5 príspevkov so štítkom „STM32“

Každý vývojár embedded systémov pozná ten okamih: firmvér bežal a zrazu už nebeží. Debugger ukazuje, že program sedí v nekonečnej slučke s názvom ako HardFault_Handler alebo Default_Handler, a zásobník volaní tvorí niekoľko nezmyselných rámcov. Tá slučka je predvolený handler zo startup kódu a o tom, čo sa stalo, nehovorí vôbec nič. Porucha má príčinu a procesor si ju už zapísal: do ôsmich registrov na zásobníku a do štyroch stavových registrov. Stačí ich len prečítať.

Tento článok ukazuje, ako z tej slučky získať riadok zdrojového kódu, na dvoch reálnych príkladoch, ktoré som spustil v QEMU (model dosky s STM32F4) a preskúmal pomocou GDB: volanie NULL ukazovateľa na funkciu a zápis na adresu, kde nie je nič. Všetky výstupy sú skutočné.

Projekt z IDE je súbor, ktorý nikto nečíta: niekoľko tisíc riadkov XML, ktoré IDE zapisuje a IDE číta a ktoré sa nedajú skontrolovať v pull requeste. Build potom existuje len na počítači, kde ho niekto naklikal. CMake to rieši inou filozofiou: build je text, ktorý čítate, kontrolujete, verzujete a spúšťate v CI presne tak isto ako na svojom stole.

Build systém platformy Embedbits (EmBi_Platform) je postavený na CMake a tento článok vysvetľuje súčasti, ktoré potrebuje každý embedded build v CMake, na malom projekte, ktorý som zostavil a spustil: toolchain file, flagy s menami, typy buildu, moduly ako knižnice, linker script, súbory po linkovaní a test, ktorý spustí firmware v simulátore. Všetky čísla a výstupy sú skutočné.

Obsluha prerušenia a hlavná slučka sú dva programy, ktoré bežia v tej istej pamäti a o sebe nevedia. Kompilátor C nevie, že prerušenie existuje, a CPU nevie, že dve premenné patria k sebe. Vie to jedine programátor a chyby, ktoré z toho vznikajú, sú najhoršieho druhu: objavia sa raz za tisíc behov, zmiznú, keď pripojíte debugger, a nikdy sa neobjavia pri code review, pretože kód vyzerá správne.

Tento článok prejde tri problémy zdieľaných dát jeden po druhom s kódom, ktorý zlyháva, a potom ukáže vzory, ktoré fungujú. Experimenty bežia na Cortex-M4 (v QEMU, na modeli dosky STM32F4) alebo na PC a výstupy sú skutočné.

STM32 nie je jeden mikrokontrolér, je to tucet rodín: G4, H5, U5, F4 a ďalšie. Majú rovnaké jadro Cortex-M, ale odlišnú periférnu výbavu, odlišné názvy registrov a iný balík ovládačov od výrobcu. Ak chcete, aby jedna architektúra firmvéru bežala na všetkých, musíte rozhodnúť, kde budú rozdiely žiť. Zadarmo sa to nedá a tento článok opisuje variant, ktorý som zvolil pre Embedbits BSP, čo o ňom hovoria čísla zo skutočných repozitárov a koľko stojí.

Každý tutoriál jazyka C začína int main(void). Nikto však nevysvetlí, kto túto funkciu volá. A pritom, keď napíšete uint32_t counter = 5; ako globálnu premennú a prvý riadok main() prečíta hodnotu 5, už sa vykonalo veľa práce. Ak sa táto práca nevykoná, prejaví sa to premennou s náhodnou hodnotou, ktorá „včera fungovala".

V tomto článku budeme sledovať mikrokontrolér od resetu až po prvý riadok main(): čo robí hardvér sám od seba, čo hovorí linker script a čo musí urobiť startup kód. Je to obsah dvoch modulov Embedbits BSP (Linker a Startup), ale princíp je rovnaký na každom Cortex-M. Všetok kód v článku bol zostavený pomocou arm-none-eabi-gcc 13.2.1 a spustený v QEMU, na modeli dosky s STM32F405, takže adresy a výstupy sú skutočné.