Mikrokontrolery STM32 - Obsługa portów IO, przerwań i timerów z wykorzystaniem funkcji API.pdf - STM32 - kaczor1000

PODZESPOŁY

Obsługa portów we/wy,

przerwań i timerów

z wykorzystaniem funkcji API

Pierwszą umiejętnością, jaką trzeba nabyć, gdy rozpoczyna się

pracę z nową rodziną mikrokontrolerów jest zapanowanie nad

portami we/wy, przerwaniami i timerami, ponieważ stanowią

one pomost łączący MCU ze światem zewnętrznym. W artykule

przedstawiamy informacje, jak tego dokonać w przypadku

mikrokontrolerów STM32 w oparciu o płytę ewaluacyjną

STM3210B – EVAL/A.

stany swoich wejść na wyjściach, innymi słowy

diody sygnalizacyjne mają się zapalać w takt

zmian poziomu logicznego na wejściach. Jest

to zrealizowane przy pomocy joysticka znaj-

dującego się na płycie ewaluacyjnej. Biorąc po

uwagę budowę płyty uruchomieniowej, wej-

ścia z podłączonym joystickiem należy skon-

ﬁgurować jako „pływające” ( input ﬂoating ),

natomiast wyjścia jako push–pull . Praca wyjść

w konﬁguracji push–pull oznacza, że dzięki

odpowiedniemu podłączeniu wewnętrznych

tranzystorów MOS, ustawienie wyjścia w stan

logicznej „1” spowoduje pojawienie się na

końcówce układu napięcia zasilania, nato-

miast ustawienie w programie logicznego „0”

będzie skutkowało podaniem na wyprowa-

dzenie układu potencjału masy.

By dobrze wykorzystać możliwości portów

we/wy, w pierwszej kolejności należy je odpo-

wiednio do określonego zadania skonﬁguro-

wać. Najpierw jednak zostanie przedstawiony

mechanizm, jaki wykorzystują do pracy funk-

cje API.

Dla każdego urządzenia, czy jest to GPIO,

kontroler przerwań, czy jakikolwiek inny ele-

ment systemu, są stworzone odrębne typy da-

nych. W przypadku portów we/wy nazywają

się one GPIO_TypeDef, zaś do inicjacji jest wy-

korzystywany typ GPIO_InitTypeDef. Z punktu

widzenia programisty największe znaczenie

ma typ inicjujący, ponieważ to właśnie zmien-

ną tego typu jawnie tworzymy w pisanym

kodzie. Typ GPIO_TypeDef zapewnia dostęp

do poszczególnych rejestrów mikrokontrole-

ra i jest wykorzystywany przede wszystkim

przez funkcje API, natomiast zmienna typu

GPIO_InitTypeDef musi istnieć w każdej apli-

kacji wykorzystującej porty we/wy, ponieważ

jest wykorzystywana do inicjalizowania i kon-

ﬁgurowaniaportów.Na list. 1 przedstawiono

kluczowy fragment kodu odpowiedzialny za

konﬁgurację portów oraz operacje na nich.

Utworzona na początku zmienna GPIO_Init-

Struct jest, de facto , strukturą. Inicjowanie

pinów lub w szczególnym przypadku całego

portu odbywa się w ten sposób, że wypełnia

się poszczególne pola struktury, a następnie

Operowanie bezpośrednio na rejestrach ja-

kiegokolwiek 32–bitowego procesora lub mi-

krokontrolera nie należy do zadań prostych.

Mimo, iż samo napisanie (stosunkowo zaawan-

sowanych) aplikacji przy użyciu nazw rejestrów

jest możliwe, to wprowadzanie zmian do ist-

niejącego kodu po upływie na przykład kilku

miesięcy, dodatkowo przez osobę, która nie

jest autorem programu, jest w zasadzie nie-

możliwe do wykonania w sensownym czasie.

Z tego powodu do takich operacji programiści

wykorzystują funkcje o mniej lub bardziej koja-

rzących się nazwach. Jeżeli mamy do czynienia

z bardzo skomplikowanym projektem wyko-

rzystującym wiele peryferiów mikrokontrolera,

to napisanie stosownych funkcji jest praco-

chłonne i wymaga dobrej znajomości architek-

tury mikrokontrolera. Firma STMicroelectronics

zauważyła ten problem i udostępnia komplet-

ne biblioteki API, które pozwalają w pełni kon-

trolować MCU. W pewnych przypadkach może

oczywiście zajść potrzeba bezpośredniego

odwołania się do rejestru, we wszystkich po-

zostałych funkcje API znacznie skracają czas po-

trzebny na napisanie i uruchomienie aplikacji.

Zasada wykorzystania biblioteki API zostanie

przedstawiona przy okazji omówienia obsługi

portów we/wy. Kompletne listingi przykładów

można znaleźć na stronie http://paprocki.we-

mif.net .

Porty wejścia/wyjścia

Porty we/wy mikrokontrolerów STM32

mogą pełnić do ośmiu funkcji. Oprócz pracy

jako alternatywne wejście lub

wyjście, określone wyprowa-

dzenie może być skonﬁguro-

wane jako: wejście „pływa-

jące”, pull–up , pull–down ,

lub jako wejście analogowe.

W konﬁguracji wyjścia wy-

prowadzenie może pracować

w konﬁguracji z otwartym

drenem lub push–pull . Uprosz-

czoną budowę takiego uniwer-

salnego portu przedstawiono

na rys. 1 .

Sposób konﬁgurowania

i obsługiwania GPIO ( General

Purpose Input Output ) wyjaś-

nimy może na niezbyt wyraﬁ-

nowanym przykładzie, jednak

dzięki temu będzie on przej-

rzysty i czytelny.

Układ ma odzwierciedlać

Rys. 1. Uproszczona budowa portu uniwersalnego

104

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2008

Mikrokontrolery STM32

Obsługa portów we/wy, przerwań i timerów w mikrokontrolerach STM32

List. 1. Kluczowy fragment kodu odpowiedzialny za konﬁgurację portów oraz operacje na

nich

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

int main(void)

{

RCC_Conf();

NVIC_Conf();

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |

GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_12 |

GPIO_Pin_14;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);

while (1)

{

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_14))

GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_6);

else

GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_6);

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_8))

GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_9);

else

GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_9);

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_1))

GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_8);

else

GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_8);

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_0))

GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);

Tab. 1. Przykład remapowania pinów

Timera 3

całkowity

remap-

ping

TIM3_CH1 PA6 PB4 PC6

TIM3_CH2 PA7 PB5 PC7

TIM3_CH3 PB0

częściowy

remap-

ping

PC8

TIM3_CH4 PB1

PC9

Funkcje alternatywne

i „ remapping ”

W niektórych przypadkach ﬁzyczne rozmiesz-

czenie elementów na docelowej płytce drukowa-

nej nie pozwala na podłączenie urządzenia, bądź

elementu zewnętrznego do wyprowadzenia, które

jest domyślnie powiązane z interesującą projek-

tanta alternatywną jego funkcją. W takich sytua-

cjach na ratunek przychodzi możliwość „przema-

powania” ( remapping ) GPIO. Jeśli więc przypisanie

danej funkcji alternatywnej, np. portu USART nie

odpowiada potrzebom projektowanej aplikacji, to

można ową funkcję przepisać do innego, bardziej

odpowiedniego dla aktualnego zastosowania wy-

prowadzenia. Takie zabiegi mogą być przeprowa-

dzane tylko dla ściśle określonych wyprowadzeń,

co jest szczegółowo podane w nocie katalogowej

każdego mikrokontrolera z rodziny STM32. Przy-

kłady możliwości zmiany funkcji różnych pinów

dla czterech kanałów Timera 3 są przedstawione

w tab. 1 , natomiast jedno z możliwych rozwią-

zań programowych przedstawiono na list. 2 . Do

zmiany przypisania domyślnego funkcji alterna-

tywnej służy funkcja GPIO_PinRemapConﬁg . Infor-

macje, które należy przekazać funkcji to określenie

interesujących nas peryferiów, podanie czy prze-

mapowanie ma być tylko częściowe, czy całkowite

oraz czy włączamy, czy wyłączamy remapping .

