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ARM Cortex Mikrocontroller

2012-03-08T15:41:00Z

Archie:

Die Firma ARM stellt selbst keine Prozessoren/Controller her, sondern entwickelt nur sogenannte "IP-Cores", die von Herstellern wie Atmel, Philips, TI und vielen anderen lizenziert werden. Diese Hersteller ergänzen den Core um Speicher und Peripherie. Der Vorteil dieses Modells ist, dass dadurch sehr viele Prozessoren mit unterschiedlichster Ausstattung verfügbar sind, die alle mit dem selben Befehlssatz (und damit dem selben Compiler) programmierbar sind.

Allen ARM-Cores gemeinsam ist die 32 Bit RISC-Architektur. Manche ARM-Cores besitzen neben dem 32 Bit ARM-Befehlssatz noch einen zusätzlichen, kleineren 16 Bit-Befehlssatz ('''Thumb'''-Modus, erkennbar am '''T''' in der Bezeichnung, z. B. ARM7'''T'''DMI). Der Vorteil des Thumb-Befehlssatzes ist der geringere Platzbedarf des Codes; der Nachteil ist die etwas niedrigere Geschwindigkeit. Die ARMv7M-Architektur (man beachtet das '''v'''), also z. B. Controller mit Cortex-M3-Kern, unterstützen ausschließlich den Thumb2-Befehlssatz.

Seit wenigen Jahren sind ARM-basierte Mikrocontroller erhältlich, die Aufgrund der vergleichbar einfachen Beschaltung und mit einer '''deutlich''' größeren Power eine echte Alternative zu 8-Bit-Controllern darstellen.

Eine sehr aktuelle Variante des ARM ist die Cortex-M3 Familie die '''[[LPC1xxx]]''', als eine echte Konkurrenz zu 8- und 16-Bit Mikrocontrollern wie dem [[AVR]] und [[MSP430]] gedacht ist. Der Cortex-M3 enthält einige Verbesserungen gegenüber dem ARM7TDMI-Kern und ist bereits dabei diesen zu ersetzen. Um den Einstieg zu erleichtern ist für den LPC1xxx bereits eine '''[http://www.mikrocontroller.net/articles/Codebase_f%C3%BCr_LPC1xxx#Allgemeine_Informationen_zum_Aufbau_der_Code_Base Code-Base]''' und ein preisgünstiges '''[http://www.mikrocontroller.net/wikisoftware/index.php?title=LPC1xxx_Entwicklungskit_LPCXpresso&action=edit Entwicklungskit]''' vorhanden. Controllerfamilien dieser Klasse sind:

* [http://www.nxp.com LPC13xx/LPC17xx] von NXP oder die inzwischen schon sehr ausführliche, [http://www.mikrocontroller.net/articles/LPC1xxx '''interne Seite zur Cortex-M3 Familie''' von LPC]
* [http://focus.ti.com/general/docs/gencontent.tsp?contentId=54556&DCMP=Luminary&HQS=Other+OT+stellaris Stellaris-Serie] von [http://www.ti.com Texas Instruments] (vormals Luminary Micro)
* [http://www.atmel.com/products/at91/sam3landing.asp?family_id=605 AT91SAM3] von Atmel
* [[STM32]] von STMicroelectronics
* [http://www.toshiba-components.com/microcontroller/TMPM330.html TMPM330] von Toshiba
* [http://www.fujitsu.com/global/services/microelectronics/product/micom/roadmap/industrial/fm3/ FM3-Serie] von Fujitsu
* [http://www.energymicro.com/ EFM32-Serie] von Energy Micro
* [http://www.infineon.com/XMC4000 XMC4000] von Infineon
* [https://www.silabs.com/products/mcu/Pages/ARM-32bit-microcontroller.aspx SiM3U1xx] von Silabs

Als günstigere Variante gibt es dann noch die Cortex-M0 Cores. Diese
werden beispielsweise in folgenden Controllern eingesetzt:

* [http://ics.nxp.com/products/lpc1000/lpc11xx/ LPC11xx] von [http://www.nxp.com NXP]
* [http://www.nuvoton.com/hq/enu/ProductAndSales/ProductLines/IndustrialIC/ARMMicrocontroller/ARMCortexTMM0/Pages/default.aspx NuMicro-Controller] von nuvoton (ex Winbond), laut Datenblatt mit 2.5-5.5V Betriebssspannung!!!

Eine schon etwas ältere Controller-Familie ist der '''ARM7'''TDMI. Core. Controllerfamilien dieser Klasse sind:
* NXP (ehemals Philips) [[LPC2000]]
* Atmel [[AT91SAM]]7
* Analog Devices [[ADuC7xxx]]
* [http://focus.ti.com/mcu/docs/mcuprodoverview.tsp?sectionId=95&tabId=203&familyId=454 Texas Instruments TMS470]
* SAMSUNG S3C24x0 [http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/productInfo.do?fmly_id=229&partnum=S3C2410]
* STR7xx von ST Microelectronics [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-str7.html]
* und viele weitere

Mehr Informationen zur ARM-Architektur finden sich in der [http://de.wikipedia.org/wiki/ARM-Architektur Wikipedia], weiterführende Links in der [[Linksammlung#ARM|Linksammlung]].

== Compiler ==

Einer der beliebtesten Compiler für ARM-Prozessoren ist der GCC. Er kann sowohl ARM- als auch Thumb-Code erzeugen. Ein komplettes Paket mit allen benötigten Tools für Windows ist [http://www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/#winarm WinARM] (wird derzeit nicht gepflegt), für Linux und Mac OS X gibt es fertige Komplettpakete [http://www.mikrocontroller.net/en/arm-gcc hier]. Alternative Pakete sind [http://gnuarm.com/ GNUARM] (Linux, Windows, wird derzeit nicht gepflegt), [http://www.yagarto.de/ Yagarto] (Windows, mit Eclipse-Integration) und [http://www.codesourcery.com/gnu_toolchains/arm CodeSourcery CodeBench Lite] (alter Name: Codesourcery G++ lite, für Linux, Windows).

Inzwischen schon weiter verbreitet ist auch das '''kostenlose''' auf Eclipse basierende Entwicklungspaket von [http://www.code-red-tech.com/red-suite-4-nxp.php '''Code-Red'''] oder [http://www.coocox.org/CooCox_CoIDE.htm '''CooCox IDE''']

Kommerzielle Entwicklungsumgebungen für ARM-basierte Mikrocontroller sind z. B. [http://rowley.co.uk/arm/ Crossworks ARM] (GCC-basiert, Windows, Mac OS und Linux), [http://www.iar.com/ewarm/ IAR Embedded Workbench for ARM] (Windows) und [http://www.keil.com/arm/ MDK-ARM von Keil/ARM] (Windows).

Für das MBED Board (mbed NXP LPC1768) ist ein kostenloser Onlinecompiler verfügbar (ARM Realview), der sich durch die Bereitstellung von sehr leistungsfähigen Funktionen (API's) auszeichnet. Den praktischen Nutzen für eine professionelle Anwendung mag man zu Recht in Frage stellen. Um mal schnell was zu programmieren ist das Ding unschlagbar, es ist faktisch keine Installation oder Einarbeitung in eine IDE nötig.

== JTAG ==

Alle ARM-basierten Prozessoren verwenden ein einheitliches [[JTAG]]-Interface, über das Debugging und Speicherzugriff erfolgen kann. Nicht standardisiert sind allerdings die Verfahren zum Beschreiben des Flash-ROMs, deshalb muss man beachten ob die verwendete JTAG-Software Programmierroutinen für den jeweiligen Controller besitzt.

Ein einfacher JTAG-Adapter für den Parallelport ist der "Wiggler"-kompatible, den man selbst bauen kann oder z. B. im [http://shop.embedded-projects.net/index.php?module=artikel&action=artikel&id=48 Embedded Projects Shop] für € 10,00 bestellen kann. Als Software lässt sich unter Windows und Linux [http://openocd.berlios.de/ OpenOCD] (zusammen mit [[GDB]]) oder [http://rowley.co.uk Crossworks ARM] verwenden.

Für USB gibt es [http://shop.embedded-projects.net/index.php?module=artikel&action=artikel&id=436 hier] einen ebenfalls OpenOCD-kompatiblen JTAG-Adapter zum Preis von ca 45€.

Von NXP sind <u>sehr preiswerte</u> Entwicklungskits (ca. 25€ für Evaluation-Board incl. USB-JTAG Programmer und Debugger) erhältlich z.B. '''[http://www.watterott.com/index.php?page=search&keywords=LPCXpresso&cat=&mnf=&x=0&y=0 Watterott]'''. Siehe dazu auch die Dokumentation von NXP zu den '''[http://www.nxp.com/documents/leaflet/75016842.pdf LPCXpresso-Entwicklungskits]''' (PDF), oder diese '''[http://www.mikrocontroller.net/wikisoftware/index.php?title=LPC1xxx_Entwicklungskit_LPCXpresso&action=edit Beschreibung]'''.

Der [http://www.segger.com/cms/jlink.html J-Link]-"Emulator" von Segger wird von vielen Softwarepaketen unterstützt und ist für den nicht-kommerziellen Einsatz zu günstigen Konditionen erhältlich.

