Рубрика: Программизмы

ARM Without Magic. Урок 1.1 Переменные и инициализация.

В прошлый раз мы оформили только две секции в прошивке, для таблицы векторов прерываний и кода. Поморгать светодиодом таким образом можно, а вот для работы с переменными нужно еще чуть-чуть допилить.
Но для начала неплохо бы разобраться, где и как хранятся переменные. Из учебника по C мы помним, что переменные бывают: локальные, статические и динамические. Напомню, что из себя они представляют.

  • Переменные локальные, которые объявляются внутри функций хранятся в стеке, всю работу по выделению памяти, инициализации и последующему удалению берет на себя компилятор, нам никаких действий предпринимать не нужно.
  • Статические переменные хранятся в специальных секциях в области оперативной памяти, память под них выделяется на этапе линковки, а инициализация должна быть выполнена при загрузке микроконтроллера.
  • Память под динамические переменные выделяется во время работы программы, они так же хранятся в специально отведенном регионе памяти. Но с точки зрения линковщика нужно только сообщить системным вызовам размер этого региона, все остальное остается на совести программиста. В основном считается, что использование динамической памяти на микроконтроллерах — это плохо (почему?). Поэтому пока мы не будем их использовать, оставим этот вопрос открытым на потом.

А сегодня мы займемся статическими переменными.
Читать далее

ARM Without Magic. Урок 1.0 Самое начало.

Небольшое предисловие.
Этот урок, как и последующие, написан прежде всего для новичков в прошивко-строении и не совсем новичков программировании. Для людей, которые хотят разобраться, как все устроено и почему работает именно так. После вдумчивого прочтения этого курса не должно остаться никаких вопросов, о том, что делает та или иная строка в любом файле, какие команды для сборки и отладки прошивки вызываются, для чего они нужны и как работают. Я постараюсь избавиться от ассемблерных вставок (в паре мест они будут, но не более), все что нужно знать – это язык программирования C на каком-то начальном уровне, сложные места постараюсь разъяснять. Ну и конечно для чтения документации потребуется хоть немного знать английский язык, к документации мы будем обращаться часто.
Я не буду особо заострять внимание на работу с блоками периферии, во-первых, потому что они все время разные, а во-вторых, по этой теме написаны тысячи статей и отснято тысячи бестолковых видеоуроков, что я вряд ли смогу сказать что-то новое и полезное. Я склоняюсь к тому, что лучший учебник по управлению светодиодом и отправке несколько байт через USART — это документация на соответствующий процессор. Она правильная и полная. В общем этакий экскурс в BareMetal для прикладных программистов. И основное отличие прошивки МК от прикладной программы в том, что все приходится делать самому. Инициализировать переменные, раскидывать секции по правильным адресам. Обычно это скрыто под капотом всяких IDE и их шаблонов, да так хорошо спрятано, что многие относятся к этим процессам как к магии: поставил волшебных галочек или произнес страшное заклятие — и прошивка собралась. Само по себе это не плохо, я тоже уже не первый год пользуюсь шаблоном для создания новых проектов, но мне нравится знать как оно работает и где подкрутить, чтобы получить требуемый результат.

Мы не будем привязываться к какой-то особенной среде разработки, мы не будем пользоваться генераторами проектов типа STM32 CubeMX, мы на первом этапе вообще прошивку руками соберем, без всяких систем сборок, и отлаживать будем тоже руками.

Ориентироваться я буду на процессоры STM32, так как с ними мне приходится работать чуть ли не каждый день, они дешевые и доступные. Из приборов для начала потребуется отладочная плата на процессоре STM32F103C8 (например Blue-pill) и отладчик ST-Link v2. Все это доступно для покупки на AliExpress за сущие копейки. Но все что будет написано довольно легко адаптировать к любому ARM Cortex-M процессору. Собственно цель курса в том, чтобы, используя полученные знания можно было без труда использовать любой доступный процессор.

Читать далее

Еще немного про Core-Coupled Memory (CCM) на STM32

В дополнение к прошлой заметке
Как я уже говорил, у CCM есть некоторые особенности, чтобы их понять и не наступать на грабли, по каждому чипу лучше всего сверяться с документацией. Например для STM32F407, CCM подключена только к D-BUS (шине данных), поэтому на этих чипах нет никакой возможности выполнять код лежащий в CCM.
Для STM32F3xx наоборот, ST вполне даже рекомендует оптимизировать быстродействие переместим код в CCM, обещая при этом +43% к производительности. Но опять же, согласно RM0316 CCM не имеет подключения к шинам DMA S3,S4 поэтому DMA работать откажутся.

По поводу производительности, по тестам для STM32F407 выходит такой результат, в таблице время выполнения теста относительно FLASH/RAM (больше — хуже):

Код в FLASH Код в SRAM
Данные в SRAM 0% +14.53%
Данные в CCM +2.4% +15.73%

А вот результаты того же теста для STM32F303:

Код в FLASH Код в SRAM Код в CCM
Данные в SRAM 0% 0% -16.93%
Данные в CCM +4.6% +10.77% -12.32%

Читать далее

Проблема со сбросом stm32F7xx в OpenOCD

Симптомы проблемы такие: на версии Open On-Chip Debugger 0.10.0+dev-00924-g16496488 выглядело как ошибка:
in procedure 'program'
in procedure 'program_error' called at file "embedded:startup.tcl", line 474
на Open On-Chip Debugger 0.10.0+dev-00973-g80f1a92b
ошибки нет, но чипу мозг выносит, вместо резета он прыгает в какую-нибудь функцию и там умирает

Вроде как решается правкой stm32f7x.cfg

reset_config srst_only srst_nogate
на
reset_config srst_nogate

STM32 CCM

Есть у некоторых взрослых STM-ок такая дурная штука, как CCM (core coupled memory). Это отдельный регион памяти, не шуточного размера в 64K (для F4xx), который по-умолчанию вообще не используется. Выделена эта память в отдельный регион, потому что имеет подключение только к D-BUS ядра, что накладывает кое-какие ограничения. Главное — это невозможно использовать вместе с DMA и DMA2D и выполнять код (примечание: это для F40x, но вообще неплохо заглянуть в PDF, раздел «Архитектура системы»), а в остальном — память как память.
Есть несколько способов хоть как-то его начать использовать, самый простой способ — это положить туда стек.
Для этого нужно модифицировать всего одну строку скрипта линковки, ту что задает адрес _estack и положить в этот символ адрес конца CCM (0x10010000):

_estack = 0x10010000;    /* end of CCMRAM */

При этом весь стек переедет в CCM и как следствие все локальные переменные, аргументы функции итд.
Второй не менее простой, но довольно ручной способ — это указание секции при описании переменной:

__attribute__((section(".ccmram"))) int ccmvar;

однако, стоит при этом помнить, что без модификации startup-скрипта при инициализации там будет мусор, заполним нулями, добавив где-нибудь после FillZeroBSS

/* Zero fill the CCM segment. */
ldr  r2, =_sccmram
FillZeroCCM:
  movs  r3, #0
  str  r3, [r2], #4
 
LoopFillZeroCCM:
  ldr  r3, = _eccmram
  cmp  r2, r3
  bcc  FillZeroCCM

а заодно уберем в скрипте линковки из описания секции .ccmram запись инициализации во FLASH:

  .ccmram (NOLOAD):
  {
    . = ALIGN(4);
    _sccmram = .;       /* create a global symbol at ccmram start */
    *(.ccmram)
    *(.ccmram*)
 
    . = ALIGN(4);
    _eccmram = .;       /* create a global symbol at ccmram end */
   } >CCMRAM

теперь все переменные с attribute((section(«.ccmram»))) будут стартовать с нулевыми значениями.

Подробнее про переменные, секции и инициализацию можно почитать тут: ARM Without Magic. Урок 1.1 Переменные и инициализация.

STM32: Шифруем прошивку.

Не сильно хорошая, но все же защита от бездумного копирования устройства. А может быть и еще что-то. В общем, идея такая: зашифровать некоторые критические функции, без которых устройство работать не будет, хитрожопые алгоритмы или математика какая-нибудь. Причем, желательно не потерять удобную сборку и отладку, и использовать желательно без всяких указателей. Я использую arm-none-eabi-gcc в качестве тулчейна и CMake как систему сборки. Поэтому все нижесказанное относится именно к этой связки и для других компиляторов-сборщиков придется немного перепилить.
Читать далее

STM32 и malloc во внешней памяти FMC / SDRAM

После того, как FMC/FSMC запустился и работает, внешняя память отражается по соответствующим адресам. Эту память можно использовать по захардкоденным адресам

char * ptr = (char*)0xC0000000;

но каждый раз вычислять адреса не комильфо. Тем более, для этого как раз есть специальная штука — heap и malloc/free.
Нужно только рассказать malloc где у нас эта память и сколько её. Самый простой способ — исправить правила линковки: Суть такова. _sbrk использует память начиная c адреса переданного линковщиком как end, стоит положить его адрес SDRAM, как malloc начинает раздавать адреса из неё.
Читать далее

AVR упрощаем TWI (I2C)

Давно уже написал, а выложить все как-то влом было. Но если вдруг, кому потребуется, простенькая библиотечка для работы с Two-Wire Interface (TWI, он же I2C) на AVR вообще и ATMega328p (та самая, которая в arduino nano v3 стоит) в частности.

Пользоваться проще некуда, подглядеть в libtwi.h всегда можно.

Скачать на гитхабе github.com/bevice/libtwi

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38

#include "main.h"
#include "libtwi.h"
#include <util/delay.h>
void setup() {
    twi_init();
    DDRB |= _BV(PB5); // включим PB5 на выход, на Arduino Nano там светодиодик
 
}
 
#define DATA_SIZE 10
static uint8_t data[DATA_SIZE] ={0};
 
void twi_cb(uint8_t status){
    if(status!= TWI_STATUS_ERROR) // если все прочиталось - перевернем светодиод
        DDRB ^= _BV(PB5);
}
 
int main() {
    setup();
 
    while (1) {
        // для 24CXX при записи передается адрес и следом данные.
        uint8_t buff[] = {0x10,1,2,3,4,5}; 
        // передаем buff в железку с адресом  0xA0, 
        // как закончим передавать - дергаем twi_cb
        twi_transmit_data(0xA0, sizeof(buff), buff, &twi_cb);
 
        _delay_ms(1000);
 
        // читаем  DATA_SIZE байт из железки 
        // с адресом 0xA0 начиная с регистра 0x10
        // как в буффер data, как дочитаем
        //  - попадем в коллбек twi_cb с соответствующим статусом
    twi_receive_data_adr8(0xA0, 0x10, DATA_SIZE, data, &twi_cb);
 
    _delay_ms(1000);
    }
}

Такие дела..


Сижу отлаживаю железку на китайской arduino-nano-v3, тыкаю анализатором на RX ногу, а там пусто, иголки одни. Хотя AVR-ка точно с уарта читает и отвечает как надо.
А на самом деле-то не должна, полтора вольта за логический 0 это вообще как?