Przedstawiony fragment kodu sprawi, że Timer

3 będzie sterował wyjściami od GPIO_Pin_6 do

GPIO_Pin_9. Należy oczywiście pamiętać o włą-

czeniu taktowania dla funkcji alternatywnej i sa-

mego portu (tutaj będzie to port GPIOC) w bloku

konﬁguracji sygnałów zegarowych i zerowania

– funkcja RCC_Conf .

else

GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);

}

List. 2. Zmiana funkcji pinów Timera 3

void GPIO_Conf(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

GPIO_PinRemapConﬁg(GPIO_FullRemap_TIM3, ENABLE);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 |

GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

}

przekazuje tak przygotowaną zmienną przez

referencję do funkcji inicjującej. W przedsta-

wianej sytuacji, w naszym kręgu zaintereso-

wań leżą wszystkie trzy pola struktury GPIO_

InitStruct. W pierwszej kolejności ustalamy,

które z pinów będą konﬁgurowane, następ-

nie wybieramy żądany tryb pracy, w tym przy-

padku będzie to wyjście push-pull lub wejście

pływające ( input ﬂoating ). Następnie ustala-

my maksymalną prędkość, z jaką będą mogły

pracować wyprowadzenia układu. Tak przy-

gotowaną zmienną należy przekazać poprzez

referencję w argumencie do funkcji inicjującej

GPIO_Init , podając przy tym również, do ja-

kiego portu mają być zastosowane wybrane

ustawienia. Odczytywanie stanu wyprowadze-

nia, dzięki zdeﬁniowanym przez ﬁrmę STMic-

roelectronics bibliotekom jest bardzo proste,

gdyż podajemy jedynie nazwę konkretnego

portu oraz pinu – instrukcje tego typu zawiera

nieskończona pętla while(1) z list. 1.

Producent mikrokontrolerów STM32 zale-

ca, aby wszystkie nieużywane wyprowadzenia

były skonﬁgurowane jako analogowe wejścia,

czego konsekwencją jest mniejsze zużycie

energii oraz większa odporność na EMI. O ile

w mniejszych jednostkach 8-bitowych miało

to mniejsze znaczenie, to należy pamiętać,

że tutaj mikrokontroler pracuje z dużo więk-

szą częstotliwością, ponadto znaczna część

rodziny STM32 posiada relatywnie dużą licz-

bę wyprowadzeń, zatem takie ich ustawienie

ma istotne znaczenie dla optymalizacji pracy

systemu.

Przerwania zewnętrzne

Jak wiadomo, aby system mikroprocesorowy

poprawnie radził sobie z przychodzącymi zda-

rzeniami, czy to ze świata zewnętrznego przez

porty we/wy, czy od wewnętrznych peryferiów,

w ogromnej większości przypadków muszą

być one obsługiwane przez przerwania. Ma to

szczególne znaczenia dla zadań krytycznych,

w których nie może być mowy o zbyt dużych

opóźnieniach w wykonaniu owego zadania, ani

tym bardziej o pominięciu zdarzenia. Często nie

zauważa się tego problemu, ponieważ wydaje

się, że na przykład cykliczne sprawdzanie w pętli

stanu danego wejścia jest wystarczające. Nieste-

ty takie podejście prędzej czy później powoduje

generowanie błędów w pracy urządzenia. Jeżeli

mamy do czynienia z projektem hobbistycz-

nym, to nie jest to specjalnie dotkliwe, jednakże

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2008

105

funkcja domyślnie

PODZESPOŁY

Rys. 2. Relacje pomiędzy przerwaniami

List. 3. Fragment programu wykorzystującego przerwanie zewnętrzne

int main(void)

{

RCC_Conf();

#ifdef VECT_TAB_RAM

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_RAM, 0x0);

#else /* VECT_TAB_FLASH */

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x0);

#endif

/* Wybranie grupy priorytetów */

NVIC_PriorityGroupConﬁg(NVIC_PriorityGroup_1);

/* Konﬁguracja NVIC i wlaczenie obslugi przerwania */

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

GPIO_Conf();

/* Poinformowanie uC o zrodle przerwania */

GPIO_EXTILineConﬁg(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource9);

/* Bedzie generowane przerwanie na zboczu opadajacym na EXTI_Line9 */

EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line9;

EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;

EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;

EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);

/* Wygenerowanie przerwania EXTI_Line9 programowo */

EXTI_GenerateSWInterrupt(EXTI_Line9);

while (1);

}

/******* zawartosc pliku stm32f10x.it.c *******/

/* Funkcja oblugi przerwan zewnetrznych od 9 do 5 */

void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line9) != RESET)

{

/* Przerwanie wywoluje zmiane stanu wyprowadzenia */

GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_6, (BitAction)

((1-GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_6))));

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line9);

}

w przypadku rozwiązań komercyjnych nie moż-

na już sobie na takie błędy pozwolić.

W mikrokontrolerach z rdzeniem Cortex M3

za obsługę przerwań odpowiada sprzętowy

kontroler przerwań (NVIC). Dzięki niemu pod-

program, który ma się wykonać po nadejściu

przerwania jest wywoływany szybciej, a sama

implementacja obsługi przerwań jest łatwiejsza,

niż miało to miejsce w przypadku rdzeni ARM7

i ARM9.

Fragment programu, który działa w oparciu

o zewnętrzne przerwanie przedstawiono na

list. 3 . Najważniejsza jest właściwa konﬁguracja

MCU, natomiast program, jaki ma być docelowo

wywołany umieszcza się w pliku stm32f10x_it.c ,

który, przy wykorzystaniu pakietu CrossWorks,

Keil lub Iar, znajduje się domyślnie w projekcie.

System ustalania priorytetów w mikrokon-

trolerach wyposażonych w rdzeń Cortex M3

jest rozdzielony na dwie części. Przerwania mają

przypisany priorytet główny, tzw. Preemption

prioritet , ponadto ustalany jest dodatkowy

poziom podpriorytetów ( subprioritet ). Rela-

cje pomiędzy nimi przedstawiono na rys. 2 .

Taki podział ma uzasadnienie w działaniu: gdy

obsługiwane jest w danej chwili przerwanie

i nadejdzie zgłoszenie od innego przerwania, to

NVIC porównuje priorytety główne. Jeżeli nowe

przerwanie dysponuje wyższym priorytetem, na-

stępuje jego wywłaszczenie i ono będzie teraz

wykonywane. Wartości podpriorytetów mają

jedynie znaczenie w momencie, gdy wystąpią

dwa przerwania o takim samym priorytecie

List. 4. Odmierzanie czasu z wykorzystaniem timera SysTick

int main(void)

{

RCC_Conf();

GPIO_Conf();

NVIC_Conf();

/* SysTick bedzie taktowany z f = 72MHz/8 = 9MHz */

SysTick_CLKSourceConﬁg(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);

/* Przerwanie ma byc co 1ms, f = 9MHz czyli liczy od 9000 */

SysTick_SetReload(9000);

/* Odblokowanie przerwania od timera SysTick */

SysTick_ITConﬁg(ENABLE);

/* Wlaczenie timera */

SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Enable);

while (1);

}

/******* zawartosc pliku stm32f10x.it.c *******/

/* Funkcja oblugi przerwania od SysTick timer */

void SysTickHandler(void)