Als Alternative zum Beschreiben des Flash über JTAG ist oft ein serieller [[Bootloader]] im Controller enthalten.

== Freie Software ==

=== ARM/XSCALE/CORTEX Instruction Set Simulator ===

Die Firma Lauterbach bietet unter der Artikelnummer LA-8809 einen Instruction Set Simulator für ARM Cores an. Die Demoversion ist zur Evaluierung kostenlos. Einschränkungen bestehen in der Anzahl der zu ladenen Debugsymbole. Der Simulator unterstützt alle gängigen ARM Derivate und lädt alle üblichen Debugformate, wie die des RealView, IAR und TI Compilers, oder der freien GCC Tools.

Zum Simulator gibt es entsprechende zugehörige Debugtools, die allerdings käuflich zu erwerben sind.

Weblinks:
[[http://www.lauterbach.com/frames.html?dwnload.html Download area mit ARM/XSCALE/CORTEX Simulator]]

== Siehe auch ==
* [[Linksammlung#ARM|Linksammlung (Abschnitt ARM)]]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/LPC1xxx Beschreibung der LPC1xxx-Familie]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/LPC1xxx_Entwicklungskit_LPCXpresso LPCXpresso-Entwicklungskit]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Installationsanleitung_C-Entwicklungsumgebung_f%C3%BCr_LPC1xxx_von_Code_Red Installationsanleitung zur IDE von Code-Red]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Codebase_f%C3%BCr_LPC1xxx LPC1xxx Codebase]
* [[ARM-elf-GCC-Tutorial]]
* [[AVR32]]
* [[Blackfin]]
* [[AT91SAM9260]]
* [[STM32]]
* [[JTAG]]

== Weblinks ==
* [http://embdev.net/forum/arm-gcc ARM-GCC Forum] im englischsprachigen "Ableger" von microcontroller.net embdev.net u.a. für WinARM, Yagarto, CS Codebench
* [http://infocenter.arm.com/help/index.jsp Infocenter von ARM Ltd.]
* [http://www.open-research.org.uk/ARMuC/ ARMuC ARM microcontroller Wiki]
* [http://chaosradio.ccc.de/cre151.html Chaosradio Express - Die ARM-Architektur]

== Literatur ==
*ARM Systems Developer's Guide (2004) ISBN 1558608745 [http://books.google.de/books?id=HKKUkDQE17QC&output=html Im Buch blättern] [http://www.mkp.com/companions/defaultindividual.asp?isbn=9781558608740 Programmbeispiele aus dem Buch, u.a. FFT, FIR/IIR-Filter, Division, Wurzel]
*ARM Assembly Language - an Introduction (2007) ISBN 1847536964 [http://books.google.de/books?id=8KJX5R8mMvsC&output=html Im Buch blättern] [http://www.lulu.com/content/1172076 Verlagsseite "Book on demand"]
*ARM Rechnerarchitekturen für System-on-Chip-Design (2002) ISBN 3826608542
*Co-Verification of Hardware and Software for Arm Soc Design (2004) ISBN 0750677309
*ARM System-on-Chip Architecture (2000) ISBN 0201675196 [http://books.google.de/books?id=J_Fu_YTVD9gC&printsec=frontcover&output=html&source=gbs_summary_r&cad=0 Im Buch blättern]
*ARM Architecture Reference Manual ISBN 0201737191 [http://books.google.de/books?id=O5G-6WX1xWsC&printsec=frontcover&output=html&source=gbs_summary_r&cad=0 Im Buch blättern]
*Messen, Steuern und Regeln mit ARM-Mikrocontrollern ISBN 3772340172 [http://books.google.de/books?id=TKs4kN-zNYQC&output=html im Buch blättern]
*Programming Arm Microcontrollers: Using C and the Lpc2100 Family (2005? /ab 1. Dezember 2008) ISBN 0321263359
*Arm Assembly: Fundamentals and Techniques (ab 1. März 2009) ISBN 1439806101
*Reliable Embedded Systems: Using 8051 and ARM Microcontrollers (2007) ISBN 0321252918 600 Seiten mit CD [http://vig.pearsoned.co.uk/catalog/academic/product/0,1144,0321252918-TOC,00.html Inhaltsverzeichnis]
* C und C++ für Embedded Systems (u.a. ARM Cortex-M3) mitp-Verlag 2008 ISBN 382665949X

== Artikel aus der Kategorie ARM ==
<ncl style=compact maxdepth=2 headings=bullet headstart=2
showcats=1 showarts=1>ARM</ncl>

[[Category:ARM| ]]
__NOTOC__

ARM Cortex Mikrocontroller

2012-03-08T15:37:51Z

Archie: /* Compiler */

Die Firma ARM stellt selbst keine Prozessoren/Controller her, sondern entwickelt nur sogenannte "IP-Cores", die von Herstellern wie Atmel, Philips, TI und vielen anderen lizenziert werden. Diese Hersteller ergänzen den Core um Speicher und Peripherie. Der Vorteil dieses Modells ist, dass dadurch sehr viele Prozessoren mit unterschiedlichster Ausstattung verfügbar sind, die alle mit dem selben Befehlssatz (und damit dem selben Compiler) programmierbar sind.

Allen ARM-Cores gemeinsam ist die 32 Bit RISC-Architektur. Manche ARM-Cores besitzen neben dem 32 Bit ARM-Befehlssatz noch einen zusätzlichen, kleineren 16 Bit-Befehlssatz ('''Thumb'''-Modus, erkennbar am '''T''' in der Bezeichnung, z. B. ARM7'''T'''DMI). Der Vorteil des Thumb-Befehlssatzes ist der geringere Platzbedarf des Codes; der Nachteil ist die etwas niedrigere Geschwindigkeit. Die ARMv7M-Architektur (man beachtet das '''v'''), also z. B. Controller mit Cortex-M3-Kern, unterstützen ausschließlich den Thumb2-Befehlssatz.

Seit wenigen Jahren sind ARM-basierte Mikrocontroller erhältlich, die Aufgrund der vergleichbar einfachen Beschaltung und mit einer '''deutlich''' größeren Power eine echte Alternative zu 8-Bit-Controllern darstellen.

Eine sehr aktuelle Variante des ARM ist die Cortex-M3 Familie die '''[[LPC1xxx]]''', als eine echte Konkurrenz zu 8- und 16-Bit Mikrocontrollern wie dem [[AVR]] und [[MSP430]] gedacht ist. Der Cortex-M3 enthält einige Verbesserungen gegenüber dem ARM7TDMI-Kern und ist bereits dabei diesen zu ersetzen. Um den Einstieg zu erleichtern ist für den LPC1xxx bereits eine '''[http://www.mikrocontroller.net/articles/Codebase_f%C3%BCr_LPC1xxx#Allgemeine_Informationen_zum_Aufbau_der_Code_Base Code-Base]''' und ein preisgünstiges '''[http://www.mikrocontroller.net/wikisoftware/index.php?title=LPC1xxx_Entwicklungskit_LPCXpresso&action=edit Entwicklungskit]''' vorhanden. Controllerfamilien dieser Klasse sind:

* [http://www.nxp.com LPC13xx/LPC17xx] von NXP oder die inzwischen schon sehr ausführliche, [http://www.mikrocontroller.net/articles/LPC1xxx '''interne Seite zur Cortex-M3 Familie''' von LPC]
* [http://focus.ti.com/general/docs/gencontent.tsp?contentId=54556&DCMP=Luminary&HQS=Other+OT+stellaris Stellaris-Serie] von [http://www.ti.com Texas Instruments] (vormals Luminary Micro)
* [http://www.atmel.com/products/at91/sam3landing.asp?family_id=605 AT91SAM3] von Atmel
* [[STM32]] von STMicroelectronics
* [http://www.toshiba-components.com/microcontroller/TMPM330.html TMPM330] von Toshiba
* [http://www.fujitsu.com/global/services/microelectronics/product/micom/roadmap/industrial/fm3/ FM3-Serie] von Fujitsu
* [http://www.energymicro.com/ EFM32-Serie] von Energy Micro
* [http://www.infineon.com/XMC4000 XMC4000] von Infineon

Als günstigere Variante gibt es dann noch die Cortex-M0 Cores. Diese
werden beispielsweise in folgenden Controllern eingesetzt:

* [http://ics.nxp.com/products/lpc1000/lpc11xx/ LPC11xx] von [http://www.nxp.com NXP]
* [http://www.nuvoton.com/hq/enu/ProductAndSales/ProductLines/IndustrialIC/ARMMicrocontroller/ARMCortexTMM0/Pages/default.aspx NuMicro-Controller] von nuvoton (ex Winbond), laut Datenblatt mit 2.5-5.5V Betriebssspannung!!!

Eine schon etwas ältere Controller-Familie ist der '''ARM7'''TDMI. Core. Controllerfamilien dieser Klasse sind:
* NXP (ehemals Philips) [[LPC2000]]
* Atmel [[AT91SAM]]7
* Analog Devices [[ADuC7xxx]]
* [http://focus.ti.com/mcu/docs/mcuprodoverview.tsp?sectionId=95&tabId=203&familyId=454 Texas Instruments TMS470]
* SAMSUNG S3C24x0 [http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/productInfo.do?fmly_id=229&partnum=S3C2410]
* STR7xx von ST Microelectronics [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-str7.html]
* und viele weitere

Mehr Informationen zur ARM-Architektur finden sich in der [http://de.wikipedia.org/wiki/ARM-Architektur Wikipedia], weiterführende Links in der [[Linksammlung#ARM|Linksammlung]].

== Compiler ==

Einer der beliebtesten Compiler für ARM-Prozessoren ist der GCC. Er kann sowohl ARM- als auch Thumb-Code erzeugen. Ein komplettes Paket mit allen benötigten Tools für Windows ist [http://www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/#winarm WinARM] (wird derzeit nicht gepflegt), für Linux und Mac OS X gibt es fertige Komplettpakete [http://www.mikrocontroller.net/en/arm-gcc hier]. Alternative Pakete sind [http://gnuarm.com/ GNUARM] (Linux, Windows, wird derzeit nicht gepflegt), [http://www.yagarto.de/ Yagarto] (Windows, mit Eclipse-Integration) und [http://www.codesourcery.com/gnu_toolchains/arm CodeSourcery CodeBench Lite] (alter Name: Codesourcery G++ lite, für Linux, Windows).

Inzwischen schon weiter verbreitet ist auch das '''kostenlose''' auf Eclipse basierende Entwicklungspaket von [http://www.code-red-tech.com/red-suite-4-nxp.php '''Code-Red'''] oder [http://www.coocox.org/CooCox_CoIDE.htm '''CooCox IDE''']

Kommerzielle Entwicklungsumgebungen für ARM-basierte Mikrocontroller sind z. B. [http://rowley.co.uk/arm/ Crossworks ARM] (GCC-basiert, Windows, Mac OS und Linux), [http://www.iar.com/ewarm/ IAR Embedded Workbench for ARM] (Windows) und [http://www.keil.com/arm/ MDK-ARM von Keil/ARM] (Windows).

Für das MBED Board (mbed NXP LPC1768) ist ein kostenloser Onlinecompiler verfügbar (ARM Realview), der sich durch die Bereitstellung von sehr leistungsfähigen Funktionen (API's) auszeichnet. Den praktischen Nutzen für eine professionelle Anwendung mag man zu Recht in Frage stellen. Um mal schnell was zu programmieren ist das Ding unschlagbar, es ist faktisch keine Installation oder Einarbeitung in eine IDE nötig.

== JTAG ==

Alle ARM-basierten Prozessoren verwenden ein einheitliches [[JTAG]]-Interface, über das Debugging und Speicherzugriff erfolgen kann. Nicht standardisiert sind allerdings die Verfahren zum Beschreiben des Flash-ROMs, deshalb muss man beachten ob die verwendete JTAG-Software Programmierroutinen für den jeweiligen Controller besitzt.

Ein einfacher JTAG-Adapter für den Parallelport ist der "Wiggler"-kompatible, den man selbst bauen kann oder z. B. im [http://shop.embedded-projects.net/index.php?module=artikel&action=artikel&id=48 Embedded Projects Shop] für € 10,00 bestellen kann. Als Software lässt sich unter Windows und Linux [http://openocd.berlios.de/ OpenOCD] (zusammen mit [[GDB]]) oder [http://rowley.co.uk Crossworks ARM] verwenden.

Für USB gibt es [http://shop.embedded-projects.net/index.php?module=artikel&action=artikel&id=436 hier] einen ebenfalls OpenOCD-kompatiblen JTAG-Adapter zum Preis von ca 45€.

Von NXP sind <u>sehr preiswerte</u> Entwicklungskits (ca. 25€ für Evaluation-Board incl. USB-JTAG Programmer und Debugger) erhältlich z.B. '''[http://www.watterott.com/index.php?page=search&keywords=LPCXpresso&cat=&mnf=&x=0&y=0 Watterott]'''. Siehe dazu auch die Dokumentation von NXP zu den '''[http://www.nxp.com/documents/leaflet/75016842.pdf LPCXpresso-Entwicklungskits]''' (PDF), oder diese '''[http://www.mikrocontroller.net/wikisoftware/index.php?title=LPC1xxx_Entwicklungskit_LPCXpresso&action=edit Beschreibung]'''.

Der [http://www.segger.com/cms/jlink.html J-Link]-"Emulator" von Segger wird von vielen Softwarepaketen unterstützt und ist für den nicht-kommerziellen Einsatz zu günstigen Konditionen erhältlich.

Als Alternative zum Beschreiben des Flash über JTAG ist oft ein serieller [[Bootloader]] im Controller enthalten.

== Freie Software ==

=== ARM/XSCALE/CORTEX Instruction Set Simulator ===

Die Firma Lauterbach bietet unter der Artikelnummer LA-8809 einen Instruction Set Simulator für ARM Cores an. Die Demoversion ist zur Evaluierung kostenlos. Einschränkungen bestehen in der Anzahl der zu ladenen Debugsymbole. Der Simulator unterstützt alle gängigen ARM Derivate und lädt alle üblichen Debugformate, wie die des RealView, IAR und TI Compilers, oder der freien GCC Tools.

Zum Simulator gibt es entsprechende zugehörige Debugtools, die allerdings käuflich zu erwerben sind.

Weblinks:
[[http://www.lauterbach.com/frames.html?dwnload.html Download area mit ARM/XSCALE/CORTEX Simulator]]

== Siehe auch ==
* [[Linksammlung#ARM|Linksammlung (Abschnitt ARM)]]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/LPC1xxx Beschreibung der LPC1xxx-Familie]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/LPC1xxx_Entwicklungskit_LPCXpresso LPCXpresso-Entwicklungskit]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Installationsanleitung_C-Entwicklungsumgebung_f%C3%BCr_LPC1xxx_von_Code_Red Installationsanleitung zur IDE von Code-Red]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Codebase_f%C3%BCr_LPC1xxx LPC1xxx Codebase]
* [[ARM-elf-GCC-Tutorial]]
* [[AVR32]]
* [[Blackfin]]
* [[AT91SAM9260]]
* [[STM32]]
* [[JTAG]]

== Weblinks ==
* [http://embdev.net/forum/arm-gcc ARM-GCC Forum] im englischsprachigen "Ableger" von microcontroller.net embdev.net u.a. für WinARM, Yagarto, CS Codebench
* [http://infocenter.arm.com/help/index.jsp Infocenter von ARM Ltd.]
* [http://www.open-research.org.uk/ARMuC/ ARMuC ARM microcontroller Wiki]
* [http://chaosradio.ccc.de/cre151.html Chaosradio Express - Die ARM-Architektur]

== Literatur ==
*ARM Systems Developer's Guide (2004) ISBN 1558608745 [http://books.google.de/books?id=HKKUkDQE17QC&output=html Im Buch blättern] [http://www.mkp.com/companions/defaultindividual.asp?isbn=9781558608740 Programmbeispiele aus dem Buch, u.a. FFT, FIR/IIR-Filter, Division, Wurzel]
*ARM Assembly Language - an Introduction (2007) ISBN 1847536964 [http://books.google.de/books?id=8KJX5R8mMvsC&output=html Im Buch blättern] [http://www.lulu.com/content/1172076 Verlagsseite "Book on demand"]
*ARM Rechnerarchitekturen für System-on-Chip-Design (2002) ISBN 3826608542
*Co-Verification of Hardware and Software for Arm Soc Design (2004) ISBN 0750677309
*ARM System-on-Chip Architecture (2000) ISBN 0201675196 [http://books.google.de/books?id=J_Fu_YTVD9gC&printsec=frontcover&output=html&source=gbs_summary_r&cad=0 Im Buch blättern]
*ARM Architecture Reference Manual ISBN 0201737191 [http://books.google.de/books?id=O5G-6WX1xWsC&printsec=frontcover&output=html&source=gbs_summary_r&cad=0 Im Buch blättern]
*Messen, Steuern und Regeln mit ARM-Mikrocontrollern ISBN 3772340172 [http://books.google.de/books?id=TKs4kN-zNYQC&output=html im Buch blättern]
*Programming Arm Microcontrollers: Using C and the Lpc2100 Family (2005? /ab 1. Dezember 2008) ISBN 0321263359
*Arm Assembly: Fundamentals and Techniques (ab 1. März 2009) ISBN 1439806101
*Reliable Embedded Systems: Using 8051 and ARM Microcontrollers (2007) ISBN 0321252918 600 Seiten mit CD [http://vig.pearsoned.co.uk/catalog/academic/product/0,1144,0321252918-TOC,00.html Inhaltsverzeichnis]
* C und C++ für Embedded Systems (u.a. ARM Cortex-M3) mitp-Verlag 2008 ISBN 382665949X

== Artikel aus der Kategorie ARM ==
<ncl style=compact maxdepth=2 headings=bullet headstart=2
showcats=1 showarts=1>ARM</ncl>

[[Category:ARM| ]]
__NOTOC__

STM32

2010-11-16T16:20:21Z

Archie: /* Evaluation Boards */

== Allgemeine Infos ==

Der STM32 ist ein Mikrocontroller von [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32.html ST] mit einer 32-Bit [http://www.arm.com/products/processors/cortex-m/index.php ARM Cortex-M3] CPU. Diese Architektur ist speziell für den Einsatz in Microcontrollern neu entwickelt, und löst damit die bisherigen ARM7 basierten Controller weitestgehend ab. Den STM32 gibt es von ST in unzähligen Varianten mit variabler Peripherie und verschiedenen Gehäusegrössen und -formen. Durch die geringe Chipfläche des Cores ist es ST möglich, eine 32 Bit-CPU für weniger als 1 EUR anzubieten.

