用撸Arduino的方法撸STM32F103xx

Arduino自从面世以来,便迅速在电子爱好者的圈子中流行起来。Arduino编程简单,并且周边配件也很丰富。但是Arduino有一个比较严重的问题,就是性价比不高。最常见的Uno和Pro Mini,一般使用328p,主频只有35MHz,IO口也很有限,但是价格却比较高。而性能比较好的片子(例如意法半导体的STM32F103xx),虽然性能比较好(72MHz主频,丰富的外设(SPI、IIC、多个USART、CAN等),并且片上存储也高达512k),但是编程却比较复杂。往往为了点一个LED,还要进行各种初始化、时钟配置操作。在这种片子上编程,往往还要求用户对硬件了解比较深刻。所以,如果能够将STM32的高性能(相对)和arduino的用户友好结合起来,就再好不过了。而实际上,Maple早就做过这个工作了,针对STM32单独做了一套库,来兼容arduino的库。下面就简单说一下,如何实现在STM32上,使用arduino的方法来编程。

了解我们要使用的工具

  1. Bootloader文件:来自于这里
  2. USB转串口(本例中使用的是CP2102,其他的设备可能也可以使用,但是并未经过测试);
  3. STM32flash,可以从这里找到适合你的操作系统的烧写器(我的操作系统是Linux,所以我使用linux/stm32flash/stm32flash,不过我后来在AUR中发现了stm32flash,于是就安装了AUR中的stm32flash
    AUR中的stm32flash
    如果你使用Windows或者Mac OS,就选择适合你的工具,另外最好将Bootloader和这个放到同一个目录中(如果你在Linux上使用软件管理器安装的,请忽略这一点);
  4. 硬件库,来自于Arduino_STM32的git(以下简称官方git)。

向STM32烧写Bootloader

引言

arduino起初主要是建立在AVR单片机上,arduino的简易编程,实际上也是建立在一套库和Bootloader之上。要想在STM32上用这种方式编程,第一步便是向STM32烧写Bootloader。

下载Bootloader

我们从这里来找我们需要的Bootloader。本身这个Bootloader需要自行编译,但是实际山作者已经帮我们编译好了,我们只需要从binaries目录中找到我们需要的Bootloader即可。在我们手头上的STM32板子上,一般至少有一个用户LED,我们需要用一个LED来作为状态指示灯(这也是被要求的),而不同的板子,这个LED也不同,所以我们需要下载的Bootloader也不尽相同。我的板子上的LED引脚是PC13,所以我下载了generic_boot20_pc13.bin(请注意这里一定要根据你自己的情况选择Bootloader,否则可能出现问题)。

准备烧写器

按照上面的方法找到适合我们自己的烧写器,同时也要准备好下载器。将刚刚下载的Bootloader和烧写器(stm32flash)放在我么容易找到的目录中(最好在同一个目录中),然后打开终端(或这Windows的命令提示符),进入到刚刚的目录。

连接硬件

STM32支持3种引导方式,Flash、SRAM和ISP。通常情况下,我们使用Flash比较多,这种方式通过下载器(JLink、STLink等)将代码放到Flash中,再
– 然后链接硬件,我手头上的是C8T6,这个片子的Tx和Rx分别对应引脚PA9和PA10。连接方式参见下面的表格

STM32 串口下载器
PA9 Rx
PA10 Tx
Vcc (自行准备电源)
GND GND

开始烧写Bootloader

还记得我们刚才准备好的文件吗?就是那个stm32flash(请注意可能我们的操作系统不同,所以下载的东西也可能不同)和我们刚刚从github上下载的Bootloader(需要再确认一下,下载的Bootloader是否是正确的),然后打开终端(在Windows上称为“命令提示符”,打开的方式是“Win键+r” => “输入cmd”,然后就会出现一个黑框),进入上述两个文件所在目录(所以说最好把上面两个文件放到同一个目录中(主要针对Windows用户),然后把我们的USB转串口模块链接到电脑上,执行

stm32flash.exe -w generic_boot20_pc13.bin -v -g 0x0 COM14

在上面的命令中,-w 表示写入,后面跟着要写入的文件名,-v 参数是指校验写入,这个指令可加可不加,-g 参数指开始写入的地址(这个地址是指片子上的地址),同样默认情况下就是从0x0开始写入,所以这个参数也可有可无。最后的COM14是你的USB转串口在你的电脑上的名字,通常是COM开头。在Linux上往往是“/dev/tty*”。

由于各种原因,上述命令很可能不能正确执行,这时候就输入

stm32flash.exe -help

来获取帮助。

我相信Linux用户会自行解决各种问题的。

最终运行效果大概如下
运行结果

后续工作

截止到现在,我们已经完成了Bootloader的烧写。下面我们把STM32上面所有的线拔下来,并断其电,然后设置引导方式为Flash(把Boot0和Boot1跳线分别设置为0和0)。然后再插上USB,上电。如果一切正常,那么这时候你就会看到板子上有一个小灯在闪烁(实际上在刚插上电的时候,小灯会快速闪烁6下,然后就比较慢地闪烁)。如果你使用Windows,那么在设备管理器中你可以看到一个名为maple的未识别设备,如果在linux上,通过lsusb命令,你可以看到一个ID为1eaf:000x(“x”截止到现在,我们已经完成了Bootloader的烧写。下面我们把STM32上面所有的线拔下来,并断其电,然后设置引导方式为Flash(把Boot0和Boot1跳线分别设置为0和0)。然后再插上USB,上电。如果一切正常,那么这时候你就会看到板子上有一个小灯在闪烁(实际上在刚插上电的时候,小灯会快速闪烁6下,然后就比较慢地闪烁)。如果你使用Windows,那么在设备管理器中你可以看到一个名为maple的未识别设备,如果在linux上,通过lsusb命令,你可以看到一个ID为1eaf:000x(“x”处可能是3或4),而这个设备的设备名却是空白的。

