强化版STM32开发:STM32MP157A-DK1开发板评测

只看该作者 · 2020-4-6 17:18

强化版STM32开发

STM32MP1产品本身不算什么新事物. 毕竟从三星的S3C2440开始,到树梅派, 到NXP的i.MX系列,到国产芯片的百花齐放的各种”派”,嵌入式的MPU种类很多了.但是对于STM32来讲, 确实是进了很大一步的产品. 考虑到STM32系列在Cortex M系列市场上的强大影响力和人气, 可以预见MP1这个系列的推出吸引了非常多的眼光. 所以拿到这个板子很兴奋,很想写点什么分享下.

ST公司的产品虽然本身就很丰富, 但是最有人气, 对市场影响力最大的当然是Cortex M系列. 从几K Flash的Cortex M0系列到高性能的Cortex M7系列, 还穿插着无线系列,低功耗系列, 外挂SPI Flash作为Code空间的跨界系列, 几乎都是相应市场上的佼佼者. 以至于ST公司的非Cortex M产品知名度不高. 比如ST公司曾经推出的ARM9产品, 专注车载市场的Power内核的产品, 专注智能卡市场的SC300系列产品. 只有STM8, ST16, ST25这些产品因为名字的关系还有一点知名度, 但是蝴蝶粉丝们使用的最多的还是STM32系列.

作为蓝蝴蝶粉的一员, 我也总结过STM32脱颖而出的原因:

1. 以市场中心的产品迭代速度, 敏锐地抓住了Cortex M内核替代8位,16位内核的机会.

2. 产品多样性, 各种应用场景几乎都有针对性的产品.

3. 开发生态建立, 包括软件库的匠心制作, 开发平台的革命性创新(CubeMX这个工具节省了我大量开发时间).

这中间第三点最重要, 算是竞争力壁垒, 应该是能占据市场第一的最主要的因素.

当然STM32MP1推出之前, ST公司在MPU市场是缺位的. 之前最高性能的H7系列可以跑到400多MHz, 可以外挂SPI Flash. 但是不能运行复杂操作系统, 天花板由Cortex M内核本身的定位决定, 依然不能算是MPU. 所以MP1系列的推出, 填补了这一缺憾. 因为ST公司在STM32产品上积攒的开发生态经验和优势, 使得程序员们对MP1抱有更高的期望. 要知道嵌入式芯片从来不是以绝对的硬件参数论英雄的. 我们见过很多硬件参数非常优秀的芯片, 在市场上表现一般. 原因无非就是开发难度大, 公开资料不全, 配套的工具不友好等等. 所以我称STM32MP1为强化的STM32,就是希望ST公司在填补自己产品版图的同时, 同时提高整个嵌入式开发群体的开发技能与效率. 共同合作创造更有意义的产品.

只看该作者 · 2020-4-6 17:19

本帖最后由 zhanzr21 于 2020-4-6 17:40 编辑

板子,芯片,内核,系统

还是按照俗套先来看看板子:

只看该作者 · 2020-4-6 17:20

这个系列板子有两个版本: STM32MP157A-DK1和STM32MP157C-DK2, 本文主脚是前者. 两者差别:

1.    DK1与DK2的主控芯片不同. STM32MP157AAC和STM32MP157CAC. 前者定位比后者低一点:
      1.1  157A的Cortex A7最高频率为650MHz, 157C最高650MHz.
      1.2  157A缺少157C拥有的: AES/DES/RSA硬件加密单元, SecureBoot功能.
2.    DK2配有触摸屏幕, DK1没有.
3.    DK2的板子上焊接有WiFi/Bluetooth模块, DK1这里是空的.

除此之外两个板子基本是一样的, 板子的布局也是相同的.如果有焊接高手可以换两个板子的主控芯片也是可行的. 所以两者的Demo程序绝大多数也是可以共用的.

芯片

这个芯片的资源比较丰富, 定位是工控/高端消费类应用. 这里作者也不照抄数据手册了. 感兴趣的可以去下载看看. 它的主要内核是双Cortex A7+Cortex M4. 还有Neon, FPU, GPU等等. 主要是使用CortexA7, CortexM4可以算是一个从MCU,因为芯片本身是没有Flash的, 需要CortexA7把可执行代码载入到Cortex M4可以访问的RAM空间. 板子上的NV空间是TF卡, 内存主空间是512Mbyte的DDR. 考虑到使用这个芯片的同学有一大部分是从STM32的以前的用户, 简要介绍谢内核.目前的ARM内核主要有三个系列Cortex A, Cortex R, Cortex M.

Cortex M系列

大家都很熟了, 特点是只能支持Thumb/Thumb2指令集, 没有MMU. 主要面向中低端应用, 比如疫情期间的体温枪就有很大一部分是STM32的方案. 这当中又有CortexM0/M1, Cortex M3, Cortex M4, Cortex M7, Cortex M23, Cortex M33, Cortex M35等内核, 面向不同复杂度的应用.

Cortex R系列

是面向实时应用的内核. 比如车载ECU, 电梯控制器, 高精度电机控制等等. 目前没有看到ST公司的这个系列的产品. 支持ARM指令和Thumb/Thumb2指令.可以看作ARM7的升级产品.

