至繁归于简——NUCLEO-F411RE开发板评测

只看该作者 · 2016-7-29 20:18

1.1 简介

“nucleo”—“核”的意思。这里代表的就像我们熟知的最小系统一样，就是最核心的东西。了解过ST官方开发板产品线的都知道，ST提供了三种定位的开发板：nucleo、discovery和Eval。这三种开发板级别依次由低到高。通常nucleo板子采用白底蓝字，discovery通常采用绿底白字的PCB，由于Eval实在稀有我也没见过，只是听说江湖中有这个东西，具备丰富的板载外设。

闲话少说，针对STM32F4x1系列，ST只提供了nucleo和discovery，目前是这样的。今天我手里有一块NUCLEO-F411RE开发板，我就来好好跟大家扯一扯该板子有什么亮点，如何把玩，讨论一下，顺便发布一下自己的一些见解。

1.2 初见

我们看包装也是很简单的，仅仅是透明塑料外壳，加一张简要说明的纸质卡片，然后就是Nucleo开发板了，没有提供数据线。这也符合Nucleo的价位，毕竟是官方推出的最小系统板，我们也可以从下图看到板子似乎分两个部分，上面小部分其实就是板载的编程器电路—st-link。断裂线下半部较大的部分就是最小系统板，不过为了好玩，肯定会稍微增加若干板载外设的。

拆开包装取出来开发板，我们先近距离观赏一下板子。如下图所示，我们看到正面有两种排针接口，一种是针孔，一种是针。且注意到反面对应针的还是针，对应针孔的没有在反面引出。这个两面针的排针就是ST特有的Morpho extension header。大家知道ST的标志是个蝴蝶吧，就是指的Morpho,闪蝶，一种蝴蝶，这种两面针的设计就是Morpho扩展接口。内层的排孔是为了兼容Arduino的Arduino连接器。稍后我们在下一节介绍板上资源时候再好好说道说道。

板载ST-Link采用了mini-USB接口，不是现在流行的安卓手机用的Micro-USB。而是之前MP3和MP4播放器用的那种，所以如果你没有的话，就要去买一根了。

只看该作者 · 2016-7-29 20:19

1.3 板上资源

根据手册提供的硬件方块图，我们来看看都有哪些模块。

结构框图

实物图

如上图所示，该系列开发板其实都是这样的，均是上半部分是ST-Link编程器，下半部分是集成了一个用户按键一个可编程LED以及采用了闪蝶扩展接口和Arduino兼容接口的板子。开发板提供的ST-Link还提供了对外的SWD接口，以及串口TX/RX接线柱，配合CN2的跳线可以方便的为外部你的板子提供编程烧录服务。

在核心板区域提供了两个跳线接口，一个JP5用于选择不同的外部供电方式，我们也注意到了Arduino兼容接口有一个专门是Power接口，提供不同的电压接口服务。另外一个跳线接口是JP6的IDD接口，可以方便的接入安培计，用于功耗测量。

图中被红圆圈框起来的是本开发板上的两个LED。LD3红色为电源指示，LD2为绿色LED是该开发板唯一一个可以用户编程使用的LED。如果单说板载这些东西来说肯定是没有太多把玩的地方，但是丰富的扩展接口均属于空闲状态，无疑可以让我们接入更多自己设备，这也是核心板的妙处。下图给出了两种扩展接口之间的关系，在结合用户手册使用板载资源时候需要配合该图，可快速查找对应管脚。

最后我们总结一下该开发板的特点。

NUCLEO-F411RE开发板主要特点：

LQFP64封装STM32F411微控制器
两种扩展资源：Arduino Uno R3 接口;ST闪蝶全功能扩展接口
MBED支持(http://mbed.org)
板载ST-LINK/V2-1具备SWD接口的调试编程器：可通过设置选择模式开关作为独立的ST-LINK/V2-1编程器使用
灵活的开发板供电：USB 5V供电或外部电源供电，可3.3V，7-12V;电源管理接口，即IDD电流检测接口
三个LED：LD1为USB通信状态指示LED,LD2为用户可编程LED，LD3为电源状态指示LED
两个按钮：用户可编程按钮和复位按键
USB重枚举功能支持在一个USB接口上实现三种不同接口功能：虚拟串口、大容量存储设备、调试接口
支持多种集成开发环境：IAR、Keil、GCC等

