单片机开发应用经验总结

本文最后更新于：2022年9月18日 凌晨

Debug调试

STM32CubeIDE Debug时现场表达式live expressions不准确问题

Debug时，有三种方法监测变量，如下，从左到右

  • Variables 可以自动监测断点所在空间的变量，不可自定义添加：例如断点在函数内，只能看到该函数内部变量，断点不在函数内，则可以查看所有全局变量。另外若断点只要在类的.c文件中，就可以查看全部类成员变量（非成员变量和前面规则一样）
  • expressions 只可以查看全局变量，需要自己手动添加。只能打断点监测，无法在运行时看不到数据变化
  • live expressions 现场表达式：和expressions 类似，但可以在Debug运行时，实时监测
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以下时在实际项目测试时遇到的问题，监测ADS1256的通道采集值，可以看到左侧现场表达式监测的0通道是没有数据的，1通道有数据567。但此时右侧的expressions监测可以看到0通道是有数据567。expressions和live expressions现场表达式监测错了一个通道数据，这里还使用串口打印通道值，输出和expressions监测一致

由此判断live expressions现场表达式在使用时会存在监测错误。以后遇到类似问题，建议使用expressions和串口打印验证，不要直接断定是硬件或程序错误。

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STM32CubeIDE Debug时通信问题

在Dubug时，凡是遇到数据通信的语句，在其前后打断点，不要在该语句上打断点，可能导致数据通信错误

如下图所示，在132和134行打断点没问题。但在133行打断点后，发现id的数据就会出现问题。所以不要在改行打断点。类似的，其它涉及通信的也要注意这点
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调试直接进 HardFault_Handler 错误

如果在调试刚运行或者运行一段时间进入以下错误中，有几类可能原因

  1. 结构体没有分配内存
  2. 数组寻址越界
  3. 指针没有分配空间，野指针
  4. 还是指针，检查所有指针，看赋值、寻址、初始化等等有没有问题
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/**
  * @brief This function handles Hard fault interrupt.
  */
void HardFault_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN HardFault_IRQn 0 */

  /* USER CODE END HardFault_IRQn 0 */
  while (1)
  {
    /* USER CODE BEGIN W1_HardFault_IRQn 0 */
    /* USER CODE END W1_HardFault_IRQn 0 */
  }
}

GPIO_Analog 引脚模式-STM32CubeMX-2019-05-17

修正日期：2021-03-15

最近开始学习使用STM最新的编译器STM32cubeIDE，直接从Keil转移过来的。之前也没用过CubeMX。

这里在配置引脚模式时，遇到了一个问题：GPIO_Analog 是什么模式？之前似乎从没遇见过。

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上网搜了一通，找到ST官方社区的两个问答，才解决了疑惑。

再结合参考手册描述：
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总结起来就两个：

1、模拟配置会关闭引脚的一切内部相关联设施，此时普通 I/O 操作失效（不能读也不能输出）。因此引脚功耗为0。因此可以通过将引脚配置为该模式来降低芯片功耗。
2、模拟配置另外好处就是保证了这个引脚是 “干净” 的，如果和外部连接，那个该引脚就完全反映了外部引脚状态。因此将该引脚内联到A/D 片上外设，就可以精确测量引脚的模拟值了。实际上在我们将引脚复用为 A/D 功能时，就会默认配置为 Analog 模式。

结构体使用前必须分配内存-2019-5-18

最近再将原Keil5中的STM32工程移植到Atollic TrueSTDIO for STM32上，顺便使用STM32CubeMX简化初始化配置，减小工作量。更具体的原因则是涉及到版权和商业化问题，另外Keil所有版本的破解版都是2020年到期，我很慌啊。。。

但移植就以为这一堆问题，工程文件配置什么的都好解决，今天遇到的是程序上的问题。那就是：结构体使用前必须分配内存

原Keil函数里使用用到结构体的，但我在一个函数中申明了它却没有申请内存，关建是编译没有错误和警告，而且实机测试也是成功的。而今天原模原样照搬到TrueSTDIO上，编译也是没有错误和警告的，但实机测试情况是能跑，但不正常。最后一点点在线调试，才发现是结构体的问题，遂申请内存空间，问题解决。最后为了解答心中疑惑，我又测试了一下：

TrueSTDIO调试，出错输出信息：

硬故障HardFault

硬故障详细信息
总线，存储器管理或使用失败（FORCED）

总线故障详细信息
不精确的数据访问冲突（IMPRECISERR）

故障发生时，堆栈指针的值。请确认这个值指向一个有效的堆栈内存区域。
MSP = 主堆栈指针
PSP = 进程堆栈指针

编译测试

在线代码编译：（经常用来跑测试）
https://www.onlinegdb.com/

测试代码：

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#include <stdio.h>

typedef struct{
	__uint16_t a;    // 随意的变量
	__uint16_t b;
} test;

int main() {
    test * test1 = NULL; 
    //test1=(test*)malloc(sizeof(test));//分配内存
    test1->b=5; 
    printf("b = %d",test1->b); 
    return 0;
}