Bisher gibt es drei STM32-Familien, wobei sich die Größte (STM32F) in weitere Unterfamilien (Linien) aufteilt:
* [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32.html STM32F]
** Connectivity line
** Performance line
** USB Access line
** Access Line
** Value line (teilweise verfügbar)
* [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32l.html STM32L] (LowPower) (auf ST-Webseite gelistet, noch in Entwicklung)
** mit LCD Treiber
* STM32T (Touch)
* [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32w.html STM32W] (RF-MCU)

'''Features'''
* Cortex-M3 Kern
* 16KB ... 1MB [[Flash-ROM]] und bis zu 96KB [[Speicher#SRAM|SRAM]] und bis zu 4KB [[Speicher#EEPROM|EEPROM]] (STM32L)
* [[IC-Gehäuseformen | Gehäuse]] 36 ... 144 Pins als QFN, LQFP und BGA
* Derzeit sind über '''110''' STM32 Derivate/Varianten verfügbar
* Derzeit bis 72MHz, Modelle bis 120MHz (mit 0 Wait-States) sind angekündigt
* Externes Businterface
* LCD Treiber für 8x40 Punkte
* Spannungsbereich 1,65 ... 3,6V, nur eine Betriebsspannung nötig
* Temperaturbereich bis 125 °C
* Bis zu 112 IOs, viele davon [[Pegelwandler|5V-tolerant]]
* Interner, kalibrierter RC-Oszillator mit 8MHz
* Externer Quarz
* Real Time Clock mit eigenem Quarz und separater Stromversorgung
* Bis zu 14 [[Timer]], je Timer bis zu 4 IC/OC/PWM Ausgänge. Davon 2x Motion Control Timer (bei STM32F103xF/G)
* Systick Counter
* Bis zu 3 12-Bit [[AD-Wandler]] mit insgesamt 21 AD-Eingängen, integrierter [[Temperatursensor]]
* Bis zu 2 12-Bit [[DA-Wandler]]
* Bis zu 2 [[DMA]] Controller mit bis zu 12 Kanälen
* Bis zu 2x [[I2C|I²C]]
* Bis zu 5x [[UART|USART]] mit LIN, IrDA und Modem Control
* Bis zu 3x [[SPI]]
* Bis zu 2x [[I2S|I²S]]
* Bis zu 2x [[CAN]]
* [[USB]] 2.0 Full Speed / OTG
* SDIO Interface (z.B. SD-Card Reader)
* Ethernet
* Watchdog mit Window-Mode
* Jedes Peripheriemodul ist separat einschaltbar, wodurch sich erheblich [[Ultra low power|Strom sparen]] lässt
* [[JTAG]] und SWD (Serial Wire Debug) Interface
* Bis zu 6 Hardware-Breakpoints für Debuggen
* und vieles mehr . . .

[[bild:stm32F103xc.png]]

== Struktur der Dokumentation: ==

Als Beispiel der Dokumentation soll stellvertretend der [http://www.st.com/mcu/devicedocs-STM32F103RC-110.html STM32F103RC] genannt werden. Die Seite von ST beinhaltet alle nötigen Informationen passend zu diesem Prozessor.

Diese Dokumente von ST beschreiben den Controller:

* [http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/14611.pdf Datasheet STM32F103xC/D/E]
* [http://www.st.com/stonline/products/literature/rm/13902.pdf Reference Manual]
* [http://www.st.com/stonline/products/literature/pm/15491.pdf Cortex-M3 Programming Manual]
* [http://www.st.com/stonline/products/literature/pm/13259.pdf Flash Programming Reference]

Im Datasheet sind die speziellen Eigenschaften einer bestimmten Modellreihe beschrieben und die exakten Daten und Pinouts aufgeführt. Die Peripheriemodule werden nur aufgeführt, nicht detailliert beschrieben. In der Referenz ist der gesamte Controller mit Peripheriemodulen im Detail beschrieben, gültig für alle STM32 Controller. Details zum Prozessorkern selbst und den nicht STM32-spezifischen mit dem Cortex-M3 Core assoziierten Modulen wie dem Interrupt-Controller und dem Systick-Timer findet man jedoch nicht dort, sondern im Cortex-M3 Manual. Wer nicht die ST Firmware-Library verwendet, der benötigt zusätzlich die Flash Programming Reference für die Betriebsart des Flash-ROMs, d.h. die frequenzabhängige Konfiguration der Waitstates. Hinzu kommen optionale Dokumente von ARM, die den [http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0337-/ Cortex-M3 Kern] beschreiben. Hier gibt es den Opcode wenn man ihn in [http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0403-/ Assembler] programmieren möchte. Zusätzlich sollten auch die [http://www.st.com/stonline/products/literature/es/14732.pdf Errata Sheets] beachtet werden. Empfohlen sei auch die Appnote "[http://www.st.com/stonline/products/literature/an/13675.pdf STM32F10xxx hardware development: getting started]".

== ‎STM32F10x Standard Peripherals Library ==

ST bietet eine umfangreiche Firmwarebibliothek, eine einzige Bibliothek für alle STM32 Derivate. Das ist der große Vorteil von ST (gibt es beispielsweise auf den Cortex-M3 Controllern von TI auch, ist teilweise in einem separaten ROM untergebracht). Einmal programmieren und in allen STM32 verwendbar. Alle Funktionen sind gekapselt in einfache Strukturen und Funktionsaufrufe. Somit muss man sich nicht selbst um die Peripherieregister kümmern. Diese Library und ihre Dokumentation setzen das grundlegende Verständnis der Funktion des jeweiligen Peripheriemoduls voraus, wie es die o.A. Referenz und diverse Appnotes vermitteln.

Details siehe: [[‎STM32F10x Standard Peripherals Library]].

Mit [https://sourceforge.net/projects/libopenstm32/ libopenstm32] ist derzeit auch eine Open-Source Alternative (GPL, Version 3 oder höher) zur ST Library in Entwicklung.

== CMSIS ==

Parallel zur Firmware-Library gibt es für die "Selbermacher" die CMSIS, die einen Teil der HW und den Core Support abdeckt.
Im Rahmen des CMSIS Standard ([http://www.onARM.com www.onARM.com]) wurden die Headerfiles standardisiert, der Zugriff auf die Register erfolgt per '''Peripheral->Register'''. Weiterhin existieren eine Zahl von Helferfunktionen für den NVIC, als auch eine SystemInit - Funktion, welche sich um die PLL kümmert.
Die CMSIS ist im Download der FW-Lib enthalten.

Der Sys-Tick Counter ist ebenfalls in der CMSIS enthalten da er Bestandteil des Cortex-M3 ist.

== Debug-Interface ==

Als Debug Interface stehen zwei Varianten zur Auswahl:
* [[JTAG]]
* SWD (Serial Wire Debug)

Für JTAG sind 6 Steuerleitungen nötig, für SWD 2 (zzgl GND/3,3V).
Die SWD Schnittstelle verfügt außerdem über eine weitere Leitung, SWO. Über diesen Kanal kann ein vereinfachtes Trace des Core ermöglicht werden, sowie "printf-ähnlich" Daten über den ITM Channel 0 geschickt und im Debugger ausgegeben werden.

Die Coresight-Debug-Architektur ermöglicht ein non-invasive debugging, d.h. es können während des Betriebes ohne Beeinflussung des Prozessors Daten vom Speicher gelesen und in selbigen geschrieben werden.

Standard-JTAG Steckerbelegungen: http://www.keil.com/support/man/docs/ulink2/ulink2_hw_connectors.htm

=== Der 10polige JTAG-Stecker von mmvisual ===
mmvisual hat mit dieser Steckerbelegung die Standard JTAG Schnittstelle erweitert:

Ich habe diesen Part in den Artikel [http://www.mikrocontroller.net/articles/JTAG#Der_10-Polige_JTAG_Stecker_von_mmvisual JTAG] verschoben.
Hinzu gekommen ist die Adapterplatine 10-Polig auf Standard JTAG 20 Polig mit TTL/V24 Wandler. [http://www.mikrocontroller.net/articles/JTAG#Die_Adapterplatine Siehe hier.]

=== STM32 Programmiertool ===

Details sind hier im Forum: [http://www.mikrocontroller.net/topic/141711 STM32 Programmiertool]

== Vorteile ==

'''Vorteile gegenüber ARM7:'''

* Interrupt-Controller jetzt Teil des Prozessors (als Core Peripheral), die Vector Table ist jetzt eine echte Vektortabelle, keine Sprungleiste wie bei ARM7). Durch Automatismen zwischen Core und NVIC (auto register save r0..r3, lr, sp, pc) bei Interrupt Entry wird eine deutlich schnellere Ausführungszeit bei Interrupts erreicht. Der Interrupt Code muss sich nicht mehr selbst um die Sicherung der o.g. Register kümmern und eine besondere Konfiguration der Handler im Compiler entfällt. Sind vor Beendigung einer ISR (d.h. Rücksprung zum User Code) weitere Interrupts pending, so werden diese ausgeführt, ohne dass eine komplette pop-push-sequenz der Register notwendig ist. Schön beschrieben ist es hier im [http://www.st.com/mcu/files/mcu/1221142709.pdf Insider's Guide] unter 2.4.5 / Seite 20.
* Thumb-2 Befehlssatz, deutlich schneller als Thumb-1 und ebenso kompakt
* Weniger Pins für Debugging benötigt durch SWD
* Mehr Hardware Breakpoints machen debuggen einfacher
* Software ist einfacher weil die Umschaltung zwischen ARM Mode und Thumb Mode wegfällt

'''Vorteile gegenüber LPC1700 und LPC1300:'''

* Flexiblere Gehäuseformen mit mehr Peripherie bei kleinen Gehäusen
* FW-Lib für alle STM32 gleich, alle AppNotes/Demos beziehen sich auf diese eine FW-Lib was die Entwicklung der eigenen Applikation sehr beschleunigt.
* Genauerer und flexiblerer ADC, insbesondere gegenüber LPC1300
* Flexiblere Varianten der Peripherie >> bei weniger einen deutlichen Preisvorteil
* ab 0,85 EUR (Stand 2010) Allerdings gibts den LPC1100 mit Cortex-M0 schon ab 0,65 $!
'''Nachteil gegenüber LPC1700:'''
* Nur 72 MHz statt 100 MHz (LPC1759: 120 MHz) Taktfrequenz (120 MHz Versionen sind von ST angekündigt)
* Der LPC1700 besitzt deutlich mehr Mechanismen, um die Auswirkung der Waitstates des Flash-ROMs auf Code- und Datenzugriffe zu reduzieren und das bedeutet mehr Performance bei gleicher Taktfrequenz.
* Alle LPC1xxx haben 32 Bit Timer.
'''Vorteile gegenüber anderen "Kleinen" wie z.B. PIC, Atmel usw.'''
* nahezu gleicher Preis bei Hobby Anwendungen
* 32 Bit ohne Umwege in Assembler rechenbar
* bessere Peripherie
* ... und weitere 1000 Punkte ...

'''Nachteil für Hobby-Anwender'''

* Nicht direkt "Steckbrettauglich", da kein DIL Gehäuse verfügbar. Der ebay-Shop dipmicro führt jedoch sehr günstige Lötadapter für Umsetzung von LQFP48 auf DIP48.

'''

== Programmierung ==

Als Programmieroberfläche kann eine kostenlose Struktur verwendet werden. Es ist für den Einsteiger schwierig herauszufinden welche Open-Source Programme man braucht damit es funktioniert, daher hier eine Zusammenstellung:

* Eclipse
* Yagarto Tools
* Codesourcery Light
* OpenOCD
* Eclipse Plugin "GDB Hardware Debugging"

Folgende kommerzielle Umgebungen sind verfügbar:

* [http://www.keil.com Keil µVision] (Demo max. 32KB Code)
* [http://www.iar.com IAR] (Demo max. 32KB Code)
* [http://www.raisonance.com Raisonance Ride7] (GCC Compiler, kostenlose Version auf Debugging von max. 32KB Code limitiert, keine Limitierung beim Complilieren)
* [http://www.atollic.com Atollic] (Lite Version ohne Code-Limit, auf GCC basierend)
* [http://www.rowley.co.uk/arm/ Rowley Crossworks] (Demo 30 Tage unbeschränkt, 150$ für nichtkommerzielle Nutzung, auf GCC basierend)

Programmieradapter
* [http://www.segger.com J-Link / J-Trace] Cortex-M3, als [http://www.segger.com/cms/j-link-edu.html NonComercial] J-Link für ca. 60,- zu haben, läuft in µVision, IAR, gdb
* [http://olimex.com/dev/index.html Olimex] ARM-USB-OCD (ca. 60.-)
* Keil [http://www.keil.com/arm/ulink2/ ULINK2], [http://www.keil.com/arm/ulinkpro/ ULINK pro]
* [http://www.st.com/mcu/contentid-126-110-ST_LINK.html ST-Link]
* [http://www.raisonance.com/~rlink-debugger-programmer__microcontrollers__tool~tool__T018:4cn9ziz4bnx6.html Raisonance RLink]
* [http://www.amontec.com Amontec]
* [http://www.hjtag.com H-JTAG] Personal Edition für ca. 60,- zu haben, läuft mit ADS, SDT, IAR, Vision und RVDS

Programmieradapter Open-Source
* [http://www.oocdlink.com/ OOCDLink]
* [http://www.openpilot.org/Floss-JTAG Floss-JTAG]

=== Installation für STM32 ===

* Eclipse "Helios" installieren mit GNU ARM Eclipse Plug-in
Eclipse IDE for C/C++ Developers downloaden und installieren
http://www.eclipse.org/downloads/packages/eclipse-ide-cc-developers/heliosr

GNU ARM Eclipse Plug-in runterladen und installieren
Download: http://sourceforge.net/projects/gnuarmeclipse/
Infos: http://sourceforge.net/apps/mediawiki/gnuarmeclipse/index.php?title=Main_Page

Wird CodeSourcery G++ Lite verwendet so muss die PATH Variable angepasst
werden damit das Plugin die CodeSourcery exe Files findet (für Discovery notwendig).
Alternativ das eclipse von einem script aus starten und zuerst den PATH erweitern.

Soll das ST-LINK verwendet werden so kann der Atollic ST-LINK
GDBSERVER aus der Atollic free version genutzt werden.
Mit dem gdbserver im eclipse kann damit problemlos geflasht und
gedebuggt werden (JTAG und SWD).

Die Startup und Linkerscripts der Atollic free version können für
ein Projekt in dieser Konstallation genutzt werden.

* Eclipse "Galileo" installation:
http://www.eclipse.org/ >> Downloads >> "Eclipse IDE for C/C++ Developers (79 MB)"
Und das Servicepack 1: [http://www.eclipse.org/downloads/download.php?file=/technology/epp/downloads/release/galileo/SR1/eclipse-cpp-galileo-SR1-win32.zip Eclipse SR1]
Entpacken der Datei eclipse-cpp-galileo-SR1-win32.zip nach "C:\WinARM\" (Ordner neu erstellen)

* Eclipse PlugIn hinzufügen:
Help >> Install New Software... >> http://download.eclipse.org/tools/cdt/releases/galileo
"Eclipse C/C++ Development Tools" + "Eclipse C/C++ GDB Hardware Debugging" installieren

* Yagarto Tools:
http://www.yagarto.de/ >> "Download (for Windows)" >> "YAGARTO Tools"
http://www.yagarto.de/download/yagarto/yagarto-tools-20091223-setup.exe
Installieren, Auswahl Verzeichnis "C:\WinARM\yagarto-tools"

* CodeSourcery:
Achtung! Die Memustruktur ändert sich durchaus mal, dann suchen gehen.
http://www.codesourcery.com/ >> Products>Sourcery G++ >> Editions>Lite Edition >> ARM >> Downloads
Direkter Download: [http://www.codesourcery.com/sgpp/lite/arm/portal/package6496/public/arm-none-eabi/arm-2010q1-188-arm-none-eabi.exe hier]
Installieren, Auswahl Verzeichnis "C:\WinARM\CodeSourcery"

* OpenOCD:
Kompilierte Version für Windows:
http://www.freddiechopin.info/ >> Download >> Software >> OpenOCD
installieren nach "C:\WinARM\OpenOCD_0_4_0"
ist auch auf der Seite [http://yagarto.de/#ocd Yagarto.de] beschrieben.
PS: Sollte der Olimex ARM-USB-OCD verwendet werden, dann darf nicht der Treiber von Olimex verwendet werden,
sondern der vom OpenOCD Download. [http://www.mikrocontroller.net/topic/173753#1668913 Siehe hier.]

* ST Firmware:
http://www.st.com >> Auswahl CPU STM32F103xxx >> "Firmware" "STM32F10x_StdPeriph_Lib"
http://www.st.com/mcu/devicedocs-STM32F103RC-110.html
Das ZIP "stm32f10x_stdperiph_lib.zip" Entpacken nach "C:\WinARM\examples\stm32_FW3.4.0\

=== Installation für STM32 auf einem zweiten Rechner===

* Kopieren des Verzeichnisses C:\WinARM\ (Zuvor wurden aus diesem Grund alle Setup-Pakete nach C:\WinARM\... installiert)
* Die PATH-Variable in der Systemsteuerung mit den C:\WinARM\.... Verzeichnissen nachführen
* Fertig.

