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STM32 LibOpenCM3:GPIO 輸出

發佈

前言

終於要開始實際寫程式了,接續上一篇的內容,這次要教最基本的 LibOpenCM3 的 GPIO 輸出用法,會控制一個 LED 燈使其閃爍。

正文

先以 Nucleo-F446RE 做示範。

首先建立一個 PIO 的專案,選擇 Framework 為「libopencm3」,並在 src/ 資料夾中新增並開啓 main.c 檔案。

完整程式

先把完整的程式打出來:

/**
 * @file   main.c
 * @brief  Blinking LED example for STM32 Nucleo-F446RE.
 */
 
#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
 
/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)
 
static void delay(uint32_t value)
{
  for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
  {
    __asm__("nop"); /* Do nothing. */
  }
}
 
int main(void)
{
  /* Enable clock. */
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
 
  /* Set LED pin to output push-pull. */
  gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT,
                  GPIO_MODE_OUTPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_LED_PIN);
 
  gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT,
                          GPIO_OTYPE_PP,
                          GPIO_OSPEED_2MHZ,
                          GPIO_LED_PIN);
 
  /* Start blinking. */
  while (1)
  {
    gpio_toggle(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on/off. */
    delay(500000);
  }
 
  return 0;
}

分段說明

Include

#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>

如同其它的程式,首先要將需要用到的功能 Include 進來。本例中有兩個檔案要引入:

LibOpenCM3 的這些檔案 PIO 都會幫我們處理好,所以不用另外下載或設定路徑,直接 #include 就可以了。

定義腳位

/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)

因為每個 STM32 Nucleo 開發板的 LED 腳位可能不同,因此使用 #define 來定義腳位比較方便程式的撰寫與修改。

根據資料手冊 UM1724,Nucleo-F446RE 的板載 LED(LD2)所在的腳位是 PA5(對應 Arduino 的 D13 腳位),也就是 GPIO Port-A 的 5 號腳,因此我們定義 GPIO_LED_PORTGPIOAGPIO_LED_PINGPIO5

此外 RCC 也會需要依照 GPIO Port 進行設定,所以也定義一個 RCC_LED_GPIORCC_GPIOA

Delay 函式

static void delay(uint32_t value)
{
  for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
  {
    __asm__("nop"); /* Do nothing. */
  }
}

這是一個最簡單暴力的 Delay 寫法,幾乎無精度可言,但目前我們只要這樣就夠了。

其中的 __asm__("nop") 代表嵌入組合語言的「nop」指令,也就是無操作(No operation)。

主程式

int main(void)
{
  /* Enable clock. */
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
 
  /* Set LED pin to output push-pull. */
  gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT,
                  GPIO_MODE_OUTPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_LED_PIN);
 
  gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT,
                          GPIO_OTYPE_PP,
                          GPIO_OSPEED_2MHZ,
                          GPIO_LED_PIN);
 
  /* Start blinking. */
  while (1)
  {
    gpio_toggle(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on/off. */
    delay(500000);
  }
 
  return 0;
}

編譯與燒錄/上傳

打完程式後,可以在 VS Code 左下方找到編譯(Build)和燒錄(Upload)的按鈕。也可以用快捷鍵「Ctrl+Alt+B」、「Ctrl+Alt+U」。

▲ PIO 的 Build 與 Upload 按鈕在 VS Code 的左下。
▲ PIO 的 Build 與 Upload 按鈕在 VS Code 的左下。

編譯完成後 PIO 會顯示佔用的資源:

RAM: 0.0% (used 0 bytes from 131072 bytes)
Flash: 0.1% (used 764 bytes from 524288 bytes)

記得燒錄前要用 USB 線接上 Nucleo,並安裝 ST-Link 的驅動程式,否則會報錯。

▲ 成果。
▲ 成果。

F103RB

STM32F1 系列的部分程式寫法不一樣,所以在此也提供 Nucleo-F103RB 的程式範例。主要差異只有 GPIO 的設定函式不同,STM32F1 用的是 gpio_set_mode(),而非 gpio_mode_setup()gpio_set_output_options()

/**
 * @file   main.c
 * @brief  Blinking LED example for STM32 Nucleo-F103RB.
 */
 
#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
 
/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)
 
static void delay(uint32_t value)
{
  for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
  {
    __asm__("nop"); /* Do nothing. */
  }
}
 
int main(void)
{
  /* Enable clock. */
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
 
  /* Set LED pin to output push-pull. */
  gpio_set_mode(GPIO_LED_PORT,
                GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ,
                GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL,
                GPIO_LED_PIN);
 
  /* Start blinking. */
  while (1)
  {
    gpio_toggle(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on/off. */
    delay(500000);
  }
 
  return 0;
}
 

PIO 環境

如果你的程式會需要在 F1 或 F4 等其它 STM32 系列上運作,那每次用 F1 時 GPIO 的寫法不同,或是有 Pin 腳不同的情況會很麻煩,所以這裡簡單介紹如何用 PIO 設定多個專案環境,方便切換。

▲ 設定好的環境可以在 VS Code 下方進行切換。
▲ 設定好的環境可以在 VS Code 下方進行切換。

主程式

/**
 * @file   main.c
 * @brief  Blinking LED example for STM32 based on LibOpenCM3.
 */
 
#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
 
/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
#if defined(NUCLEO_F103RB) || defined(NUCLEO_F446RE)
  #define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
  #define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
  #define GPIO_LED_PIN (GPIO5)
#else
  #error "STM32 board not defined."
#endif
 
static void delay(uint32_t value)
{
  for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
  {
    __asm__("nop"); /* Do nothing. */
  }
}
 
int main(void)
{
  /* Enable clock. */
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
 
  /* Set LED pin to output push-pull. */
#if defined(STM32F1)
  gpio_set_mode(GPIO_LED_PORT,
                GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ,
                GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL,
                GPIO_LED_PIN);
#else
  gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT,
                  GPIO_MODE_OUTPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_LED_PIN);
 
  gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT,
                          GPIO_OTYPE_PP,
                          GPIO_OSPEED_2MHZ,
                          GPIO_LED_PIN);
#endif
 
  /* Start blinking. */
  while (1)
  {
    gpio_toggle(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on/off. */
    delay(500000);
  }
 
  return 0;
}
 

PIO 專案設定檔 platformio.ini

[platformio]
default_envs = nucleo_f103rb
 
; Set/Override default options for each [env:XXX]
[env]
platform = ststm32
framework = libopencm3
 
[env:nucleo_f103rb]
board = nucleo_f103rb
build_flags = -D NUCLEO_F103RB
 
[env:nucleo_f446re]
board = nucleo_f446re
build_flags = -D NUCLEO_F446RE

小結

這次簡單介紹了 LibOpenCM3 的 GPIO 輸出用法,這部分只要有搞懂 STM32 的 GPIO 模式應該不會太難。

參考資料

本文的程式也都放在 GitHub 上。 本文同步發表於 iT 邦幫忙-2022 iThome 鐵人賽


STM32 LibOpenCM3:GPIO 輸入
STM32 GPIO 簡介

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