上面将内存分配注释掉，运行时直接报错编译不通过，输出结果：Segmentation fault (core dumped)

去掉注释后，就正常了，输出结果：b = 5

同时我也在C++环境下测试，同样的结果。

结论

至此得出结论：结构体在使用时是必须要分配内存的；Keil 5在编译时，可能对结构体会有优化，使得不分配内存也不会出错。

补充备忘

另外还涉及到另一个知识：字节对齐 _packed 问题，这里自己并不是很懂，能看明白啥意思，但究其原因还是不行。下面内容作为备忘，以后再来解答。

https://blog.csdn.net/lafengxiaoyu/article/details/53032963
http://bbs.pfan.cn/post-284115.html
https://blog.csdn.net/lanzhihui_10086/article/details/44353381# https://blog.csdn.net/u014717398/article/details/55511197
https://www.cnblogs.com/King-Gentleman/p/5940480.html

IO部分引脚不工作

测试环境

  • STM32G031G8 芯片
  • SWD下载接口
  • Micro-USB 硬件接口（SWD接在数据引脚上）

描述

micro-usb 为手工焊接，导致接触不良，使得程序调试下载时，一会可以一会报错（无法下载）。但正常下载后，发现部分引脚无输出（测试程序令所有引脚输出高电平），部分有输出。检查了硬件设计没有问题，程序也没问题。重新焊接了 MCU，问题依旧未解决。遂根据下载不正常判断是不是 usb 焊接问题。重新焊接，下载程序不再故障，IO 输出也都正常。

结论

一开始下载不正常时就应该判断出 usb 没焊好，但心存侥幸、懒。没去在意和解决。
事出离奇必有妖。不能容得半点马虎。
至于为何接触不良会导致程序执行不正常，猜测是下载数据传输错误。具体原因无法深究查明。

程序下载、下载器连接问题

测试环境

  • STM32G031G8 芯片
  • SWD下载接口

描述

一只在测试芯片的软件低功耗功能，启用了停止模式。开始下载调试一切正常，第二天再下载调试，就提示无法下载，提示如下错误信息：

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Error message from debugger back end:
Error finishing flash operation

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之后再网上找到一种解决办法，重新擦除 MCU 的内部 flash，才能继续正常下载。

使用软件 ST-LINK utility 连接，并擦除，后可正常下载程序

实测H750这里直接连接无法连接，需要先将boot0 置高，再连接，擦除后。再将boot0恢复置低。

Keil 无法下载，但STM32CubeIDE可以下载

使用 Keil 下载程序时，出现以下错误。

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同时查看 下载配置，会发现 ST-Link并未被识别到。但是我使用 STM32CubeIDE下载时却可以识别并调试下载。

查看资料

是ST-Link固件太新了，因为我之前一直使用 STM32CubeIDE，使得 ST-Link 固件一直保持在最新状态，但是我安装的 Keil 是 5.15 版本的，属于很老的版本了。所以 Keil 并未u识别。

解决办法：

进入 Keil 的安装目录，我的是

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D:\Keil_v5\ARM\STLink

点击 ST-LinkUpgrade.exe 文件运行
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重新插拔 ST-Link，点击 Device Connect，然后再点击 Yes，就完成了固件的下载。这里的固件是 Keil 安装自带的，也就是适配你安装的这个 Keil 软件的，所以一定是可以识别并使用的。

之后就可以正常下载了。

突然无法下载，于是尝试使用 ST-LINK utility 连接下载，依然无法连接失败。又尝试使用ST-LINK upgrade 连接，弹窗显示报错 “the content of STLink is corrupt” ，意思说是仿真器损坏，貌似遇到这个问题的人不多，用windows版程序升级固件的时候报这个错，解决办法是用 java 版的升级程序来升级固件。

在 官网 下载 STSW-LINK007，解压文件中找到 STLinkUpgrade.jar ，双击运行即可（需提前安装JAVA）。之后再使用ST-LINK upgrade更新一次固件

但我这里更新了固件之后依然是无法使用的，连接不上，于是使用 ST-LINK utility 连接下载器，从该软件内再更新一次固件，就好了。必须从这个软件中更新？？？
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参考链接

问题：
芯片使用离线下载器，下载时设置了读保护。这次使用ST-Link连接无法下载代码，提示芯片程序存储空间无法擦除
以下是STM32CubeIDE控制台输出的信息。