{

if(TDelay == 500) //co 500ms

{

TDelay = 0;

/* zmienia stan portu na przeciwny */

GPIO_Write(GPIOC, (u16)~GPIO_ReadOutputData(GPIOC));

}

TDelay++;

}

głównym w tym samym czasie. W takiej sytu-

acji w pierwszej kolejności zostanie obsłużone

przerwanie o wyższym podpriorytecie. Progra-

mista wybierając tzw. grupy priorytetów ( Priori-

ty Group ) może ustalać relację pomiędzy liczbą

poziomów priorytetów głównych, a liczbą pod-

priorytetów w zależności od wymagań danej

aplikacji. Takich „zestawów” mikrokontrolery

STM32 obsługują pięć (od 0 do 4). Jeżeli w do-

celowym urządzeniu przewidujemy konieczność

106

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2008

Obsługa portów we/wy, przerwań i timerów w mikrokontrolerach STM32

List. 5. Fragment programu odpowiedzialny za odpowiednie skonﬁgurowanie układu liczni-

kowego

int main(void)

{

RCC_Conf();

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

NVIC_Conf();

GPIO_Conf();

Tab. 2. Przykładowe przypisanie prio-

rytetów i podpriorytetów

grupa

preempiton

priority

subpriority

NVIC_

PriorityGroup_0

0 bitów 4 bity

NVIC_

PriorityGroup_1

1 bit 3 bity

NVIC_

PriorityGroup_2

2 bity 2 bity

// Konﬁguracja Timera 3

TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 999;

TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 0;

TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;

TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;

TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStruct);

// Konﬁguracja kanalu 1

TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;

TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;

TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 950;

TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct);

TIM_OC1PreloadConﬁg(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);

// Konﬁguracja kanalu 2

TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;

TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;

TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 350;

TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct);

TIM_OC2PreloadConﬁg(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);

// Konﬁguracja kanalu 3

TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;

TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;

NVIC_

PriorityGroup_3

3 bity 1 bit

NVIC_

PriorityGroup_4

4 bity 0 bitów

TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 250;

TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct);

TIM_OC3PreloadConﬁg(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);

// Konﬁguracja kanalu 4

TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;

TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;

TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 100;

TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct);

TIM_OC4PreloadConﬁg(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);

TIM_ARRPreloadConﬁg(TIM3, ENABLE);

// Wlaczenie Timera 3

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

SysTick Timer

Zadaniem każdego systemu operacyjnego jest

takie zarządzenie uruchomionymi wątkami, aby

wszystkie zostały optymalnie obsłużone. Można

to zrealizować na kilka sposobów. Jednym z nich

jest cykliczne – w pewnych określonych ramach

czasowych – przełączanie kontekstu zadań. Im-

plementacje tego typu systemów operacyjnych

w mikrokontrolerach z rdzeniem Cortex M3 inży-

nierowie z ﬁrmy ARM znacznie uprościli wbudo-

wując w kontroler przerwań NVIC timer SysTick.

Jest to 24–bitowy układ licznikowy, który zliczając

w dół odmierza określone, zdeﬁniowane przez

programistę interwały czasowe. Każde przejście

licznika przez zero i rozpoczęcie nowego cyklu

odliczania powoduje wygenerowanie przerwa-

nia, które może zajmować się przełączaniem

kontekstów uruchomionych w systemie zadań.

Takie podejście ma też ważną zaletę, mianowicie

zawieszenie się któregoś z realizowanych zadań

nie spowoduje zawieszenia całego systemu, po-

nieważ zawieszony proces zostanie przerwany na

rzecz innych zadań przy najbliższym przepełnie-

niu timera SysTick.