1.4 安装驱动与升级固件

准备一根MiNi-USB数据线，连接Nucleo开发板和PC。登陆网站st.com/stm32nucleo

如下图所示，可以看到目前已经推出的NUCLEO系开发板全部列表，我们只需要点击我们要用的那个就可以跳转到相关的资源页面，这里我们是NUCLEO-F411RE。

之后向下翻页找到驱动下载地址，如下图包括工具和软件，第一个为本地的Cube图形化配置软件，第二个为ARM提供的在线开发工具MBED，第三个位开发板驱动，第四个为固件升级工具，下载后解压驱动程序，安装后即可：

安装驱动

如下图，安装后在设备管理器可以看到增加了三个设备：

1、便携设备NUCLEO;

2、磁盘驱动器，MBED微控制器USB设备;

3、端口(COM和LPT)设备STMicroelectronics STLink Virtual COM Port(COM6)。

备注：右图是在WIN10系统的情况。根据情况不同可能默认的串口号不一样。

更新固件

解压升级固件程序压缩包，切记，必须的以管理员身份运行，升级过程见下图，升级过程不可拔掉USB线，也不可断电，切记。

只看该作者 · 2016-7-29 20:19

1.5 DEMO测试

开发板自带的DEMO是需要配合外接显示屏操作的，我手里没有那块配合NUCLEO的TFT显示屏，外观显示为通过用户按键可以使得绿色LED在慢速闪烁、快速闪烁和熄灭三种状态切换。由于仅仅是核心板，所以开机测试DEMO，乐趣不是很多。

1.6 开发环境与编程

这里基于本地开发推荐使用Keil for ARM，目前最新版为Keil uVision5，版本号5.17。本测评不在对如何使用Keil做深入的介绍。

安装支持包

如下图，点击包管理器启动按钮，从设备列表找到STM32F4系列，单击，之后在右边可以找到相关开发包资源，选择需要的单击对应的Action列的Install按钮即可安装。我们根据描述可以看到如下图中STM Nucleo开发板支持和例程。

如果网速慢，可能会遇到无法完成安装的情况，这个时候可以直接到Keil官网下载该系列支持包。如下图中网址，打开后，下拉找到本开发板需要的STM32F4系列支持驱动例程包，当前最新版本号为2.7。

安装该开发包后可以在以下路径找到本开发板相关示例程序C:\Keil_v5\ARM\Pack\Keil\STM32F4xx_DFP\2.7.0\Projects\STM32F411RE-Nucleo

如下图所示，除了出厂板载DEMO之外，提供了7个示例程序，这里不在赘述。

烧录方法

第一种，编译后，可以通过Keil自带的下载工具下载，快捷键为F8，或在菜单栏找到Flash->Download，单击后实现下载。

第二种，通过在工程配置菜单(快捷方式Alt+F7)的Output选项卡里勾选创建HEX文件，这样编译后可以生成HEX文件，之后通过STM32 ST-LINK Utility软件进行烧录，目前最新版本3.7，我会在测评最后的资源下载里提供。

第三种，通过配置Keil参数，输出BIN文件，这样可以直接通过复制BIN文件到ST-Link自带的U盘，实现自动烧录功能。配置方法：从菜单栏打开Project->Option for Target‘STM32F4xx_Nucleo’->User,如下图所示，按下图勾选后填写相关指令，其中a.bin即为要生成的Bin文件名字，你可以自定义，也可以为B.bin，out.bin等等。在填写指令时候注意空格：fromelf --bin !L --output a.bin