=== Installation für STM32 mit AtollicTrueStudio===
* Installation + Demo: [[STM32 LEDBlinken AtollicTrueStudio]]

== Demo-Projekte ==

* [[prog_bsp_timer_1_timer2|Programmbeispiel für die Verwendung von Timer2 zusammen mit dem Interrupt]]
* [[Cortex_M3_OCM3U]]
* Martin Thomas hat ein umfangreiches Projekt erstellt, in der die Eclipse Einstellungen enthalten sind:
** [http://www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/arm_memcards/index.html "ChaN's FAT-Module with STM32 SPI"]
* [[STM32 USB-FS-Device Lib]]

== Errata, Tipps und Tricks ==

* AD-Wandler PA0: Im Errata steht, dass hier Fehler in der Wandlung entstehen könnten, also einen anderen Pin verwenden.
* CAN-Bus PD0/PD1: Remap geht erst ab der 100-Pin-Version. Steht im RM0008 unter 8.3.3. Alle Infos von RM0008 8.3.x sind interssant
* CAN und USB sind nur bei der "◦Connectivity-Line" gleichzeitig nutzbar. Siehe Datenblätter.
* Mit internem RC-Oszillator kann die CPU mit maximal 64MHz betrieben werden. Mit einem externen Quarz sind dann 72MHz möglich.
* Für USB Betrieb muss die CPU mit 48MHz oder 72MHz betrieben werden.

=== Tipps für Umsteiger von Atmel/PIC/8051 ===
* Prozessortakt hat unterschiedliche Taktquellen und eine PLL.
* Alle Peripheriemodule haben einen extra Clock, den man aktivieren muss.
* Wenn man z.B. einen UART benutzen möchte, so muss man den Clock vom UART, Alternate Function IO (AFIO) und dem GPIO-Port aktivieren.
* Ansonsten hat man nahezu doppelt so viele Möglichkeiten in den Peripheriemodulen.
* Forum zu [http://www.mikrocontroller.net/topic/175888 Interrupts vs. Events]

== Bezugsquellen ==

=== Controller ===

Versandhäuser für Privatpersonen

* [http://darisusgmbh.de/shop/index.php?cat=c2692_ARM-Cortex.html Darisus]
* [http://www.hbe-shop.de HBE (Farnell Programm für Private)]
* [http://www.sander-electronic.de/be00069.html Sander]
* [http://www.tme.eu/de/katalog/index.phtml#cleanParameters%3D1%26search%3DSTM32F10%26bf_szukaj%3D+ TME]
* [https://www.distrelec.de/ishopWebFront/catalog/product.do/para/keywords/is/STM32_ARM-Microcontroller/and/language/is/de/and/shop/is/DE/and/series/is/1/and/id/is/01/and/node/is/34910.html Distrelec]

Gewerblich liefern natürlich viele wie Farnell, Digikey usw..

=== Evaluation Boards ===

* [http://shop.embedded-projects.net/index.php?module=artikel&action=gruppe&id=14 Im Shop von Embedded Projects]
* [http://www.watterott.com/de/Boards-Kits/ARM/ARM-Cortex-M3 Cortex M3 bei Watterott]
* [http://www.raisonance.com/~primer-starter-kits__microcontrollers__tool~tool__T018:4enfvamuxbtp.html Primer und Primer2 von Raisonance]
* [http://www.sander-electronic.de/es0028.html Sander Electronic]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/MP32F103-Stick:_Ein_Mini-Mikrocontroller-Board_mit_USB_und_bis_zu_4MB_Datenspeicher Artikel im Wiki, ARM mit USB und 4MB Speicher]
* [http://www.futurlec.com/STM32_Development_Board.shtml Futurlec Evalboard, ebenso Header-Board]
* [http://www.propox.com/products/t_174.html Propox, Header-Boards für 103R und 103V sowie Trägerplatine dafür]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Cortex_M3_OCM3U Cortex M3 Artikel im Wiki]
* [http://olimex.com/dev/index.html STM32 bei Olimex]
* [http://de.farnell.com/jsp/displayProduct.jsp?sku=1824325&action=view&CMP=GRHS-1000962 STM32Discovery bei Farnell] Mikrocontroller Board (STM32F100RBT6B) mit onboard USB-Programming Interface für ca. 12,5€
* [http://www.steitec.net/ARM-Boards/ Steitec, STM32F103 Cortex M3 Board 34,80€]

== Weblinks, Foren, Communities ==

* [http://www.mikrocontroller.net/topic/173753 Diskussion zum Artikel]
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/mikrocontroller-elektronik?filter=ARM*+STM32*+Cortex* Suche im Forum]
* [https://my.st.com/public/STe2ecommunities/mcu/Lists/ARM%20CortexM3%20STM32/AllItems.aspx Forum auf der ST Homepage]
* [http://www.stm32circle.com/hom/index.php STM32 Community]

[[Kategorie:ARM]]
[[Kategorie:STM32| ]]

STM32

2010-11-16T16:16:02Z

Archie: /* Programmierung */

== Allgemeine Infos ==

Der STM32 ist ein Mikrocontroller von [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32.html ST] mit einer 32-Bit [http://www.arm.com/products/processors/cortex-m/index.php ARM Cortex-M3] CPU. Diese Architektur ist speziell für den Einsatz in Microcontrollern neu entwickelt, und löst damit die bisherigen ARM7 basierten Controller weitestgehend ab. Den STM32 gibt es von ST in unzähligen Varianten mit variabler Peripherie und verschiedenen Gehäusegrössen und -formen. Durch die geringe Chipfläche des Cores ist es ST möglich, eine 32 Bit-CPU für weniger als 1 EUR anzubieten.

Bisher gibt es drei STM32-Familien, wobei sich die Größte (STM32F) in weitere Unterfamilien (Linien) aufteilt:
* [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32.html STM32F]
** Connectivity line
** Performance line
** USB Access line
** Access Line
** Value line (teilweise verfügbar)
* [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32l.html STM32L] (LowPower) (auf ST-Webseite gelistet, noch in Entwicklung)
** mit LCD Treiber
* STM32T (Touch)
* [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32w.html STM32W] (RF-MCU)

'''Features'''
* Cortex-M3 Kern
* 16KB ... 1MB [[Flash-ROM]] und bis zu 96KB [[Speicher#SRAM|SRAM]] und bis zu 4KB [[Speicher#EEPROM|EEPROM]] (STM32L)
* [[IC-Gehäuseformen | Gehäuse]] 36 ... 144 Pins als QFN, LQFP und BGA
* Derzeit sind über '''110''' STM32 Derivate/Varianten verfügbar
* Derzeit bis 72MHz, Modelle bis 120MHz (mit 0 Wait-States) sind angekündigt
* Externes Businterface
* LCD Treiber für 8x40 Punkte
* Spannungsbereich 1,65 ... 3,6V, nur eine Betriebsspannung nötig
* Temperaturbereich bis 125 °C
* Bis zu 112 IOs, viele davon [[Pegelwandler|5V-tolerant]]
* Interner, kalibrierter RC-Oszillator mit 8MHz
* Externer Quarz
* Real Time Clock mit eigenem Quarz und separater Stromversorgung
* Bis zu 14 [[Timer]], je Timer bis zu 4 IC/OC/PWM Ausgänge. Davon 2x Motion Control Timer (bei STM32F103xF/G)
* Systick Counter
* Bis zu 3 12-Bit [[AD-Wandler]] mit insgesamt 21 AD-Eingängen, integrierter [[Temperatursensor]]
* Bis zu 2 12-Bit [[DA-Wandler]]
* Bis zu 2 [[DMA]] Controller mit bis zu 12 Kanälen
* Bis zu 2x [[I2C|I²C]]
* Bis zu 5x [[UART|USART]] mit LIN, IrDA und Modem Control
* Bis zu 3x [[SPI]]
* Bis zu 2x [[I2S|I²S]]
* Bis zu 2x [[CAN]]
* [[USB]] 2.0 Full Speed / OTG
* SDIO Interface (z.B. SD-Card Reader)
* Ethernet
* Watchdog mit Window-Mode
* Jedes Peripheriemodul ist separat einschaltbar, wodurch sich erheblich [[Ultra low power|Strom sparen]] lässt
* [[JTAG]] und SWD (Serial Wire Debug) Interface
* Bis zu 6 Hardware-Breakpoints für Debuggen
* und vieles mehr . . .

[[bild:stm32F103xc.png]]

== Struktur der Dokumentation: ==

Als Beispiel der Dokumentation soll stellvertretend der [http://www.st.com/mcu/devicedocs-STM32F103RC-110.html STM32F103RC] genannt werden. Die Seite von ST beinhaltet alle nötigen Informationen passend zu diesem Prozessor.

Diese Dokumente von ST beschreiben den Controller:

* [http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/14611.pdf Datasheet STM32F103xC/D/E]
* [http://www.st.com/stonline/products/literature/rm/13902.pdf Reference Manual]
* [http://www.st.com/stonline/products/literature/pm/15491.pdf Cortex-M3 Programming Manual]
* [http://www.st.com/stonline/products/literature/pm/13259.pdf Flash Programming Reference]

Im Datasheet sind die speziellen Eigenschaften einer bestimmten Modellreihe beschrieben und die exakten Daten und Pinouts aufgeführt. Die Peripheriemodule werden nur aufgeführt, nicht detailliert beschrieben. In der Referenz ist der gesamte Controller mit Peripheriemodulen im Detail beschrieben, gültig für alle STM32 Controller. Details zum Prozessorkern selbst und den nicht STM32-spezifischen mit dem Cortex-M3 Core assoziierten Modulen wie dem Interrupt-Controller und dem Systick-Timer findet man jedoch nicht dort, sondern im Cortex-M3 Manual. Wer nicht die ST Firmware-Library verwendet, der benötigt zusätzlich die Flash Programming Reference für die Betriebsart des Flash-ROMs, d.h. die frequenzabhängige Konfiguration der Waitstates. Hinzu kommen optionale Dokumente von ARM, die den [http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0337-/ Cortex-M3 Kern] beschreiben. Hier gibt es den Opcode wenn man ihn in [http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0403-/ Assembler] programmieren möchte. Zusätzlich sollten auch die [http://www.st.com/stonline/products/literature/es/14732.pdf Errata Sheets] beachtet werden. Empfohlen sei auch die Appnote "[http://www.st.com/stonline/products/literature/an/13675.pdf STM32F10xxx hardware development: getting started]".

== ‎STM32F10x Standard Peripherals Library ==

ST bietet eine umfangreiche Firmwarebibliothek, eine einzige Bibliothek für alle STM32 Derivate. Das ist der große Vorteil von ST (gibt es beispielsweise auf den Cortex-M3 Controllern von TI auch, ist teilweise in einem separaten ROM untergebracht). Einmal programmieren und in allen STM32 verwendbar. Alle Funktionen sind gekapselt in einfache Strukturen und Funktionsaufrufe. Somit muss man sich nicht selbst um die Peripherieregister kümmern. Diese Library und ihre Dokumentation setzen das grundlegende Verständnis der Funktion des jeweiligen Peripheriemoduls voraus, wie es die o.A. Referenz und diverse Appnotes vermitteln.

Details siehe: [[‎STM32F10x Standard Peripherals Library]].

Mit [https://sourceforge.net/projects/libopenstm32/ libopenstm32] ist derzeit auch eine Open-Source Alternative (GPL, Version 3 oder höher) zur ST Library in Entwicklung.

== CMSIS ==

Parallel zur Firmware-Library gibt es für die "Selbermacher" die CMSIS, die einen Teil der HW und den Core Support abdeckt.
Im Rahmen des CMSIS Standard ([http://www.onARM.com www.onARM.com]) wurden die Headerfiles standardisiert, der Zugriff auf die Register erfolgt per '''Peripheral->Register'''. Weiterhin existieren eine Zahl von Helferfunktionen für den NVIC, als auch eine SystemInit - Funktion, welche sich um die PLL kümmert.
Die CMSIS ist im Download der FW-Lib enthalten.

Der Sys-Tick Counter ist ebenfalls in der CMSIS enthalten da er Bestandteil des Cortex-M3 ist.

== Debug-Interface ==

Als Debug Interface stehen zwei Varianten zur Auswahl:
* [[JTAG]]
* SWD (Serial Wire Debug)

Für JTAG sind 6 Steuerleitungen nötig, für SWD 2 (zzgl GND/3,3V).
Die SWD Schnittstelle verfügt außerdem über eine weitere Leitung, SWO. Über diesen Kanal kann ein vereinfachtes Trace des Core ermöglicht werden, sowie "printf-ähnlich" Daten über den ITM Channel 0 geschickt und im Debugger ausgegeben werden.

Die Coresight-Debug-Architektur ermöglicht ein non-invasive debugging, d.h. es können während des Betriebes ohne Beeinflussung des Prozessors Daten vom Speicher gelesen und in selbigen geschrieben werden.

Standard-JTAG Steckerbelegungen: http://www.keil.com/support/man/docs/ulink2/ulink2_hw_connectors.htm

=== Der 10polige JTAG-Stecker von mmvisual ===
mmvisual hat mit dieser Steckerbelegung die Standard JTAG Schnittstelle erweitert:

Ich habe diesen Part in den Artikel [http://www.mikrocontroller.net/articles/JTAG#Der_10-Polige_JTAG_Stecker_von_mmvisual JTAG] verschoben.
Hinzu gekommen ist die Adapterplatine 10-Polig auf Standard JTAG 20 Polig mit TTL/V24 Wandler. [http://www.mikrocontroller.net/articles/JTAG#Die_Adapterplatine Siehe hier.]

=== STM32 Programmiertool ===

Details sind hier im Forum: [http://www.mikrocontroller.net/topic/141711 STM32 Programmiertool]

== Vorteile ==

'''Vorteile gegenüber ARM7:'''

* Interrupt-Controller jetzt Teil des Prozessors (als Core Peripheral), die Vector Table ist jetzt eine echte Vektortabelle, keine Sprungleiste wie bei ARM7). Durch Automatismen zwischen Core und NVIC (auto register save r0..r3, lr, sp, pc) bei Interrupt Entry wird eine deutlich schnellere Ausführungszeit bei Interrupts erreicht. Der Interrupt Code muss sich nicht mehr selbst um die Sicherung der o.g. Register kümmern und eine besondere Konfiguration der Handler im Compiler entfällt. Sind vor Beendigung einer ISR (d.h. Rücksprung zum User Code) weitere Interrupts pending, so werden diese ausgeführt, ohne dass eine komplette pop-push-sequenz der Register notwendig ist. Schön beschrieben ist es hier im [http://www.st.com/mcu/files/mcu/1221142709.pdf Insider's Guide] unter 2.4.5 / Seite 20.
* Thumb-2 Befehlssatz, deutlich schneller als Thumb-1 und ebenso kompakt
* Weniger Pins für Debugging benötigt durch SWD
* Mehr Hardware Breakpoints machen debuggen einfacher
* Software ist einfacher weil die Umschaltung zwischen ARM Mode und Thumb Mode wegfällt

'''Vorteile gegenüber LPC1700 und LPC1300:'''

* Flexiblere Gehäuseformen mit mehr Peripherie bei kleinen Gehäusen
* FW-Lib für alle STM32 gleich, alle AppNotes/Demos beziehen sich auf diese eine FW-Lib was die Entwicklung der eigenen Applikation sehr beschleunigt.
* Genauerer und flexiblerer ADC, insbesondere gegenüber LPC1300
* Flexiblere Varianten der Peripherie >> bei weniger einen deutlichen Preisvorteil
* ab 0,85 EUR (Stand 2010) Allerdings gibts den LPC1100 mit Cortex-M0 schon ab 0,65 $!
'''Nachteil gegenüber LPC1700:'''
* Nur 72 MHz statt 100 MHz (LPC1759: 120 MHz) Taktfrequenz (120 MHz Versionen sind von ST angekündigt)
* Der LPC1700 besitzt deutlich mehr Mechanismen, um die Auswirkung der Waitstates des Flash-ROMs auf Code- und Datenzugriffe zu reduzieren und das bedeutet mehr Performance bei gleicher Taktfrequenz.
* Alle LPC1xxx haben 32 Bit Timer.
'''Vorteile gegenüber anderen "Kleinen" wie z.B. PIC, Atmel usw.'''
* nahezu gleicher Preis bei Hobby Anwendungen
* 32 Bit ohne Umwege in Assembler rechenbar
* bessere Peripherie
* ... und weitere 1000 Punkte ...

'''Nachteil für Hobby-Anwender'''

* Nicht direkt "Steckbrettauglich", da kein DIL Gehäuse verfügbar. Der ebay-Shop dipmicro führt jedoch sehr günstige Lötadapter für Umsetzung von LQFP48 auf DIP48.

'''

== Programmierung ==

Als Programmieroberfläche kann eine kostenlose Struktur verwendet werden. Es ist für den Einsteiger schwierig herauszufinden welche Open-Source Programme man braucht damit es funktioniert, daher hier eine Zusammenstellung:

* Eclipse
* Yagarto Tools
* Codesourcery Light
* OpenOCD
* Eclipse Plugin "GDB Hardware Debugging"

Folgende kommerzielle Umgebungen sind verfügbar:

* [http://www.keil.com Keil µVision] (Demo max. 32KB Code)
* [http://www.iar.com IAR] (Demo max. 32KB Code)
* [http://www.raisonance.com Raisonance Ride7] (GCC Compiler, kostenlose Version auf Debugging von max. 32KB Code limitiert, keine Limitierung beim Complilieren)
* [http://www.atollic.com Atollic] (Lite Version ohne Code-Limit, auf GCC basierend)
* [http://www.rowley.co.uk/arm/ Rowley Crossworks] (Demo 30 Tage unbeschränkt, 150$ für nichtkommerzielle Nutzung, auf GCC basierend)

Programmieradapter
* [http://www.segger.com J-Link / J-Trace] Cortex-M3, als [http://www.segger.com/cms/j-link-edu.html NonComercial] J-Link für ca. 60,- zu haben, läuft in µVision, IAR, gdb
* [http://olimex.com/dev/index.html Olimex] ARM-USB-OCD (ca. 60.-)
* Keil [http://www.keil.com/arm/ulink2/ ULINK2], [http://www.keil.com/arm/ulinkpro/ ULINK pro]
* [http://www.st.com/mcu/contentid-126-110-ST_LINK.html ST-Link]
* [http://www.raisonance.com/~rlink-debugger-programmer__microcontrollers__tool~tool__T018:4cn9ziz4bnx6.html Raisonance RLink]
* [http://www.amontec.com Amontec]
* [http://www.hjtag.com H-JTAG] Personal Edition für ca. 60,- zu haben, läuft mit ADS, SDT, IAR, Vision und RVDS

Programmieradapter Open-Source
* [http://www.oocdlink.com/ OOCDLink]
* [http://www.openpilot.org/Floss-JTAG Floss-JTAG]

=== Installation für STM32 ===

* Eclipse "Helios" installieren mit GNU ARM Eclipse Plug-in
Eclipse IDE for C/C++ Developers downloaden und installieren
http://www.eclipse.org/downloads/packages/eclipse-ide-cc-developers/heliosr

GNU ARM Eclipse Plug-in runterladen und installieren
Download: http://sourceforge.net/projects/gnuarmeclipse/
Infos: http://sourceforge.net/apps/mediawiki/gnuarmeclipse/index.php?title=Main_Page

Wird CodeSourcery G++ Lite verwendet so muss die PATH Variable angepasst
werden damit das Plugin die CodeSourcery exe Files findet (für Discovery notwendig).
Alternativ das eclipse von einem script aus starten und zuerst den PATH erweitern.

Soll das ST-LINK verwendet werden so kann der Atollic ST-LINK
GDBSERVER aus der Atollic free version genutzt werden.
Mit dem gdbserver im eclipse kann damit problemlos geflasht und
gedebuggt werden (JTAG und SWD).

Die Startup und Linkerscripts der Atollic free version können für
ein Projekt in dieser Konstallation genutzt werden.

* Eclipse "Galileo" installation:
http://www.eclipse.org/ >> Downloads >> "Eclipse IDE for C/C++ Developers (79 MB)"
Und das Servicepack 1: [http://www.eclipse.org/downloads/download.php?file=/technology/epp/downloads/release/galileo/SR1/eclipse-cpp-galileo-SR1-win32.zip Eclipse SR1]
Entpacken der Datei eclipse-cpp-galileo-SR1-win32.zip nach "C:\WinARM\" (Ordner neu erstellen)

* Eclipse PlugIn hinzufügen:
Help >> Install New Software... >> http://download.eclipse.org/tools/cdt/releases/galileo
"Eclipse C/C++ Development Tools" + "Eclipse C/C++ GDB Hardware Debugging" installieren

* Yagarto Tools:
http://www.yagarto.de/ >> "Download (for Windows)" >> "YAGARTO Tools"
http://www.yagarto.de/download/yagarto/yagarto-tools-20091223-setup.exe
Installieren, Auswahl Verzeichnis "C:\WinARM\yagarto-tools"

* CodeSourcery:
Achtung! Die Memustruktur ändert sich durchaus mal, dann suchen gehen.
http://www.codesourcery.com/ >> Products>Sourcery G++ >> Editions>Lite Edition >> ARM >> Downloads
Direkter Download: [http://www.codesourcery.com/sgpp/lite/arm/portal/package6496/public/arm-none-eabi/arm-2010q1-188-arm-none-eabi.exe hier]
Installieren, Auswahl Verzeichnis "C:\WinARM\CodeSourcery"

* OpenOCD:
Kompilierte Version für Windows:
http://www.freddiechopin.info/ >> Download >> Software >> OpenOCD
installieren nach "C:\WinARM\OpenOCD_0_4_0"
ist auch auf der Seite [http://yagarto.de/#ocd Yagarto.de] beschrieben.
PS: Sollte der Olimex ARM-USB-OCD verwendet werden, dann darf nicht der Treiber von Olimex verwendet werden,
sondern der vom OpenOCD Download. [http://www.mikrocontroller.net/topic/173753#1668913 Siehe hier.]

* ST Firmware:
http://www.st.com >> Auswahl CPU STM32F103xxx >> "Firmware" "STM32F10x_StdPeriph_Lib"
http://www.st.com/mcu/devicedocs-STM32F103RC-110.html
Das ZIP "stm32f10x_stdperiph_lib.zip" Entpacken nach "C:\WinARM\examples\stm32_FW3.4.0\

=== Installation für STM32 auf einem zweiten Rechner===

* Kopieren des Verzeichnisses C:\WinARM\ (Zuvor wurden aus diesem Grund alle Setup-Pakete nach C:\WinARM\... installiert)
* Die PATH-Variable in der Systemsteuerung mit den C:\WinARM\.... Verzeichnissen nachführen
* Fertig.

=== Installation für STM32 mit AtollicTrueStudio===
* Installation + Demo: [[STM32 LEDBlinken AtollicTrueStudio]]

== Demo-Projekte ==

* [[prog_bsp_timer_1_timer2|Programmbeispiel für die Verwendung von Timer2 zusammen mit dem Interrupt]]
* [[Cortex_M3_OCM3U]]
* Martin Thomas hat ein umfangreiches Projekt erstellt, in der die Eclipse Einstellungen enthalten sind:
** [http://www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/arm_memcards/index.html "ChaN's FAT-Module with STM32 SPI"]
* [[STM32 USB-FS-Device Lib]]

== Errata, Tipps und Tricks ==

* AD-Wandler PA0: Im Errata steht, dass hier Fehler in der Wandlung entstehen könnten, also einen anderen Pin verwenden.
* CAN-Bus PD0/PD1: Remap geht erst ab der 100-Pin-Version. Steht im RM0008 unter 8.3.3. Alle Infos von RM0008 8.3.x sind interssant
* CAN und USB sind nur bei der "◦Connectivity-Line" gleichzeitig nutzbar. Siehe Datenblätter.
* Mit internem RC-Oszillator kann die CPU mit maximal 64MHz betrieben werden. Mit einem externen Quarz sind dann 72MHz möglich.
* Für USB Betrieb muss die CPU mit 48MHz oder 72MHz betrieben werden.

=== Tipps für Umsteiger von Atmel/PIC/8051 ===
* Prozessortakt hat unterschiedliche Taktquellen und eine PLL.
* Alle Peripheriemodule haben einen extra Clock, den man aktivieren muss.
* Wenn man z.B. einen UART benutzen möchte, so muss man den Clock vom UART, Alternate Function IO (AFIO) und dem GPIO-Port aktivieren.
* Ansonsten hat man nahezu doppelt so viele Möglichkeiten in den Peripheriemodulen.
* Forum zu [http://www.mikrocontroller.net/topic/175888 Interrupts vs. Events]

== Bezugsquellen ==

=== Controller ===

Versandhäuser für Privatpersonen

* [http://darisusgmbh.de/shop/index.php?cat=c2692_ARM-Cortex.html Darisus]
* [http://www.hbe-shop.de HBE (Farnell Programm für Private)]
* [http://www.sander-electronic.de/be00069.html Sander]
* [http://www.tme.eu/de/katalog/index.phtml#cleanParameters%3D1%26search%3DSTM32F10%26bf_szukaj%3D+ TME]
* [https://www.distrelec.de/ishopWebFront/catalog/product.do/para/keywords/is/STM32_ARM-Microcontroller/and/language/is/de/and/shop/is/DE/and/series/is/1/and/id/is/01/and/node/is/34910.html Distrelec]

Gewerblich liefern natürlich viele wie Farnell, Digikey usw..

=== Evaluation Boards ===

* [http://shop.embedded-projects.net/index.php?module=artikel&action=gruppe&id=14 Im Shop von Embedded Projects]
* [http://www.watterott.com/de/Boards-Kits/ARM/ARM-Cortex-M3 Cortex M3 bei Watterott]
* [http://www.raisonance.com/~primer-starter-kits__microcontrollers__tool~tool__T018:4enfvamuxbtp.html Primer und Primer2 von Raisonance]
* [http://www.sander-electronic.de/es0028.html Sander Electronic]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/MP32F103-Stick:_Ein_Mini-Mikrocontroller-Board_mit_USB_und_bis_zu_4MB_Datenspeicher Artikel im Wiki, ARM mit USB und 4MB Speicher]
* [http://www.futurlec.com/STM32_Development_Board.shtml Futurlec Evalboard, ebenso Header-Board]
* [http://www.propox.com/products/t_174.html Propox, Header-Boards für 103R und 103V sowie Trägerplatine dafür]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Cortex_M3_OCM3U Cortex M3 Artikel im Wiki]
* [http://olimex.com/dev/index.html STM32 bei Olimex]
* [http://de.farnell.com/jsp/displayProduct.jsp?sku=1824325&action=view&CMP=GRHS-1000962 STM32Discovery bei Farnell] Mikrocontroller Board (STM32F100RBT6B) mit onboard USB-Programming Interface für ca. 12,5€

== Weblinks, Foren, Communities ==

* [http://www.mikrocontroller.net/topic/173753 Diskussion zum Artikel]
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/mikrocontroller-elektronik?filter=ARM*+STM32*+Cortex* Suche im Forum]
* [https://my.st.com/public/STe2ecommunities/mcu/Lists/ARM%20CortexM3%20STM32/AllItems.aspx Forum auf der ST Homepage]
* [http://www.stm32circle.com/hom/index.php STM32 Community]

[[Kategorie:ARM]]
[[Kategorie:STM32| ]]