Wbudowanie oddzielnego układu czasowe-

go w architekturę Cortex pozwala na dużo ła-

twiejsze przenoszenie aplikacji napisanych na

mikrokontrolery różnych producentów wyko-

rzystujących tę platformę. Dzieje się tak dlatego,

ponieważ w każdym takim mikrokontrolerze

znajduje się taki sam timer SysTick.

Oczywiście SysTick może być wykorzystywany

do różnych zadań. Konstruktor ustala wartość,

od jakiej timer ma liczyć w dół, tym samym wy-

znacza, jakie odcinki czasowe będą odmierzane.

Widać zatem, że może być on również wykorzy-

stywany do standardowego odmierzania czasu

i dla takiego przypadku, pokazanego na list. 4 ,

zostanie omówiona konﬁguracja oraz urucho-

mienie timera SysTick. Aby jakikolwiek układ

czasowy w ogóle działał, musi być taktowany

jakimś sygnałem zegarowym. SysTick może zli-

czać impulsy z taką częstotliwością, z jaką pra-

cuje rdzeń mikrokontrolera, lub z tą częstotli-

wością podzieloną przez 8. Ta ostatnia opcja jest

zastosowana w omawianym przypadku, mamy

więc 9 MHz. Licznik liczy w dół, więc regulacja

odcinków czasowych, po których są generowa-

ne przerwania obywa się poprzez ustawienie

wartości początkowej, czym zajmuje się funkcja

while(1);

}

zastosowania większej liczby zagnieżdżonych

przerwań, to w takim wypadku należy wy-

brać odpowiednio wysoką grupę priorytetów.

Zasada jest taka, że im mniejszy numer grupy

priorytetów, tym mniej jest do dyspozycji prio-

rytetów głównych, a więcej podpriorytetów.

Jest to przedstawione w tab. 2 . Wynika z niej,

że w omawianym przypadku z list. 3 jest wy-

brana opcja zawierająca dwa priorytety główne

( preemption priority ), każdy dysponuje ośmio-

ma podpriorytetami ( subpriority ). Sumarycz-

nie otrzymujemy w ten sposób 16 możliwych

poziomów priorytetów, czyli tyle, ile obsługują

mikrokontrolery z rodziny STM32.

Po wybraniu grupy priorytetów należy odpo-

wiednio ustawić parametry wykorzystywanego

przerwania. W tym przykładzie będzie to prze-

rwanie pochodzące od przycisku użytkownika

na płycie uruchomieniowej, czyli wyprowadze-

nie PB9. Ponieważ jest to przerwanie zewnętrz-

ne o numerze 9, to trzeba poinformować NVIC

o tym, że będzie ono wykorzystywane. Doko-

nujemy tego modyﬁkując pole NVIC_IRQChan-

nel struktury inicjującej. Po tej czynności należy

ustalić priorytety dla tego konkretnego przerwa-

nia. Zarówno priorytet główny, jak i podprio-

rytet zostają ustawione na zera, a zatem, to

przerwanie ma pierwszeństwo w obsłużeniu.

Gdy wszystkie pola struktury są już wypełnione,

jest ona przekazywana, podobnie jak miało to

miejsce w przypadku konﬁguracji GPIO, przez

referencję do funkcji inicjującej. W ten sposób

NVIC jest przygotowany na przyjęcie przerwa-

nia, należy jeszcze skonﬁgurować samo prze-

rwanie zgodnie z wymaganiami.

Wyprowadzenie PB9 jest przyporządkowa-

ne do zewnętrznego przerwania o numerze 9

(EXTI_Line9), stąd informujemy o tym MCU wy-

pełniając pole EXTI_Line. Kolejne dwie linie kodu

deﬁniują zachowanie wyprowadzenia. Będzie

ono pracować w trybie przerwania oraz będzie

reagować na zbocze opadające. W chwili, gdy ta-

kie zdarzenie wystąpi, mikrokontroler przystępuje

do wykonywania funkcji EXTI9_5_IRQHandler .

