Projet STM32 sans IDE

Introduction

Abreviations

Sigle	Définition
CMSIS	Common MCU System Interface Standard
gcc	Gnu C Compiler
gdb	Gnu DeBugger
HAL	Hardware Abstraction Layer
MCU	MicroController Unit

Contexte

Ce projet consiste en un développement de logiciel pour un microcontrôleur STM32 en utilisant un environnement de développement bare metal sans IDE. Il n'utilise pas de système d'exploitation pour faire tourner le programme, mais accède directement au matériel. Cela nécessite une configuration manuelle des différents périphériques du microcontrôleur et une gestion directe de l'accès à la mémoire et aux entrées/sorties.

Pour mettre en œuvre ce projet, les outils suivants ont été utilisés : Make pour automatiser le processus de construction, un GCC pour compiler le code source en code binaire exécutable, GDB pour déboguer le code et OpenOCD pour charger le programme et faire l'interface entre la carte et GDB. Un makefile est utilisé pour définir les étapes de la construction, les dépendances entre les fichiers et les options de compilation. Le compilateur arm-none-eabi-gcc est utilisé pour compiler les fichiers source et créer des fichiers binaires exécutables pour le microcontrôleur. Le debugger gdb (gdb-multiarch) est utilisé pour déboguer le code en cours d'exécution sur le matériel, permettant de suivre l'exécution du code, de mettre des points d'arrêt et d'inspecter les variables. Enfin, OpenOCD est utilisé pour charger le programme sur la carte et pour établir une interface entre la carte et GDB.

Commandes

Les commandes à disposition dans le Makefile sont :

• make ou make all compile le programme vers ./build/target/final.elf.
• make flash compile et charge le programme sur la carte avec openocd.
• make clean ou make clean-main supprime les fichiers compiler liés au main.
• make clean-all supprime les fichiers compiler liés au main, au CMSIS et à la HAL.
• make debug charge le programme sur la carte et ouvre un serveur gdb. Cette commande est a utiliser avec make gdb.
• make gdb lance le gdb et le connecte au serveur produit par make debug. Cette commande doit être utilisée sur un second terminal.
• make echoes sert au debug du Makefile en printant certaines macros.

Outils

Les outils necessaires au fonctionnement de ce projet sont :

• make
• arm-none-eabi-gcc
• gdb ou gdb-multiarch
• openocd

Make

Make est un outil de construction automatisé pour compiler les logiciels, il lit un fichier de configuration "makefile" pour construire les parties du logiciel, il permet de gagner du temps en ne recompilant que les parties modifiées et de gérer les dépendances entre différents fichiers pour créer des exécutables ou des bibliothèques.

Pour installer l'outil make il faut executer la commande :

• sudo apt install make sous Ubuntu
• brew install make sous MacOS

arm-none-eabi-gcc

GCC est un outil important pour les étudiants en développement de systèmes embarqués. Il est un compilateur libre qui convertit les codes écrits dans divers langages en fichiers exécutables pour les processeurs embarqués. Il est utilisé pour construire des applications et des bibliothèques pour les systèmes embarqués, et peut générer des codes pour différentes architectures. Il est un outil polyvalent pour le développement de systèmes embarqués.

Attention dans ce projet nous avons utilisé la dernière toolchain ARM pour compiler le projet : la 10.3-xx (sur MacOS nous avons téléchargé la 10.3-2021.07 et sur Ubuntu nous avons téléchargé la 10.3-2021.07).

Sous Ubuntu, pour telecharger la dernière toolchain il faut faire :

• sudo apt install gcc-arm-none-eabi sous Ubuntu (fonctionne avec Ubuntu 22.10)
• brew install arm-none-eabi-gcc sous MacOS

Il faut verifier que la version 10.3-2021.07 (ou version ultérieur) s'est téléchargée sinon l'installer manuellement.

gdb ou gdb-multiarch

GDB est un débogueur logiciel utilisé pour trouver et corriger les erreurs dans les programmes. Il permet aux développeurs de suivre l'exécution d'un programme pas à pas, de mettre des points d'arrêt pour interrompre l'exécution à des moments précis, de visualiser les variables et les données de la mémoire, et de déboguer des programmes distribués. Il est souvent utilisé en combinaison avec des compilateurs tels que GCC pour permettre un développement efficace des programmes.

Pour installer le debugger il faut executer la commande :

• sudo apt install gdb-multiarch sous Ubuntu
• brew install gdb sous MacOS

openocd

OpenOCD est un logiciel open source pour déboguer et programmer des systèmes embarqués. Il prend en charge un grand nombre de processeurs et de plateformes de développement, et permet de déboguer des systèmes en utilisant des protocoles comme le JTAG. Il permet également la programmation de flash et la vérification de la mémoire.

Pour installer l'outil openocd, sous Ubuntu il est recommandé de compiler openocd sur la machine. Neanmoins sur des versions récente de Ubuntu (dans mon cas 22.10), il suffit de faire : sudo apt install openocd

Pour compiler openocd. Il faut avoir au prealable installé les outils :

• autoconf
• libtool
• pkg-config
• libusb-1.0-0
• libusb-1.0-0-dev

Il faut ensuite telecharger les codes sources de openocd, et les compiler en faisant :

1. git clone git://git.code.sf.net/p/openocd/code openocd-code
2. cd openocd
3. ./bootstrap
4. ./configure --enable-ftdi --enable-stlink
5. make
6. sudo make install Et normalement openocd est prêt à l'emploi.

Sous MacOS l'utilisation de brew fonctionne avec : brew install openocd

Documentations

Tutos utilisés :

• Bare Metal - From zero to blink
• STM32 without CubeIDE Part 1
• STM32 without CubeIDE Part 2
• OpenOCD from scratch
• Quick Introduction to Debugging with GDB + OpenOCD

Code source STMicroelectronics :

• STM32CubeF4