实际上这时候我们已经完成了板子上的所有操作,下面就是配置电脑了。由于我们在电脑上看到了未知的设备,所以我们需要为其安装驱动程序(主要针对Windows)。打开在第一节中提到的硬件库,下载之。其中有一个名为“driver”的文件夹,其中就是相应的驱动,打开之。运行其中的“install_driver.bat”。(关于Windows上的驱动安装,我只能帮到这里了,因为我并没有Windows,如果你在这一步遇到了什么问题,可以给我发邮件

下面是linux上面的操作,在Linux上,我们不需要安装驱动,只需要添加相应的rules就可以了。在刚刚提到的硬件库中,找到tools文件夹,进入“linux”目录,运行其中的install.sh,即可自动添加相应的rules,这一步需要以sudo运行(或者root)。
然后我们需要安装dfu-util,在archlinux的官方仓库中,已经有了编译好的dfu-util,只需要直接安装即可。如果你的发行版的软件仓库中没有dfu-util,可以使用硬件库中的dfu-util,它在tools/linux中。

配置arduino

下一步就是配置我们的arduino环境,步骤很简单。把刚刚我们下载的硬件库,拷贝到arduino的sketch文件夹中。
在Windows上,这个文件夹位于“我的文档\Arduino”中,而在Linux上,这个文件夹位于用户的home目录中。

尝鲜

打开arduino,如果上述配置正确的话,我们在tools->board中可以看到一些STM32的板子,如下图:

我们打开Blink,然后选择板子、RAM、时钟等,第一次我们不需要选择端口,直接下载。

如果出现上面的图,就说明成功下载。

使用数据库找论文引用的举例

我们往往需要使用各大数据库来查找论文,也会通过数据库来找引用。下面我就通过一个小例子来说明如何来找引用,以google scholar为例。

  1. 打开google scholar,搜索我们要找的论文
  2. 在搜索结果列表中我们可能会看到很多相关的结果,找到与我们要找的文章最相近的结果
  3. 在它的下面会有一个引号图标,这表示引用,点击它就会出现一个对话框,显示了引用的细节。在对话框的底部,有“BibTex”、“EndNote”等多种格式,如果我们使用latex,那么我们就需要BibTex格式。
  4. 点击我们需要的格式(以“BibTex”为例),就会弹出一个包含了引用细节的页面,我们把页面中的内容保存为相应的格式(此处为.bib格式)就可以了。

在LATEX中使用引用的不错误的姿势

最近写论文,开始使用Latex(听说这个很装X)。

先说一下在Latex中插入引用(不出错)的方法

  1. 首先在你写的文章的开头使用上
    \usepackage[numbers, sort]{natbib}
    \bibliographystyle{authordate1}
    

    第二行表示要使用的引用的格式,常用的有authordate1、IEEEtran等。你可以把上面的authordate1替换成你需要的格式。

  2. 然后我们要搜集素材,也就是从各大数据库(例如万方、知网、google scholar、百度学术等)找到我们所需要引用的文献。这些数据库往往都提供了bib格式的引用(可以到这里找到例子),bib格式通常长成这样:

    @article{Wei06,
        title={红外结构光人脸三维面形测量},
        author={魏永超 and 苏显渝},
        journal={激光與紅外},
        volume={36},
        number={8},
        pages={696--698},
        year={2006},
        publisher={激光與紅外雜誌社}
    }
    

    我们在把从数据库中找到的内容放到一个后缀名为“.bib”的文件中,bib文件中可以放置多个这样的条目,然后把这个文件放到方面我们找到的地方,例如与tex在同一个目录中。文件名不推荐使用中文,可能会有潜在的问题

  3. 在我们的文章的末尾(\end{document}之前)添加

    \bibliography{“文件路径”}
    

    这里的文件路径可以使用相对路径,也可以使用绝对路径。这个文件路径指的是刚刚我们创建并编辑的bib文件的路径。举个例子,我创建了“ref.bib”,然后放在了tex相同的目录中,那么我的tex文件的局部就像下面这样:

    \clearpage
    \bibliography{./ref}
    \end{CJK}
    \end{document}
    

    上面第二行便是重点,在写文件路径的时候,不要把文件的后缀名也加上。这样做的效果就是,在文章的为为出现了“References”。

  4. 然后就是在文章的合适的位置添加引用了。但是在这里我需要先说一下bib文件。
    bib文件的格式在2中已经介绍过了,我们需要关注的重点是其中的“Wei06”,这个Wei06便是关键字,所谓关键字是用来帮助bib和latex寻找引用条目用的。我们可以修改关键字为方便我们使用的形式。例如我的bib中,原来的关键字是“魏永超 06 红外结构光人脸三维面形测量”,但是为了方便,我就把它改成了“Wei06”。在你的bib中,关键字的修改是任意的。
    下面再说在文章中添加引用的方法。首先找到需要添加引用的位置,在后面加上

    \cite{keyword}
    

    其中的keyword就是刚刚我们在bib文件中给每个条目设置的关键码。在下面举个栗子:
    例如我的文章是这样的:

    从本质上看,从长期上看,从战略上看,必须如实地把帝国主义和一切反动派,都看成纸老虎。从这点上建立我们的战略思想。
    

    而其引用来源是《关于帝国主义和一切反动派是不是真老虎的问题》,那么我就需要这样写:

    从本质上看,从长期上看,从战略上看,必须如实地把帝国主义和一切反动派,都看成纸老虎。从这点上建立我们的战略思想。\cite{Zhilaohu}
    

    而在bib文件中,《关于帝国主义……》的关键字为“Zhilaohu”。