图 1

解决方法：

  1. 使用ST-Link连接到STM32芯片，点击Connect
    图 2
  2. 软件会弹出以下警告，提示无法读取内存，存在读保护
    图 3
  3. 进入修改选项字节
    图 4
  4. 将读保护等级修改为Level 0。取消所有扇区保护勾选。单击 Apply 重新写入选项字节。
    图 5
  5. 等待写入完成。
    图 6
  6. 写入完成
    图 7

之后就可以正常的下载、调试程序了。

参考连接

经过测试，如果你的芯片之前没有设置过 读保护，是不会出现该问题，也不需要阅读后续内容。

在使用 ST-LINK utility 连接 之前设置了读保护的芯片，并使用该软件擦除了flash用于删除读保护配置，可删除之后就怎么也无法连接设备了，显示
“Can not connect to target!
Please select “Connect Under Reset” mode from Target->Settings menu and try again.
Can’t reset the core”
图 2

具体状态：

  • 擦除 flash 后，ST-LINK utility 无法连接设备，也就无法下载程序
  • 使用脱机下载器，正常连接、下载程序。
  • 使用 IDE（STM32CubeIDea） 仿真调试，可以正常连接、下载程序。
  • 使用上述两种方法下载程序之后再使用 ST-LINK utility 擦除 flash，ST-LINK utility 依旧无法连接设备

总之就是 ST-LINK utility 擦除 flash 之后，，ST-LINK utility 就无法连接设备。

解决方法：

  • ST-LINK utility 菜单栏中点击 Target ->　Settings...。按照下图修改，并点击 OK 保存。
    图 1
    实测修改配置后，无论芯片之前有没有设置读都保护，ST-LINK utility 都可以正常擦除 flash，并连接下载程序

参考链接

出现问题原因：
芯片使能了读保护。在使用 ST-LINK utility 连接设备后，没有先取消保护，直接点击下载程序，提示错误（有读保护无法下载）后
图 1
在 ST Link->Target->Option Bytes 中将读保护去除，再重新连接设备，擦除芯片，显示擦除失败，也无法下载新程序
图 1

解决办法：

  1. 进入ST Link->Target->Option Bytes.
    我们可以看到经过上面的操作，这里的读保护等级竟然变成了0（原本应该是1或2）
    将保护等级改为1，并勾选 PCROP_RDP ！勾选 PCROP_RDP ！勾选 PCROP_RDP ！。然后单击apply应用更改，成功后软件弹窗提示芯片有读保护。
    图 8
  2. 重新连接芯片。将保护等级改为0，保持勾选 PCROP_RDP ！。然后单击apply应用更改，成功后软件自动退出Option Bytes。
    此时我们再重新打开Option Bytes。保护等级仍为0，但PCROP_RDP 勾选已经自动消失了。
    这时候我们就可以正常擦除芯片，下载程序了。
    图 9

提醒：对于有读保护的芯片，一定要先去除读保护，才能下载程序。不可直接硬刚直接下载，否则就会导致这里的可以连接但无法擦除、下载的错误。

以上错误出现的根本原因是我们强行下载，导致PCROP保护启动。PCROP保护应该是下载器设置读保护时添加的，

PCROP是闪存中IP-code的读写保护。PCROP应用于扇区（0至7），保护专利代码不被最终用户代码、调试器工具或RAM Trojan代码修改或读取。
通过ITCM或AXI总线对PCROP扇区的任何读访问（获取操作除外）都会触发：

  • 给定总线上出现总线错误
  • FLASH_SR状态寄存器中RDERR标志置位。如果FLASH_CR寄存器中读错误中断使能位（Read Error Interrupt Enable，RDERRIE）置位，也会生成一个中断。

任何对PCROP扇区的编程/擦除操作都会触发WRPERR标志错误。受保护的IP-code可以很容易地被最终用户应用程序所调用，并且仍能受到保护，不可直接访问IP-code本身。PCROP不会阻止执行受保护的代码。

如何禁止PCROP
根据RDP级别，如果RDP级别为1或0，则PCROP保护可被禁用，但是如果RDP设置为级别2，PCROP不能被禁用。当RDP设为级别2，所有选项字节都会被冻结，不能修改。因此，PCROP保护的扇区不能再被擦除或修改，这样就成为永久性保护。
禁用受保护扇区上PCROP的唯一方式是：

  • 清除对应扇区的PCROPi位（多个扇区可同时可进行）
  • 实现从级别1退回到级别0•
  • 将PCROP_RDP位置位

如果PCROP_RDP位被置位，则执行主闪存的批量擦除，并根据PCROPi值，对应扇区的PCROP保护保持使能或禁用。
如果PCROP_RDP位被清零，则完全批量擦除由部分批量擦除所代替，该部分页面擦除是对PCROP激活的存储区内进行连续页面擦除（PCROP保护的页面除外）。这样做是为了保持PCROP代码

参考资料

Keil 打开闪退

之前装过 Keil 软件，卸载了。现在 又重新安装。但是当安装完成后，点击图标打开软件，软件界面显示几秒钟后，就自动推出了。怎么也打不开软件。每次点击都是闪退。

后来尝试安装了很多版本，最新的，旧的。都试过，问题依旧。

然后我尝试点击了一下 一个 keil 工程文件（自动使用 keil 打开），然后 Keil 就打开了。。。难道keil打开需要先加载一个工程文件吗？

不同型号单片机SPI通信时序不同

采用STM32F103RCT6，设置为单向主模式，通信时序如下：
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采用STM32F401CCU6，设置为单向主模式，通信时序如下：
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橙色是时钟 SCK，蓝色是数据发送 MOSI。其中红框部分为一个主程序循环，每个循环发送两次数据。可以看到 103 的时序似乎有些问题，其中一个数据的发送看似是平的，而 401 的则正常。但两者都可以驱动设备正常工作（屏幕显示）。一开始怀疑是硬件问题或者底层配置问题，纠结一天没有解决。然后，当我把这两个图放在一起对比时，忽然明白：那个看似时平的数据时序其实也是在发送数据，不过他的数据全是1。查看程序，果然，103 驱动屏幕显示的颜色在白色和红色之间切换，而白色对应的数据为 0xFFFF，导致波形数据是平的。401的则是在蓝色和红色之间切换。

所以这并不是问题，只是再次提醒自己，遇到问题应冷静分析，使用数据说话，而不是在哪瞎猜或者瞎尝试。

IO映射偏移

https://ebf-stm32f429-tiaozhanzhe-std-tutorial.readthedocs.io/zh_CN/latest/book/GPIO_bit.html
https://msd.misuland.com/pd/4146263742822225282

从Flash读取bin图片显示

  • 一开始调试时，始终显示错误，查看读取的数据 移植为0.发现再初始化时程序进行了flash的读写操作，导致bin文件变成了空文件。

测试环境

J-Link：淘宝购买的J-Link V9.5（非官方）
设备：SAME54P20A MCU（自制）
软件IDE：Atmel Sudio 7
下载模式：SWD三线（CLK，DIO，GND）

错误类型

以下皆为在IDE中单击调试下载按钮 Debugging之后，出现的弹窗错误。

错误1：

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Secured Atmel SAMD device detected.
For debugger connection the device needs to be unsecured.
Note: Unsecuring will trigger a mass erase of the internal flash.

检测到安全保护的Atmel SAMD设备。
对于调试器连接，设备需要安全解除。
注意：安全解除会触发内部闪存的大量擦除。

错误2：

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Failed to launch program
Error:Error connecting to device over SWD

无法启动程序
错误：通过SWD连接设备时出错

错误3：

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Failed to launch program
Error:Unexpected Chip Identifier 0x23000042（expected 0x61840300）

无法启动程序
错误：意外的芯片标识符0x23000042（预期的0x61840300）

解决方案

一开始我是各种搜索问题答案，但是资料是在太少，且基本是没有解决问题。自己整了2小时，才解决。

问题竟是出在杜邦线上，我是使用杜邦线连接J-Link和设备的，且下载速率设为了4MHz。这就导致两个问题：

  • 杜邦线接触不良，会导致错误1或错误2
  • 杜邦线下载速率太高，会导致错误2或错误3

解决方法：

  • 更换杜邦线，选择接头紧的，不要出现松动
  • 降低下载速率，1MHz以下

错误补充

  1. 一个程序两次下载，一次正常，一次死机，死机时：Debug发现系统执行直接报错。此时重新插拔J-Link，重新下载，问题解决，也是无语。。。

RT_Thread

STM32串口程序printf突然不能用

今天重新打开串口程序下载，发现printf不能使用了（printf使用重定义实现）。但自己并没有更改什么啊？
于是重新建立工程，并将原来的程序一模一样复制过来，下载执行却可以了。推测时工程文件除了问题，对比二者的文件内容，发现原来的工程文件 Core -> Src 下少了两个文件：syscalls.c 和 sysmem.c 。于是复制过去，重新编译下载，一切正常。

printf重定义使用的 _write 就是在该文件中。

01-专业
单片机开发应用经验总结
http://lonlypan.com/2020/10/09/单片机开发应用经验总结/
作者
LonlyPan
发布于
2020年10月9日
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