MBED在线开发

我们知道NUCLEO支持使用MBED在线开发。这里介绍一下如何使用该工具。该在线开发工具具体使用方法请在本论坛搜索关键字：“MBED基础教程”。

访问MBED官方网址： https://developer.mbed.org/compiler/

建立如下图工程，把鼠标放到SERIAL_RX处右边立马弹出对应的宏。如下图所示，我们发现只需要使用一个头文件，结构也非常简单的代码就实现了一个串口发送。该在线开发工具是不是很酷，如需要详细了解可访问上面的网址查看相关使用说明。这也说明ST为自己的NUCLEO提供了一个非常方便的开发途径。点击下图中菜单栏的Compile，可在线编译，并弹出.bin文件保存选项。当编译失败后，可能是所采用的库不是最新版的，这时候可以在下图左边列表mbed单击右键，弹出菜单后点击update更新库，再重试Compile即可解决问题。

在线编译成功后，弹出下载保存bin选项，直接保存到NUCLEO可移动盘内，这时候ST-Link会判断芯片内核该bin代码是否一致，如果不一致则更新代码，如果一致丢弃。根据上图代码可知，我们的例程是先发送“Hello World !”字符串，然后进入循环不停的打印字符串，每次打印后翻转绿色LED。我们切看如何使板子和计算机通信。前面我们知道，板载的ST-Link提供了串口接线柱，编号为CN3。根据上图，我们知道发送到PC串口所使用的串口位置在PA_2和PA_3，为了方便开发者准确的定位端口，MBED提供了炫酷的管脚分布图，见下图，左边为Arduino接口分布图，右边为Morpho接口分布图：

我们从上左图可以看到，就在板子的右下角两个接线柱。通过导线连接，记住串口通信采用发送对应接收的。如下图所示，这里说明一下，根据232串口的协议，如果只是给计算机发送信息，只需要把MCU的TX和ST-Link的RX一条线连接上即可。

串口连接实物图

在Win7/WinXP系统上大部分串口助手都可以使用，而笔者采用的Win10系统，试了很多串口调试助手均不能工作，在经过多方查找后，下图中串口调试助手可以完美兼容Win10系统。下图是上面MBED中代码运行的结果。

串口助手显示

1.7 小结

NUCLEO系列板子的特点就在于它简单，但是你需要的功能都预留了，这就是至繁归于简。巴掌大小的板子，集成了性能优良的ST-Link编程调试器，集成了USB-to-RS232功能，还提供了串口接线柱。另外集成了两种扩展接口Arduino外扩接口和特有的闪蝶(Morpho)全功能接口。对于基础和入门的学习使用板载的一个按键和一个可编程LED，以及配合板载的串口就可以实现入门的学习，特别设计了断裂线的NUCLEO-64开发板还可以把ST-Link和核心板分离开，作为一个编程调试器或作为一个USB转串口适配器使用。值得一提的是NUCLEO的定位就是学生入门级，首先该开发板价格十分便宜，十美元左右，淘宝售价均不足百元，就可以买到一块这么给力的开发板。

在本地开发，推荐采用Keil集成开发环境，建议单独去Keil官网下载Pack支持包，另外建议开发者同时掌握三种烧录方式，这样可以应对各种烧录情况。根据笔者最近的学习情况，发现ARM推出的MBED在线开发环境，采用了面向对象的C++语言，且高度抽象的API接口函数使得使用时候几乎完全脱离了底层，入门更快，而ST在设计NUCLEO时候也更加突破性的采用了两种接口，且针对Arduino的接口均已在PCB上印刷了功能名称，使用起来非常方便，非常适合入门学习，特别推荐学生使用NUCLEO系列作为入门开发板使用。

1.8 相关资料下载

官方资料下载地址：http://www.st.com/web/catalog/to ... 532/LN1847/PF260320

本测评用到的软件和学习该开发板可能用到的资料下载：http://pan.baidu.com/s/1i3O7LKp