I am master！使用Nucleo334打造新一代的調試利器

ID:127084 · 發表于 2016-6-17 15:16

通常，我們調試一個芯片的時候，往往是編寫程序---下載---更改---下載。。。這種方法固然好，但是像我這樣的懶人不大喜歡，我喜歡找一種一勞永逸的方法來解決。于是，開始動手寫了這個I am Master！顧名思義，就是將Nucleo作為一個主機，與我們需要使用的軟件進行通信。可能這樣說你不是很理解，沒關系，下面還會一一介紹的。
電腦作為控制端，通過串口與我們的Nucleo進行通信，而Nucleo根據電腦發送的字符，解析，并且產生一定的時序，與我們需要使用的芯片進行通信。

比如，電腦端通過串口向Nucleo發送 input 0 1 2，代表Nucleo需要將 0 1 2這三個引腳設置成為輸入狀態. 在我的程序中，將Nucleo左邊的A0~A5作為IO部分，分別對應編號0-5。可以用于執行比較簡單的任務。

注意：為了保證電腦端有一個良好的人機界面，大家務必使用能夠滿足linux終端要求的串口軟件。比如puTTy，smartty。或者是超級終端。像一般的串口軟件無法完成這個項目的要求。因為他們不能夠改變字體的顏色。這里推薦大家使用smarTTY，如果使用puTTY的話需要更改我上傳的程序。因為當我們按下Enter的時候，puTTY發送的是''，而smarTTY發送的是''。在附件中有最新的smarTTY的安裝版軟件。

如果在使用smarTTY的時候，發現換行符不能正確顯示，請進行這樣的設置：

版本更新介紹：

V1.0.0支持函數：

input
output
set
reset
toggle
read
spi
spi-config
man

V1.0.1新增函數：

servo
i2c-online
i2c-write
i2c-read

V1.0.2更新說明：

將i2c-online更改為i2c-scan
i2c-read命令新增參數-a 可以用于在讀取中指定一個寄存器地址。例如：從設備地址為0x90，寄存器地址為0x00的設備處讀取1個字節可以使用 i2c-read -d 0x90 -a 0x00 -r 1 。需要注意的是：如果寄存器地址多于1個字節，只能先使用先寫地址，在讀的方式。例如：從設備地址為0x90，寄存器地址為0x0100的設備處讀取1個字節只能分成兩部：(1) i2c-write -d 0x90 0x01 0x00 (2) i2c-read -d 0x90 -r 1
新增函數clear,用于清屏。

V1.0.3更新說明：

為了在STM32系列中的可移植性，進行了一些并無實際卵用的更新。新建了config.h頭文件。STM32F3系列的其余Nucleo包馬上就會放出。
修復了在不輸入任何字符，僅按下回車的情況下，提示Unknow command的bug。

V1.0.4更新說明：

上電之后SPI的模式被修改為模式0，時鐘為4Mhz。
SPI讀取（由-r參數指定的）數據被緩沖，使相臨兩次讀取的時間由原先的100us縮減為7us。

122211rocnf1n1k82c842c.png (313.83 KB, 下載次數: 86)

下載附件

2016-6-17 16:16 上傳
串口數據改為中斷輸入方式，使用RingBuffer（1KB）進行緩存。
支持發送命令文件。即將所有要發送的命令寫入文件，每一條命令占用一行，通過smarTTY直接發送文件。具體的細節請參考本帖第6樓。

v2.0.0（重要更新）。

優化代碼結構。如果僅僅為了使用，而不是閱讀代碼的話，那么這次更新并無卵用。
不再使用占用大量CPU時間的printf，改為termiosXXX函數。
從gcc庫中移植getopt。為命令行解釋提供了統一的方法。
shell函數解析的時候，將使用 "" 引起的字符作為一個參數。不管""內的字符是不是含有空格。例如：輸入spi [ "Hello world" 0x24 0xff ] ,經過shell解析傳給spi的命令參數為：argv[0]==spi , argv[1] =[ , argv[2] ="Hello world" ，argv[3]= 0x24, argv[4]=0xff, argv[5] = ] 。注意："Hello world"是一個參數，不同于windows和linux，這里為參數保留了引號。
修改spi-config，如果spi-config未提供任何參數，將顯示出現在spi的模式。包括模式，時鐘頻率，Msb/Lsb First。如果提供參數，將對參數進行解析。

：
吐槽，意見，或者建議請聯系（PS有沒有E語好的大神，幫忙翻譯一下man的說明部分）：
qianfanguijin@163.com
qianfanguijin@gmail.com

版權聲明：
本軟件僅供與學習交流之用，未經允許，不得用于商業用途。

I am master v2.0.rar (2.3 MB, 下載次數: 8)

I am masterv1.0.0.rar (1.6 MB, 下載次數: 7)

I am masterv1.0.1.rar (2.22 MB, 下載次數: 7)

I am masterV1.0.2.rar (2.22 MB, 下載次數: 7)

I am masterV1.0.3.rar (2.22 MB, 下載次數: 7)

I am masterV1.0.4.rar (2.24 MB, 下載次數: 7)

master.hexV1.0.4hex文件.rar (21.51 KB, 下載次數: 7)

SmarTTY-2.0.rar (4.14 MB, 下載次數: 7)

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使用入門：

從附件中下載工程文件I am master 和 smarTTY軟件并解壓。
打開工程，將hex文件下載至Nucleo334.將使用HSI作為時鐘源。
打開smarTTY，新建一個串口通信，115200，8bit，無校驗，停止位1.

Nucleo通電之后，通過串口發送這樣的信息：

先來認識一個命令 man ，類似于linux中的man 。當你遇到某一個命令而不知道如何使用的時候，可以使用這個命令。比如獲取input這個命令的解釋:

這個命令的功能是將引腳設置成為輸入模式，引腳的范圍是0-5，對用Arduino接口的A0-A5.現在，我們在0號引腳上面掛接一個LED，在1號引腳上面掛在一個開關（平時為1，按下為0）。可以通過input，output兩條命令來切換他們的模式：

在將引腳設置成為輸出模式之后，就可以使用set，reset，toggle三條命令來設置引腳了。set是置1，reset是清零，toggle是反轉。如果引腳的模式是輸入模式，可以使用read來讀取。如果read的參數不是0-5范圍之內，那么顯示的數值就會用N來代替。例如read 0 1 255
==> 1 1 N
顯示0，1引腳的電平值為1，255是一個非法引腳。

其余命令的解釋大家可以使用man來查看。我的英語很不好，man的解釋大部分都是通過谷歌翻譯的。大家可以幫助修改一下源文件的翻譯，還請告知。謝謝！

在我們平時的調試中，光使用IO接口恐怕難以滿足我們的要求。還需要一些更復雜的通信協議，比如說SPI。下面我們就來說說SPI的使用。

不管什么時候，man總是我們靠譜的好朋友。

在SPI通信上，使用板子上面表示的SPI引腳。這里就不詳細解釋了。可以看一下板子上面的絲印。

spi的參數有著固定的要求：

[ 表示將CS信號線拉低。注意[也是一個參數，后面需要至少一個空格；
r：9表示從SPI總線上讀取多少個字符。后面的9代表讀取9個字符，需要使用十進制表示。
其余的參數使用十六進制表示，不區分大小寫。前綴可以加0x，也可以不加。想FF,ff,0xFF表示的都是同一個數。
] 表示將CS信號拉高。同樣 ] 也是一個參數，需要后面至少一個空格。

好了，就這么多，下面就來通過spi這條命令，讀寫SPI存儲芯片W25X16.他的數據手冊在附件中，大家可以下載學習一下。
先看W25的一個指令表：

在原PDF的第17頁。可以看到上面有一條指令是讀ID，解釋如下：

在面包板上面插好線之后，使用spi命令與之進行通信：

回應了兩個數字，0xEF,0x14，正好與上表的數據吻合。說明通信正確。

通過查看數據手冊可以看出，要想往一個地址內寫數據，首先要寫一個WriteEnable命令，在寫完WriteEnable命令之后，StatusRegister寄存器中相應的WEL為會被置1，說明允許寫。

在寫完WriteEnable命令之后，可以看到WEL位已經被置1了，說明操作正確。

下面將第一扇區格式化，之后往里寫如一些數據：

0x20是格式化命令，格式化命令之后WEL位被清零，說明不能在繼續寫數據。為了能夠繼續寫數據，只好在重新發送一遍WriteEnable命令了。

讀取一下格式化之后0x00處連續10個地址的數據：讀取的命令是0x03

數據全是0xFF，說明格式化成功了。下面再將0x00連續地址處寫如0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A十個數字，寫入之后再讀取：

這里寫入了10個數據，讀取了11個數據，可以看到第11個數據是0xff，也就是沒有被更改，寫入和讀取都正確。

好了，spi的操作就說到這里。
當然，你可能疑問，這使用了默認的模式3，如果我想使用模式0怎么辦呢？大家可以使用man spi-config尋找答案。

：

102801-0001R-SPIFlash.pdf (1.26 MB, 下載次數: 7)

一起來開發，定制你自己的命令

可能你覺得這些命令遠遠不夠用，或者你希望定制一個你自己的命令，比如man 你的名字。其實，定制一個這樣的命令是一個很簡單的事情。
在串口中接受到的字符，最終是要交給shell [void shell ( char * cmd_str) ; ]這個程序來處理的，這個程序將串口接收到的一行字符，在空格處分割，并且轉換成為int argc,char *argv[]的形式。這個形式是man函數的標準形式。argv[0]表示的需要調用的應用程序的名字。例如串口輸入input 0 1 2，經過shell的處理之后:

argc=4;
argv[0]="input"
argv[1]="0"
argv[2]="1"
argv[3]="2"
argv[4]=NULL

處理之后，shell去一個cmdList列表中尋找名字叫做input的函數。如果找到了，將控制權和argc，argv一起交給input函數。而input就是我們需要編寫的，只需要遍歷argv，讀取每一個引腳的編號，并且設置成為輸出即可。具體shell函數在cmdList中尋找input函數的方法在后文中會詳細講到。
下面是一個簡單的input函數的實現：
int input(int argc,char *argv[])
{
  int i=0;
  for(i=0;i<argc;i++)
  {
//設置argv表示的引腳為輸入方式
  }
}

好了，下面就來說說定制命令的詳細步驟：

每一個命令都需要一個入口函數，格式是int test (int argc,char *argv[])。
每一個命令都需要一個解釋函數，用于man的調用。格式是void manTest(void)；當然，函數的名字可以自己取。
計算函數名字的hash，用于shell快速尋找函數的入口點。不過這個hash只是特別簡單的計算方法，在后續的更新中，會考慮更換他的計算方法。目前的方法主要是將函數的名字的各個字符異或（^ ）。在工程文件下tools/computer_xor下有一個xor.exe，是用于計算hash的。只要在控制臺下調用這個程序，參數寫你需要求的字符串。例如：

114615jxicbjci2bbyb6ch.png (234.33 KB, 下載次數: 118)

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2016-6-17 16:16 上傳
上面算出的test的hash值是0x16，記下這個數字，我們在后續中會使用到。
打開commands.h，在里面添加兩個函數的聲明：test和manTest：

114909xvwodalyaaiwzxy9.png (388.44 KB, 下載次數: 100)

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2016-6-17 16:16 上傳
打開commands.c文件，在cmdList中添加manTest和test：

115109a3pjop6npzn6apb2.png (162.7 KB, 下載次數: 86)

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2016-6-17 16:16 上傳
新建一個源文件，test.c，并添加到工程中。寫上test和manTest兩個函數的實現：

115604lpg0epc33pvp00hc.png (787.08 KB, 下載次數: 95)

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2016-6-17 16:16 上傳
好了，目前一切需要做的已經做好了，編譯，下載，打開smarTTY，稍微測試一下：

115728cb3mzamqbndyzapv.png (901.04 KB, 下載次數: 104)

下載附件

2016-6-17 16:16 上傳

更多更有趣的功能歡迎你來實現！

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在v1.0.1版本中，新增了四個命令，servo，用于控制舵機的。函數的參數在500~2500之間，代表在舵機的50000us中，高電平占用的時間。比如servo 1000代表高電平是1000us，占空比是1000/50000=2%。但是寫完之后發現控制舵機并沒有什么卵用。因此這里就不再多廢話了，主要是講如何使用I2C接口。

I2C

STM32F1和STM32F4使用的I2C接口是一類，用起來各種復雜，不好用。但是STM32F3的I2C卻非常好用。之前看見有人說STM32的I2C是雞肋，只能說明他沒有用過STM32F3的。下面就說說I2C如何使用。主要操作的芯片是LM75，一個溫度傳感器。
首先介紹三個命令：

i2c-online:用于獲取掛接在I2C接口上所有芯片的設備地址。
i2c-write:將數據通過I2C接口發送出去。必須指定的參數：-d（設備地址）。
i2c-read：通過I2C接口讀取制定數量字節。必須指定的參數：-d（設備地址），-r（讀取的字節數）。
注：在V1.0.2版本中，將命令i2c-online改名為i2c-scan
注：在V1.0.2版本中，i2c-read新增參數-a，用于指定需要讀取的寄存器地址。

為了編寫程序的簡便，I2C的操作使用流的方式，即只能采用內置的通信方式（START，STOP）。不能指定RESTART。一般的I2C的讀取操作是 START+devAddr[Write]+regAddr+ReStart+devAddr[Read]+{some bytes}+STOP。由于不能采用ReStart，所以像這樣的讀取應該分成先寫在讀兩部分，即：

START+devAddr[Write]+regAddr+STOP
START+devAddr[Read]+{read some bytes}+STOP

devAddr代表設備地址
regAddr代表需要讀取或者寫入的寄存器地址。

我的I2C總線上掛接了一個LM75，但是我懶得查數據手冊去找他的設備地址，所以可以使用i2c-online查看所有在線的i2c設備的設備地址：

注：在V1.0.2種將i2c-online更改為i2c-scan，并根據設備地址添加了提示。如下圖。

通過這條命令查出了唯一的地址，0x90 。那么這個地址就是LM75的設備地址了。之后我們要進行的讀和寫的操作都要靠這個地址。其實這條命令的實現很簡單，只不過從0-127挨個詢問，看設備是否應達就行，通過邏輯分析儀抓包如下：（只截取了部分）

好了，有了地址就可以進行操作了，先來看看LM75的寄存器：

從上圖中可以看出，0x00是溫度寄存器的地址。要想讀這個地址處的數值，必須首先發送寄存器地址：

i2c-write必須要有-d參數，用于指示設備地址。其余的數據是要發送的數值。如果想通過i2c發送0x00 0x01 0x02 0x03 這四個數字可以使用這樣的命令：

i2c-write -d 0x90 0x00 0x01 0x02 0x03
i2c-write 0x00 0x01 0x02 0x03 -d 0x90
i2c-write 0x00 0x01 -d 0x90 0x02 0x03
...

設備地址0x90必須緊跟在-d的后面。除了i2c-write的位置之外，出現在什么地方都是可以的。

在發送完寄存器地址之后，就可以讀取寄存器中的數值了。查看數據手冊，可以看到LM75的溫度寄存器由兩個字節組成。在發送的時候先發送高字節，在發送低字節。

之后將兩個字節合并成一個16位的有符號數字，數字使用2的補碼表示。正溫度有正的有符號數表示（最高為是0），負溫度的最高位是1 。之后將數據去掉符號右移5位，加上符號，乘以0.125就是所需的溫度值。這里有幾個事例值，感興趣的話可以算一下：

先使用i2c-read來讀取一下這兩個字節：高字節在前：

最后來計算一下結果：0x16C0 >> 5 =0xB6 =186
所以溫度值為186*0.125=23.25

可以看出，煙臺的晚上還是非常涼爽的！

注：在V1.0.2版本中，i2c-read函數新增參數-a，用于指定寄存器地址（寄存器地址只能為1個字節。如果寄存器地址多于1個字節，只能使用先寫在讀的方式進行操作）。

另外，需要補充一點的是，i2c-write和i2c-read在正確寫入和讀取的時候不會輸出任何信息的。只有在發生錯誤的時候才會進行提示：

LM75A.pdf (137.07 KB, 下載次數: 7)

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V1.0.4命令文件說明

在1.0.4版本中，新增了直接發送命令文件這一特色。下面就針對命令文件結合TCP/IP芯片W5100，進行一下說明。

5100使用SPI方式進行通信，并且僅僅支持模式0. 還需要注意的是，對5100芯片進行讀寫的時候，SPI的速率不能太低。在之前的操作中，發現使用256KHz的SPI進行通信，不能正常的進行讀寫。因此在1.0.4版本中，將SPI的時鐘頻率提升到了4MHz。
上圖是SPI通信的協議圖。分為3部分。第一部分是操作碼。讀的時候，操作碼是0x0F
，寫的時候操作碼是0xF0 。第二部分是5100寄存器地址，2個字節，分為兩次發送。第三部分是需要寫的數據。1個字節。

看一下相關的寄存器：

比如說設置本機IP，就要分四次來寫（本機IP由4個字節組成，每次只能對1個字節進行讀寫），如果設置成為192.168.1.3，那么應該使用這樣的命令：