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2008

107

PODZESPOŁY

SysTick_SetReload . Do poprawnej pracy timera

pozostaje jeszcze odblokowanie jego przerwa-

nia i włączenie odliczania. Funkcja obsługująca

przerwanie to SysTickHandler. Jej cykliczne wy-

woływania powodują odliczenie żądanego cza-

su i okresową zmianę stanu portu GPIOC, a tym

samym miganie diodami LED.

na list. 5 . Oprócz standardowej konﬁguracji

sygnałów zegarowych, która jest wykonywa-

na przez funkcję RCC_Conf , należy włączyć

taktowanie timera i GPIO, natomiast funkcja

GPIO_Conf , której zadaniem jest pełne prze-

mapowanie Timera 3 jest identyczna z przed-

stawioną wcześniej na list. 2. W następnych

krokach deﬁniujemy podstawowe parametry

pracy licznika. Będzie on pracował jako licznik

w górę z częstotliwością taktowania 36 MHz

(nie dzielimy sygnału zegarowego i nie wy-

korzystujemy preskalera). Wartość, do jakiej

będzie liczył timer to 999, po czym nastąpi

przepełnienie i proces liczenia rozpocznie się

od nowa. Przy takich ustawieniach częstotli-

wość generowanego przebiegu PWM wyniesie:

f=36 [MHz]/(999+1)=36 [kHz]. Kolejnym kro-

kiem jest konﬁguracja poszczególnych kanałów

timera. Informujemy MCU o tym, że poszcze-

gólne kanały będą pracować w trybie PWM,

długość impulsu będzie wynosiła odpowiednio

(licząc od kanału pierwszego): 950, 350, 250,

100 taktów licznika. Aktywnym stanem jest

stan wysoki, co oznacza, że np. dla kanału dru-

giego stan wysoki będzie panował na wyjściu

PC7 przez 350 taktów, a pozostałe 650 to stan

niski, zatem współczynnik wypełnienia wynie-

sie w tym przypadku 35%. Po zaprogramowa-

niu mikrokontrolera i uruchomieniu układu,

diody od LD1 do LD4 będą świecić z różną in-

tensywnością.

Na zakończenie

Z przedstawionych pobieżnie przykładów

widać, jak wielkie możliwości drzemią we

współczesnych mikrokontrolerach 32–bitowych.

Zarówno projektanci rdzenia Cortex M3, jak

i producent układów STM32, ﬁrma STMicro-

electronics dołożyli wszelkich starań, aby czas

potrzebny na napisanie i uruchomienie aplikacji

był możliwie krótki. Dzięki temu otrzymujemy

do dyspozycji świetnie wyposażone mikrokon-

trolery, które poza tym można stosunkowo ła-

two programować. Ponadto układy z rdzeniami

Cortex znajdują się w ofercie coraz większej licz-

by producentów, zatem należy się spodziewać

dalszych spadków ich cen i wzrostu możliwości.

Wyścig trwa...

Timery

Pod względem wyposażenia w układy

czasowo–licznikowe, mikrokontrolery STM32

prezentują się dość okazale. W sumie mamy

do dyspozycji aż siedem timerów (wliczając

SysTick), które mogą pracować w różnych

konﬁguracjach. Ponieważ możliwość odmie-

rzania czasu została już przedstawiona przy

okazji omawiania timera SysTick, to teraz zaj-

miemy się generacją czterech sygnałów PWM

o różnym współczynniku wypełnienia. Do tego

celu wykorzystamy Timer 3 wraz z jego czte-

rema kanałami. Pozwoli to na wygenerowanie

żądanych sygnałów, z tym, że rzecz jasna będą

one miały taki sam okres. Fragment programu

odpowiedzialny za odpowiednie skonﬁguro-

wanie układu licznikowego przedstawiono

Krzysztof Paprocki

paprocki.krzysztof@gmail.com

108

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2008

Mikrokontrolery STM32 - Obsługa portów IO, przerwań i timerów z wykorzystaniem funkcji API.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: