ST公司的產(chǎn)品雖然本身就很豐富, 但是最有人氣, 對市場影響力最大的當(dāng)然是Cortex-M系列. 從幾K Flash的Cortex-M0系列到高性能的Cortex-M7系列, 還穿插著無線系列,低功耗系列, 外掛SPI Flash作為Code空間的跨界系列, 幾乎都是相應(yīng)市場上的佼佼者。

作為藍蝴蝶粉的一員, 我也總結(jié)過STM32脫穎而出的原因:

1. 以市場中心的產(chǎn)品迭代速度, 敏銳地抓住了Cortex-M內(nèi)核替代8位,16位內(nèi)核的機會。

2. 產(chǎn)品多樣性, 各種應(yīng)用場景幾乎都有針對性的產(chǎn)品。

3. 開發(fā)生態(tài)建立, 包括軟件庫的匠心制作, 開發(fā)平臺的革命性創(chuàng)新(CubeMX這個工具節(jié)省了我大量開發(fā)時間)。

這中間第三點最重要, 算是競爭力壁壘, 應(yīng)該是能占據(jù)市場第一的最主要的因素。

當(dāng)然STM32MP1推出之前, ST公司在MPU市場是缺位的. 之前最高性能的H7系列可以跑到400多MHz, 可以外掛SPI Flash。但是不能運行復(fù)雜操作系統(tǒng), 天花板由Cortex-M內(nèi)核本身的定位決定, 依然不能算是MPU。所以MP1系列的推出, 填補了這一缺憾。因為ST公司在STM32產(chǎn)品上積攢的開發(fā)生態(tài)經(jīng)驗和優(yōu)勢, 使得程序員們對MP1抱有更高的期望。要知道嵌入式芯片從來不是以絕對的硬件參數(shù)論英雄的。我們見過很多硬件參數(shù)非常優(yōu)秀的芯片, 在市場上表現(xiàn)一般。原因無非就是開發(fā)難度大, 公開資料不全, 配套的工具不友好等等。所以我稱STM32MP1為強化的STM32,就是希望ST公司在填補自己產(chǎn)品版圖的同時, 同時提高整個嵌入式開發(fā)群體的開發(fā)技能與效率，共同合作創(chuàng)造更有意義的產(chǎn)品。

板子

還是按照俗套先來看看板子

(點擊圖片可放大查看）

這個系列板子有兩個版本: STM32MP157A-DK1和STM32MP157C-DK2, 本文主角是前者. 兩者差別:

1. DK1與DK2的主控芯片不同。STM32MP157AAC和STM32MP157CAC，前者定位比后者低一點:

1.1 157A/157C的Cortex-A7最高頻率為650MHz。

1.2157A缺少157C擁有的: AES/DES/RSA硬件加密單元, SecureBoot功能.

2. DK2配有觸摸屏幕, DK1沒有。
3. DK2的板子上焊接有WiFi/Bluetooth模塊, DK1這里是空的。

除此之外兩個板子基本是一樣的, 板子的布局也是相同的。如果有焊接高手可以換兩個板子的主控芯片也是可行的。所以兩者的Demo程序絕大多數(shù)也是可以共用的。

芯片

這個芯片的資源比較豐富, 定位是工控/高端消費類應(yīng)用。這里作者也不照抄數(shù)據(jù)手冊了，感興趣的可以去下載看看，它的主要內(nèi)核是雙Cortex-A7+Cortex-M4，還有Neon, FPU, GPU等等。MP1主要是使用Cortex-A7, Cortex-M4可以算是一個從MCU,因為芯片本身是沒有Flash的, 需要Cortex-A7把可執(zhí)行代碼載入到Cortex-M4可以訪問的RAM空間。板子上的NV空間是TF卡, 內(nèi)存主空間是512Mbyte的DDR. 考慮到使用這個芯片的同學(xué)有一大部分是從STM32的以前的用戶, 簡要介紹些內(nèi)核.目前的ARM內(nèi)核主要有三個系列Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M。

Cortex-M系列

大家都很熟了, 特點是只能支持Thumb/Thumb2指令集, 沒有MMU. 主要面向中低端應(yīng)用, 比如疫情期間的體溫槍就有很大一部分是STM32的方案. 這當(dāng)中又有Cortex-M0/M1, Cortex-M3, Cortex-M4, Cortex-M7, Cortex-M23, Cortex-M33, Cortex-M35等內(nèi)核, 面向不同復(fù)雜度的應(yīng)用。

Cortex-R系列

是面向?qū)崟r應(yīng)用的內(nèi)核. 比如車載ECU, 電梯控制器, 高精度電機控制等等. 目前沒有看到ST公司的這個系列的產(chǎn)品. 支持ARM指令和Thumb/Thumb2指令.可以看作ARM7的升級產(chǎn)品。

Cortex-A系列

就是面向復(fù)雜應(yīng)用的內(nèi)核. 通俗點講就是跑Linux/Android的內(nèi)核. 大家熟知的高通/海思芯片都是這個系列的內(nèi)核. 這個板子的Cortex-A7是其中比較低功耗的內(nèi)核. 但不是最低的, 還有Cortex-A5是最低端的A系列內(nèi)核. 注意, Cortex-A7是ARM v5架構(gòu), 而且Cortex-A7是Cortex-A9之后推出的內(nèi)核. 跟Cortex-M0是Cortex-M3之后推出的類似. 當(dāng)然這些細節(jié)并不重要.

系統(tǒng)方面, Cortex-A系列的芯片當(dāng)然可以跑任何主流系統(tǒng), 或者根本不跑系統(tǒng). 但是這種芯片主要跑Linux/Android. 考慮到具體的運行頻率和定位的應(yīng)用場景, Linux應(yīng)該是大多數(shù)的選擇. 本文也是假定大家用它來跑Linux.

開發(fā)STM32MP1這個開發(fā)板分幾個層次, 難度逐次增加, 但是并不是一定要開發(fā)到最底層才算”最硬核”. 實際上很多工業(yè)中的產(chǎn)品都是二次開發(fā)甚至N次開發(fā)的成果. 最關(guān)鍵還是設(shè)計與代碼的質(zhì)量, 以及產(chǎn)品所創(chuàng)造的價值.

就本開發(fā)板而言, 開發(fā)者可以:

1. 在提供好的Linux鏡像上做開發(fā), 把這個開發(fā)板子當(dāng)做一個Mini工控電腦.
2. 利用OpenSTLinux提供的SDK, 開發(fā)自己的應(yīng)用程序.
3. 利用開源的OpenSTLinux源代碼, 定制自己的內(nèi)核和鏡像.
4. 不要Linux,從Baremetal出發(fā), 移植/運行其他OS,或者干脆不用OS.

如果是要涉及到上述第二層之后的開發(fā), 最好準(zhǔn)備一臺Linux開發(fā)機器, 最好是跑Ubuntu 18.04的本地Linux機器. Windows上跑虛擬機+鏡像也是比較方便的組合.Windows10的WSL2也可以.

啟動/登陸板子上Linux

板子拿到手之后會有配套的已經(jīng)制作好的啟動TF卡,插入. 并且把板子背面的啟動選項開關(guān)配置成(1,1).

配制成第一種(0,0)時是強制DFU, 是用來燒寫板上存儲器用的, 本文暫不展開, 但是必須要提出的是STLink Utility不能用于這個目的. 要使用STM32CubeProgrammer.配置好從SD卡啟動后,插上電源即可啟動. 板子上的幾個接口如下:

1.電源接口, Type C供電, 任何Type C的Source都可以供電. 注意本板子不支持向外供電. 作者使用的是Think Pad的Type C電源, 華為/小米的Type C電源應(yīng)該都可以. 或者插在電腦也可以.

2.千兆網(wǎng)口, 建議插在自己家中的路由器上. 因為DK1沒有無線網(wǎng)絡(luò)連接, 所以這個是唯一的網(wǎng)絡(luò)接口.

3.TF卡槽, DK1/DK2板子上沒有NandFlash/NorFlash/eMMC,這是唯一的NV存儲. 如果要用其他卡做起動盤, 建議最少16G.

4.帶麥的音頻接口. 基本上任何耳機都可以.

5.STLink V2-1接口. 除了STLink 還有一個虛擬串口.

6.HDMI接口, 基本上任何帶HDMI的顯示器都可以. 出廠自帶Linux鏡像有GUI界面.

7.USB接口, 這個口是板子的USB Device口, 可用作DFU.

8.USB Host接口, 可以接4個USB Device. 作者試驗過鍵盤,鼠標(biāo). 包括無線的鍵鼠都能用.

登入板上的Linux, 從操作的角度三種途徑:

1. STLink的虛擬串口, 如果要在uboot那里停下來做操作這也是唯一的選項了.

2.把鍵盤/鼠標(biāo)/顯示器都接上, 直接使用OpenSTLinux的Xterm.

3. ssh登陸.

Play With Linux

這一章節(jié)我們先利用已有的Linux鏡像上玩玩, 做幾個實驗.

1.播放網(wǎng)絡(luò)音頻

保證你的開發(fā)板可以訪問要播放的網(wǎng)絡(luò)資源. 可以先ping一下子.

如果ping不通, 先把網(wǎng)絡(luò)問題解決.

利用已有的工具mpg123來播放

音頻是板子自帶的輸出口, 可以插上耳機或者音箱欣賞. 如果想調(diào)整音量.用這個命令: alsamixer

用方向鍵調(diào)整音量.

如果想把音頻下載到本地后面再聽:

獲取最新2019-nCoV數(shù)據(jù)

2019底2020初疫情牽動著萬千人的心, 即使目前國內(nèi)的情況基本好轉(zhuǎn), 但是全球的情況依然令人揪心. 這里通過板子獲取全球最新的確診/疑似/死亡數(shù)據(jù). 如果再花點時間, 增加圖形界面, 配上LCD或者大屏幕, 可以做成一個展示板子. 這里只獲取到數(shù)據(jù), 獲取之后的數(shù)據(jù)的GUI部分有興趣的可以動手做一做, 或者以后有時間再來發(fā)貼.

首先要找一個數(shù)據(jù)源, 這里使用美國約翰霍普金斯大學(xué)的一個數(shù)據(jù)源, 使用curl可以拉取所有數(shù)據(jù):

輸入上述命令后, console會打印最新的數(shù)據(jù). 全球所有地區(qū)基本上都覆蓋了. 但是這數(shù)據(jù)比較多, 需要做一點處理. 比如僅僅打印目前中國境內(nèi)的各地區(qū)確診數(shù)據(jù):

將上述腳本存為源代碼,再運行:

完成這個實驗包含兩部分:

1.從網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù), 如果用C/C++,可以使用curl的API. 如果是python, 標(biāo)準(zhǔn)庫有內(nèi)建的urllib等庫;

2.結(jié)果的解析, 如果使用C/C++有很多開源的json庫可用. 如果是python則標(biāo)準(zhǔn)庫有內(nèi)建的json支持.

如果涉及到圖形化展示數(shù)據(jù), 則還有Qt, GTK, 或者tkinter.

GPIO控制

這個實驗使用系統(tǒng)內(nèi)置的GPIO控制程序來做流水燈實驗. 控制板子上的LD5, LD6, LD7這幾個LED. 其中LD5, LD6是低邏輯點亮, LD7是高邏輯點亮.LD8是Linux本身已經(jīng)使用了, 用戶程序不能控制.

Ctrl+Z或者Ctrl+C都可以退出.

寫一個HelloWorld/C++

因為板子跑的是Linux, 工具鏈可以使用開發(fā)機本身的包管理工具來安裝. 如果要使用板上特有的庫, 還需要配置OpenSTLinux的SDK和BSP. 這里我們只是打印Hello World. 使用標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具鏈即可.

在開發(fā)機上安裝g++工具鏈:

隨便在電腦上找一個原來寫的C++測試代碼:

編譯連接:

如果沒有帶參數(shù)的話, build的輸出為a.out

把這個a.out通過網(wǎng)絡(luò)或者拷貝弄到開發(fā)板上的文件系統(tǒng)中, 添加可執(zhí)行屬性即可運行: