Alternatywna metoda programowania pamięci Flash mikrokontrolerów STM32.pdf

SPRZĘT

DfuSe: USB Device

Firmware Upgrade

Alternatywna metoda

programowania pamięci Flash

mikrokontrolerów STM32

Urządzenie umożliwiające sko-

rzystanie z mechanizmu DFU pełni

dwie zamienne funkcje: „właściwego”

urządzenia USB oraz programatora

pamięci Flash ROM. Ponieważ nie-

praktyczne byłoby, gdyby obydwie te

funkcje dostępne były jednocześnie

w czasie wykonywania operacji DFU

podstawowe funkcje urządzenia nie

są dostępne. Nic nie stoi jednak na

przeszkodzie, aby w urządzeniu za-

implementować tylko funkcje DFU,

które byłyby wykorzystane do progra-

mowania pamięci, nawet wtedy, jeśli

urządzenie nie jest przeznaczone do

pełnienia swoich podstawowych funk-

cji w powiązaniu z magistralą USB

i wykorzystywana jest ona wyłącznie

do ładowania programu do pamięci.

W niniejszym artykule przedstawiony

zostanie sposób, jak wykorzystać me-

chanizm DFU do ładowania programu

do pamięci mikrokontrolerów STM32

wyposażonych w interfejs USB.

Mikrokontrolery STM32 wyposażone w interfejs USB mogą

być programowane za pomocą mechanizmu Device Firmware

Upgrade. Mechanizm ten został opracowany na potrzeby

aktualizacji przez użytkownika oprogramowania urządzeń

pracujących na magistrali USB. Przedstawiamy go w artykule.

Przygotowanie kodu

bootloadera DFU

Aby możliwe było wgranie progra-

mu do pamięci Flash poprzez łącze

USB, konieczne jest zaprogramowanie

mikrokontrolera programem realizują-

cym funkcję bootloadera DFU. Oczywi-

ście do tego celu należy wykorzystać

typową metodę programowania pa-

mięci, np. poprzez złącze JTAG, albo

za pomocą systemowego bootloadera

ładującego program przez łącze szere-

gowe. Kod źródłowy sterownika DFU

znajduje się w podkatalogu Examples\

ARM\STM3210B–EVAL\STM32F10xUS-

BLib\USBLib\demos\Device_Firmwa-

re_Upgrade katalogu instalacyjnego

środowiska RIDE (typowo C:\Program

Files\Raisonance\Ride ), które publiku-

jemy na CD–EP6/2008B (jest także

dostępne na stronie www.raisonance.

com ). W podkatalogu Project/RIDE znaj-

duje się plik projektu, który należy

otworzyć w środowisku RIDE. Przyj-

rzyjmy się zawartości pliku main.c ,

a konkretnie fragmentowi funkcji

main , którego treść przedstawiono na

list. 1 .

Fragment ten jest dla nas naj-

-istotniejszą częścią programu sterow-

nika DFU. Do zmiennej JumpAddress

jest przypisywany adres, pod którym

będzie się znajdować ładowany za

pomocą mechanizmu DFU program

użytkownika, a dokładniej tablica

wektorów przerwań. Adres ten musi

wskazywać na drugie słowo obszaru

kodu programu (czyli wektor zerowa-

nia), gdyż w przypadku programów

dla rdzenia ARM Cortex–M3 pierw-

sze słowo pamięci programu zawsze

zawiera wartość początkową wskaźni-

ka stosu. Program użytkownika, któ-

ry będzie ładowany za pomocą DFU

musi być odpowiednio przygotowany.

Sposób przygotowania programu użyt-

kownika zostanie omówiony w dal-

szej części artykułu. Po zainicjowaniu

Jako platformę sprzętową autor wykorzystał

zestaw STM3210B–EVAL, ale prezentowana

aplikacja będzie funkcjonować także w innych

środowiskach sprzętowych mikrokontrolerów

STM32.

Elektronika Praktyczna 6/2008

SPRZĘT

List. 1.

JumpAddress = *(vu32*)0x8003804;

DFU_Button_Conﬁg();

/* Test if PB.09 level is low (Key push–button on Eval Board pressed) */

if (DFU_Button_Read() != 0x00)

{ /* Test if user code is programmed starting from address 0x8003800 */

if (((*(vu32*)0x8003800) & 0x2FFF0000 ) == 0x20000000)

{ /* Jump to user application */

Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;

Jump_To_Application();

}

/* Otherwise enters DFU mode to allow user to program his application */

}

zmiennej JumpAddress następuje konﬁ-

guracja wyprowadzenia PB9, do które-

go jest dołączony przycisk uruchamia-

jący sterownik DFU. Bootloader DFU

zostanie uruchomiony, jeśli przycisk

podłączony do wyprowadzenia PB9

został naciśnięty. W przypadku, gdy

przycisk nie został naciśnięty spraw-

dzana jest wartość pierwszego słowa

pamięci programu użytkownika. Jeżeli

wartość ta wskazuje poza obszar pa-

mięci RAM, można uznać, że pro-

gram użytkownika nie został do tej

pory załadowany i również zostanie

uruchomiony bootloader DFU. Jeśli

natomiast wartość słowa odczytanego

spod adresu pierwszego słowa progra-

mu użytkownika wskazuje na dowol-

ną komórkę pamięci RAM, następuje

pobranie wartości drugiego słowa pa-

mięci programu (0x8003804) będącego

wektorem zerowania wskazującym na

pierwszą instrukcję programu.

W celu otrzymania pliku z kodem

wynikowym bootloadera DFU nale-

ży przeprowadzić kompilację pro-

jektu. Proces kompilacji powinien

zakończyć się sukcesem i w katalogu

z projektem powinien zostać utwo-

rzony plik *.hex . Plikiem tym nale-

ży zaprogramować mikrokontroler za

pomocą interfejsu JTAG lub RS232

z wykorzystaniem bootloadera znajdu-

jącego się w pamięci systemowej mi-

krokontrolera.

Instalacja oprogramowania

W celu załadowania programu za

pomocą mechanizmu DFU należy

zainstalować program DfuSe Demon-

strator ( http://www.st.com/stonline/pro-

ducts/support/micro/ﬁles/um0412.zip ,

dostępny także na CD–EP6/2008B).

Instalacja programu przebiega w ty-

powy dla aplikacji systemu Windows

sposób. W katalogu instalacyjnym pro-

gramu znajduje się podkatalog Driver

z plikami sterowników dla systemu

Windows pozwalającymi na komuni-

kację z mikrokontrolerem pracującym

w trybie DFU. Katalog ten należy

wskazać instalatorowi sprzętu po wy-

kryciu przez system mikrokontrolera

podłączonego za pomocą łącza USB

do komputera PC.

Rys. 1.

Instalacja sprzętu

Kolejnym etapem po zainstalowa-

niu aplikacji sterującej jest zainstalo-

wanie w systemie Windows sterow-

ników DFU. W tym celu podłączamy

kablem USB A–B na przykład płytkę

STM3210B–EVAL do wolnego portu

USB w komputerze oraz włączamy

zasilanie płytki.

System Windows powinien wykryć

nowy sprzęt, po czym zostanie uru-

chomiony Kreator znajdowania nowe-

go sprzętu ( rys. 1 ), w którego oknie

powitalnym zaznaczamy opcję Nie,

nie tym razem i klikamy przycisk Da-

lej . W następnym oknie zaznaczamy

opcję Zainstaluj z listy lub określonej

lokalizacji (zaawansowane) ( rys. 2 ).

W kolejnym oknie wskazujemy ścieżkę

dostępu do wspomnianego wcześniej

katalogu ze sterownikami: C:\Program

Files\STMicroelectronics\DfuSe\Driver

( rys. 3 ). Po ukazaniu się ostrzeżenia

Rys. 2.

Elektronika Praktyczna 6/2008

SPRZĘT

Rys. 3.

zmianę adresu początku sekcji Flash.

W tym celu należy wejść do katalo-

gu C:\Program Files\Raisonance\Ride\

Lib\ARM i skopiować plik STM32F103_

128K_20K_DEF.ld pod inną nazwę, np.

STM32F103_128K_20K_DEF_DFU.ld .

Nowy plik należy otworzyć edy-

torem tekstowym i dokonać zmiany

adresu sekcji Flash z domyślnej:

FLASH (rx) : ORIGIN = 0x8000000,

LENGTH = 128K

na odpowiednią dla współpracy

z DFU:

FLASH (rx) : ORIGIN = 0x8003800,

LENGTH = 114K

Następnie podobnie postępujemy

z plikiem STM32F103_128K_20K_

FLASH.ld zmieniając jego nazwę na

STM32F103_128K_20K_FLASH_DFU.ld

oraz otwieramy go w edytorze tek-

stowym i zmieniamy wpis:

INCLUDE „STM32F103_128K_20K_

DEF.ld”

na właściwy:

INCLUDE „STM32F103_128K_20K_

DEF_DFU.ld”

Teraz pozostaje tylko poinformo-

wać kompilator o zmianie skryptu

linkera. W tym celu w oknie usta-

wień projektu w sekcji LD Linker

w kategorii Scripts zmieniamy opcję

Use default script ﬁle na No oraz

w polu Script ﬁle wskazujemy plik

STM32F103_128K_20K_FLASH_DFU.

ld ( rys. 5 ).

Poza zmianą skryptu linkera ko-

nieczne jest jeszcze poinformowanie

kontrolera przerwań NVIC o aktual-

nej lokalizacji wektorów przerwań,

która obecnie znajduje się pod

adresem 0x80003800. W tym celu

należy skorzystać z funkcji NVIC_

SetVectorTable :

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_

FLASH, 0x3800);

Funkcja ta musi zostać wy-

wołana z programu głównego

przed uaktywnieniem jakie-

gokolwiek przerwania.

Przykładowy kod progra-

mu, służącego do spraw-

dzenia poprawności wszyst-

kich opisanych uprzednio

czynności przedstawiono

na list. 2 .

Program ten realizuje

bardzo prostą funkcję, mi-

ganie diodą LED podłączo-

ną do wyprowadzenia PC6,

wystarczającą jednak do

sprawdzenia poprawności

przebiegu procesu ładowa-

nia programu.

Rys. 5.

informującego, że instalowane ste-

rowniki nie przeszły testów zgodno-

ści z systemem Windows XP należy

kliknąć przycisk Mimo to kontynuuj .

Sterowniki powinny zostać pomyślnie

zainstalowane.

Po uruchomieniu programu DfuSe

Demonstrator w polu Available DFU

and compatibile HID devices na li-

ście rozwijanej powinna być widocz-

na pozycja STM device in DFU mode

( rys. 4 ). W oknie zostaną wyświetlone

informacje o urządzeniu, takie jak nu-

mery VendorID , ProductID oraz numer

wersji oprogramowania. Numery te

są istotne i zostaną wykorzystane do

przygotowania pliku *.dfu , dlatego na-

leży je zapisać, bądź zapamiętać.

Oprócz tego zostaną wyświetlone

dostępne obszary pamięci do zaprogra-

mowania – w tym przypadku pamięć

wewnętrzna mikrokontrolera ( Internal

Memory ) oraz zewnętrzna pamięć SPI

( SPI Flash: M25P64 ) znajdująca się na

płytce zestawu STM3210B–EVAL.

Przygotowanie pliku DFU

W celu zaprogramowania pamięci

mikrokontrolera z wykorzystaniem me-

chanizmu DFU należy przygotować

plik *.dfu , który oprócz kodu pro-

gramu zawiera dodatkowe informacje,

jak np. numery VID i PID urządzenia

USB, dla którego jest przeznaczony

ładowany program oraz numer wersji

programu. Dzięki temu nie jest moż-

liwe zaprogramowanie mikrokontro-

lera programem przeznaczonym dla

innego urządzenia, bądź też w star-

szej wersji od aktualnie znajdującej

się w urządzeniu.

Do przygotowania pliku *.dfu słu-

ży program DFU File Manager , który

został zainstalowany razem z progra-

mem DfuSe Demonstrator . Po jego

uruchomieniu pojawi się okno służą-

ce do wyboru czynności, jaką chce-

my przeprowadzić na pliku *.dfu

( rys. 6 ). Nas oczywiście interesuje

opcja I want to GENERATE a DFU ﬁle

from S19, HEX or BIN ﬁles , która

jest domyślnie zaznaczona. Po klik-

nięciu przycisku OK ukaże się okno

służące do wprowadzenia danych

niezbędnych do przygotowania pliku

DFU ( rys. 7 ). Są to numery Vendor

ID, Product ID oraz numer wersji

oprogramowania, ścieżki dostępu do

Przygotowanie pliku z kodem

programu

Program, który będzie wgrywany

poprzez mechanizm DFU musi zostać

dostosowany do tego celu poprzez

Rys. 4.

List. 2.

#include „stm32f10x_lib.h”

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

int main(void)

{

vu32 i;

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x3800);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

do{

GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_6);

for(i = 0; i < 0x50000; i++);

GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_6);

for(i = 0; i < 0x50000; i++);

}while(1);

return 0;

}

Elektronika Praktyczna 6/2008

SPRZĘT

Rys. 6.

pomyślnego załadowania pliku

*.dfu na pasku statusu wyświe-

tlony zostanie tekst File correc-

tly loaded . Wyświetlone zostaną

również informacje na temat za-

ładowanego pliku: numery VID,

PID urządzenia dla którego jest

przeznaczony oraz wersji zawar-

tego w nim oprogramowania. Po

kliknięciu przycisku Upgrade do

mikrokontrolera zostanie przesłany kod

programu zawartego w pliku *.dfu . Po

wyzeorwaniu mikrokontrolera przesła-

ny program powinien się uruchomić,

natomiast urządzenie DFU powinno

zniknąć z listy Available DFU and

compatible HID Devices . Aby ponow-

nie wprowadzić mikrokontroler w tryb

DFU należy go wyzerować przy ni-

skim stanie na wyprowadzeniu PA9

(wciśnięty przycisk KEY na płytce

zestawu STM3210B–EVAL).

pliku z kodem itp. Pole Vendor ID

jest domyślnie uzupełnione wartością

0x0483 będącą identyﬁkatorem ﬁrmy

STMicroelectronics. W polu Product

ID należy wpisać wartość odczyta-

ną z okna głównego programu DfuSe

Demonstrator. Z kolei numer wersji

powinien przyjąć wartość następ-

ną w stosunku do numeru aktualnie

znajdującego się oprogramowania.

Rys. 7.

względu na konieczność ręcznego two-

rzenia każdorazowo pliku *.dfu , jed-

nak jest ciekawą alternatywą do kla-

sycznych metod programowania wy-

korzystujących JTAG czy wbudowany

bootloader przez RS-232 pozwala na

zaprogramowanie mikrokontrolera bez

większych nakładów, np. na progra-

mator JTAG pracujący na łączu USB.

Zarówno specyﬁkacja pliku *.dfu, jak

i źródłowa postać programów opisa-

nych w artykule są dostępne w pod-

katalogu Sources katalogu instalacyj-

nego programu DfuSe Demonstrator,

w związku z czym można się pokusić

o zautomatyzowanie procesu tworzenia

pliku *.dfu z pliku *.hex .

Radosław Kwiecień, EP

radoslaw.kwiecien@ep.com.pl

Programowanie pamięci

Po wygenerowaniu pliku DFU

nie pozostaje już nam nic innego,

jak tylko przesłać go do mikrokon-

trolera w celu zaprogramowania pa-

mięci programu. W tym celu należy

ponownie uruchomić program DfuSe

Demonstrator i w polu Upgrade or Ve-

rify Action kliknąć przycisk Choose

wskazując przygotowany w poprzed-

nim kroku plik *.dfu . W przypadku

Podsumowanie

Wykorzystanie mechanizmu DFU

do programowania pamięci mikrokon-

trolerów STM32 na etapie tworze-

nia programu jest nieco mozolne ze

Elektronika Praktyczna 6/2008

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: