我们可以用最好的编译器之一（或者，也许是最好的），可以免费获得。我们将使用ARM的Cortex平台的交叉编译器版本。

该系列教程提到的系统和硬件需求最低是：

■  Windows SP SP3 32位（整个系列都是基于XP系统，但是我认为在Vista和Win7系统也可以使用。对于64位的平台，请选择相应的安装包）。

■  一个STM32 NUCLEO开发板（具体的型号无关）- 我的例程是基于STM32Nucleo-F401RE板。

■  Java 7.17或者更高版本，在安装其他软件之前（可以在本页面下载），请确保安装有最新版本的Java7；不要说我没提醒过你。

安装Eclipse Luna

第一步安装Eclipse。实际上，Eclipse并不是开始使用NUCLEO板编程的很必要的条件。GCC和其他一些工具足以编译和Flash编程MCU。如果你属于那类只喜欢用Vim编辑器写代码的人（像我一样），那么我将在下篇文章介绍这个主题。在这个系列中，我会尽量保持较低的学习曲线，所以我选择使用Eclipse IDE。本教程基于Eclipse的最新版本，叫做Luna（4.4）。你也可以在本页面下载“Eclipse IDE for C/C++ Developers"的release版本。该版本主要为使用C/C++编程语言开发应用程序而设计。

下载的文件仅仅是一个ZIP的压缩包。你可以解压到C:\STM32 Toolchain目录（注意：路径并不是强制的，但是我假设在这些教程中你将整个工具链安装在该目录，如果你决定将工具链安装在其他路径，请随后改写我的指令）。安装完成后，你可以启动可执行文件C:\STM32Toolchain\eclipse\eclipse.exe。Eclipse第一次启动时，它会向你询问默认的项目文件夹。我建议使用路径C:\STM32Toolchain\projects。当IDE启动后，跳转到Help->Install New Software...。

下一步，选择C/C++开发工具库，并且仅勾选“CDT Main Feature”条目，如下图所示：

现在，点击“Next”，并按照说明进行操作。安装需要一段时间来完成。最后根据要求重新启动IDE。

安装GNU ARM plug-ins for Eclipse

现在我们要安装GNU ARM plug-ins for Eclipse。这些接插件向Eclipse CDT添加了丰富的功能，并集成到GCC ARM 工具链接口。此外，它们还为STM32平台提供了特定功能。插件是由Liviu Ionescu开发和维护，在提供GCC ARM工具链的支持上工作非常出色。如果没有这些插件，几乎不可能使用Eclipse在STM32平台开发和运行代码。要安装GCC ARM插件，转到Help->Install New Software...，然后单击“Add...”按钮。使用以下方式填写文本字段：

名称：GNU ARM Eclipse Plug-ins

路径：http://gnuarmeclipse.sourceforge.net/updates

然后点击“OK”按钮。一段时间后，将显示可用插件的完整列表。选择需要安装的插件，如下图所示：

然后，单击“Next”，并按照说明进行操作。当要求时，重新启动IDE。

安装GCC ARM工具链

下一步安装ARM Coretex平台的GCC工具链。你可以从这个网站为你的操作系统下载一个预生成版本。我成功地测试了4.8-2014-q3-update版本。你可以下载该安装程序，并开始进行安装。当被询问时，安装工具链到目录： C:\STM32Toolchain\gnu-arm\4.8-2014q3（就像我之前说的，你可选择你想要安装的路径，但是在接下来的步骤我假设安装在该路径）。重要提示：我强烈建议不要勾选条目“Add path to environment variable”，特别是你在PC端液晶安装有其他的编译器或者IDE（例如，如果你使用MinGW或者相似的Windows包管理器）。现在继续下一步。

安装生成工具

历史上的Windows缺少一些UNIX世界必不可少的工具。其中之一就是make，该工具由Richard Stallman制作，控制使用C/C++编写的程序的编译过程。如果你已经安装了像MinGW或者其他类似的产品，可以跳过这个步骤。如果没有安装，你可以安装GCC ARM plug-ins for Eclipse同一作者制作的生成工具包。你可以在这里下载安装程序。当询问时，将这些工具安装到文件夹: C:\STM32Toolchain\Build Tools。重启Eclipse。

安装STM32 Nucleo板的ST LINK驱动

这是一个非常重要的一步。请注意以下的操作。在安装其他软件之前，最好先安装STM32Nucleo板的驱动程序。

NUCLEO板的主要特点之一是它已经提供了STM32 MCU的片上编程器：ST-Link。事实上，Nucleo板是由两部分组成：ST-Link编程器（带有USB接口）和目标板（带有Arduino形式的扩展插头）。

需要强调的是和商业ST-Link编程器不同的是，Nucleo板提供了版本较新的ST-Link：2.1版本。也就是说，即使你已经有一个ST-Link编程器，你也需要更新驱动程序。可以在这里下载最新的驱动程序。安装驱动程序，检查一切是否工作正常。如果连接Nucleo板到PC，你应该看到两个新的外设：ST-Link编程器和一个虚拟串口。如果一切工作正常，可以继续下一步。

安装STM32CubeMX和ST-Link Utility

当STM32 MCU启动时，需要硬件配置才能正常工作。该配置取决于特定的MCU及所选择的硬件的配置。当CPU启动时必须先执行该配置。不幸的是，这并不是一项简单的任务，它需要具体MCU的深入了解。但是，我们有一项更快捷的方式来完成这项工作。ST为我们提供了一个专门生成初始化代码的工具。这个工具叫做STM32CubeMX，而且在这个系列教程的下一部分会非常有用。那么，你可以在这里下载该工具。根据建议的配置进行安装。

为了简化教程中的这部分，我们没有使用Eclipse IDE里的任何调试工具。而是使用官方的ST-Link Utility工具编程Nucleo板。你可以在这里下载该工具。使用建议的配置进行安装。

ST-Link安装完成后，将Nucleo板连接到PC，检查ST-Link Utility是否检测到该Nucleo板。

天南地北客

创建一个测试工程

好了，我们已经做了大量的准备工作。现在我们要检查一下所有的是否工作正常。我们将使用前面安装的Eclipse插件创建一个测试工程（一个简单的Led闪烁应用程序）。

首先，启动Eclipse，然后转到File->New->C Project。如果你有一个STM32Nucleo-F4板，那么你可以使用以下的配置选项。否则，你要根据你的Nucleo处理器系列进行调整。你可以填写自己想要的工程名称（我填写的是“test1”）。点击“Next”。

下一步你要根据Nucleo板设置正确的芯片系列。对于Nucleo-F401RE板，正确的系列是STM32F401xE。重要提示：注意选择正确的芯片系列，否则测试例程可能无法工作。设置其他的配置参数，如下图所示：

点击“Next”。在接下来的步骤你可以保留默认参数。最后一步是有关GCC工具链的。可以使用这些值：

工具链名称：GNU Tools for ARM Embedded Processors (arm-none-eabi-gcc)

工具链路径：C:\STM32Toolchain\gnu-arm\4.8-2014q3\bin

点击“Finish”。

现在，如果这是你第一次接触到Eclipse IDE，你可能会对它的界面有点小惊讶。Eclipse是一个多窗口的IDE，并且窗口可以被组织成几个称为透视图的组，在Eclipse它们被称为gibberish。介绍Eclipse如何工作超出了本篇文章的目标。我建议你使用下图用红色标识的按钮。

经过几次点击后，你应该获得一个类似下图所示的界面。

编译测试工程

在我们可以编译测试工程之前，需要完成一些其他的步骤。但是，让我们开始熟悉IDE，并且尝试编译该项目。转到“Project->Build all"。几秒钟后，在编译器控制台将会出现错误信息：

该信息只是意味着IDE无法找到用于编译源文件的make.exe程序。如果你还记得，我们已经在前面的步骤安装了生成工具。现在我们需要设置生辰工具的正确路径。转到Window->Preference。将会显示Eclipse的首选项窗口。转到C/C++->Build->Environment，然后点击“Add”。

在”Name“栏输入字符串Path，然后在Value栏输入 C:\STM32Toolchain\Build Tools;${Path} 。首先点击”OK“，再点击“Apply”，最后再点击“OK”。然后转到Project->Build all重新开始编译。这次的编译时间会长一些。最后再编译器控制台会出现此信息：

好了。我们已经成功编译了基于Nucleo板的测试项目。

下载二进制文件到STM32 Nucleo的MCU

我们使用ST-Link Utility将二进制镜像文件上载到Nucleo的MCU。连接Nucleo板到PC。启动ST-Link Utility，然后转到Target->Connect。LD1发光二极管（靠近mini-USB接口）将开始绿色/红色闪烁，并且ST-Link Utility将会显示Nucleo芯片的信息。现在，我们可以上传二进制镜像文件了，转到Target->Program&Verify...。出现选择文件窗口。转到 C:\STM32Toolchain\projects\test1\Debug并选中test1.hex文件。将会显示一下窗口：

点击“Start”。几秒钟后，上载完成。成功编程了Nucleo板。

根据Nucleo板改写测试代码

好了，停下来。你的板子没有损坏。绿灯（PCB标识为LD2）没有闪烁，因为我们需要做一些其他的配置步骤。还记得STM32CubeMX么？现在是时候使用它了。

GNU ARM for Eclipse生成的模板代码设计的目的并不是在Nucleo板运行，而是在更流行的STM32 Discovery平台运行。所以我们需要改写代码使得能够在Nucleo板上正常工作。基本上我们需要修改两件事情：LED LD2连接的MCU引脚（ 在Nucleo板，它被映射到不同的引脚）和正确的晶振配置。我们的Nucleo板（STM32Nucleo-F401RE）没有提供外部晶振，我们需要使用内部晶振，允许MCU运行最高仅84Mhz（太神奇了）。你应该检查Nucleo板的正确配置，因为其中一些会提供外部晶振。但是，使用我将要展示的解决方案，我们将可以正确设置每个Nucleo板。STN32CubeMX可以派上用场来解决这个任务。

启动STM32CubeMX，然后转到“New Project”。点击“Board Selection”选项卡。在“Type Of Board”选择Nucleo。在“MCU Series”下拉列表选择你的Nucleo目标MCU。下一步在“Peripheral Selection”列表的Led和Button行添加1。在“Board List”表格中，选择正确的Nucleo版本。

点击“OK”。CubeMX将会显示你的目标MCU以及它的配置信息。

描述CubeMX软件并不在本教程的目标内。我将会在下篇文章详细介绍该工具。我们只是使用该工具生成正确的时钟配置。进入“Projcet->Generate Code”，并填写空白字段，如下图所示：

单击“OK”按钮。CubeMX将会询问我们是否需要下载STM32Cube框架的最新版本。在我们的例子中，可以选择“NO”，因为GNU ARM插件已经提供了最新版本的框架。在下一个消息框点击“Continue”。当生成结束后，点击“Open Folder”，并进入“src”文件夹。打开“main.c”，并复制函数SystemClock_Config(void)的全部内容。如果你有和我一样的Nucleo板，产生的代码和这个一样。

1.   RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
   
2.   RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
   
3. 
   
4.   __PWR_CLK_ENABLE();
   
5. 
   
6.   __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2);
   
7. 
   
8.   RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
   
9.   RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
   
10.   RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = 6;
    
11.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    
12.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
    
13.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 16;
    
14.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
    
15.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV4;
    
16.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
    
17.   HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);
    
18. 
    
19.   RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1;
    
20.   RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    
21.   RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    
22.   RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
    
23.   RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    
24.   HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2);

复制代码

该代码是我们的Nucleo板的系统时钟的正确配置。正如你看到的，STM32 MCU有不同寻常的时钟配置。CubeMX大大简化了这一步。允许我们专注于应用程序的开发。将生成的代码复制到SystemClock_Config()函数中。现在，返回到Eclipse，打开“src”文件夹下的_initialize_hardware.c文件。使用我们刚才复制的代码替换configure_system_clock(void) 函数的全部内容。现在跳转到“include”文件夹，并编辑BlinkLed.h文件。转到第30行，使用以下方式修改LED端口配置。

1. #define BLINK_PORT_NUMBER               (0)
   
2. #define BLINK_PIN_NUMBER                (5)
   
3. #define BLINK_ACTIVE_LOW                (0)

复制代码

通过使用这种方式，我们将使用LED LD2连接的A5引脚。保存所有修改过的文件（请注意保存所有文件，因为Eclipse不会自动保存），并且重新编译该工程。现在我们可以再次使用ST-Link Utility编程Nucleo。LED LD2终于闪烁了。:-)

任务完成。我们成功编程Nucleo板。在接下来的文章我将介绍如何使用Eclipse编程MCU及一步步的进行调试。敬请关注！