Cortex A系列

就是面向复杂应用的内核. 通俗点讲就是跑Linux/Android的内核. 大家熟知的高通/海思芯片都是这个系列的内核. 这个板子的Cortex A7是其中比较低功耗的内核. 但不是最低的, 还有CortexA5是最低端的A系列内核. 注意, CortexA7是ARM v5架构, 而且CortexA7是Cortex A9之后推出的内核. 跟CortexM0是Cortex M3之后推出的类似. 当然这些细节并不重要.

系统方面, Cortex A系列的芯片当然可以跑任何主流系统, 或者根本不跑系统. 但是这种芯片主要跑Linux/Android. 考虑到具体的运行频率和定位的应用场景, Linux应该是大多数的选择. 本文也是假定大家用它来跑Linux.

只看该作者 · 2020-4-6 17:22

本帖最后由 zhanzr21 于 2020-4-6 17:42 编辑

开发STM32MP1这个开发板分几个层次, 难度逐次增加, 但是并不是一定要开发到最底层才算”最硬核”. 实际上很多工业中的产品都是二次开发甚至N次开发的成果. 最关键还是设计与代码的质量, 以及产品所创造的价值.

就本开发板而言, 开发者可以:

1.    在提供好的Linux镜像上做开发, 把这个开发板子当做一个Mini工控电脑.
2.    利用OpenSTLinux提供的SDK, 开发自己的应用程序.
3.    利用开源的OpenSTLinux源代码, 定制自己的内核和镜像.
4.    不要Linux,从Baremetal出发, 移植/运行其他OS,或者干脆不用OS.

如果是要涉及到上述第二层之后的开发, 最好准备一台Linux开发机器, 最好是跑Ubuntu 18.04的本地Linux机器. Windows上跑虚拟机+镜像也是比较方便的组合.Windows10的WSL2也可以.

只看该作者 · 2020-4-6 17:25

本帖最后由 zhanzr21 于 2020-4-6 17:43 编辑

启动/登陆板子上Linux

板子拿到手之后会有配套的已经制作好的启动TF卡,插入. 并且把板子背面的启动选项开关配置成(1,1).

配制成第一种(0,0)时是强制DFU, 是用来烧写板上存储器用的, 本文暂不展开, 但是必须要提出的是STLink Utility不能用于这个目的. 要使用STM32CubeProgrammer.配置好从SD卡启动后,插上电源即可启动. 板子上的几个接口如下:

1.    电源接口, Type C供电, 任何Type C的Source都可以供电. 注意本板子不支持向外供电. 作者使用的是Think Pad的Type C电源, 华为/小米的Type C电源应该都可以. 或者插在电脑也可以.
2.    千兆网口, 建议插在自己家中的路由器上. 因为DK1没有无线网络连接, 所以这个是唯一的网络接口.
3.    TF卡槽, DK1/DK2板子上没有NandFlash/NorFlash/eMMC,这是唯一的NV存储. 如果要用其他卡做起动盘, 建议最少16G.
4.    带麦的音频接口. 基本上任何耳机都可以.
5.    STLink V2-1接口. 除了STLink 还有一个虚拟串口.
6.    HDMI接口, 基本上任何带HDMI的显示器都可以. 出厂自带Linux镜像有GUI界面.
7.    USB接口, 这个口是板子的USB Device口, 可用作DFU.
8.    USB Host接口, 可以接4个USB Device. 作者试验过键盘,鼠标. 包括无线的键鼠都能用.

只看该作者 · 2020-4-6 17:27

本帖最后由 zhanzr21 于 2020-4-6 17:44 编辑

登入板上的Linux, 从操作的角度三种途径:

1. STLink的虚拟串口, 如果要在uboot那里停下来做操作这也是唯一的选项了.

2. 把键盘/鼠标/显示器都接上, 直接使用OpenSTLinux的Xterm.

3. ssh登陆.

只看该作者 · 2020-4-6 17:29

本帖最后由 zhanzr21 于 2020-4-6 18:04 编辑

Play With Linux

这一章节我们先利用已有的Linux镜像上玩玩, 做几个实验.

1. 播放网络音频

保证你的开发板可以访问要播放的网络资源. 可以先ping一下子.

复制

root@stm32mp1:~# ping minibrd.com

PING minibrd.com (139.155.102.100) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 139.155.102.100 (139.155.102.100): icmp_seq=1 ttl=50 time=48.1 ms

如果ping不通, 先把网络问题解决.

利用已有的工具mpg123来播放:

复制

root@stm32mp1:~# mpg123 http://minibrd.com/media/suikoden_vol2_001.mp3

High Performance MPEG 1.0/2.0/2.5 Audio Player for Layers 1, 2 and 3

        version 1.25.10; written and copyright by Michael Hipp and others

        free software (LGPL) without any warranty but with best wishes



Directory: http://minibrd.com/media/



Terminal control enabled, press 'h' for listing of keys and functions.



Playing MPEG stream 1 of 1: suikoden_vol2_001.mp3 ...



MPEG 2.0 L III cbr32 16000 j-s

音频是板子自带的输出口, 可以插上耳机或者音箱欣赏. 如果想调整音量.用这个命令: alsamixer

用方向键调整音量.

如果想把音频下载到本地后面再听:

复制

root@stm32mp1:~# wget minibrd.com/media/suikoden_vol2_001.mp3

Connecting to minibrd.com (139.155.102.100:80)

suikoden_vol2_001.mp 100% |********************************| 5509k  0:00:00 ETA

只看该作者 · 2020-4-6 17:31

本帖最后由 zhanzr21 于 2020-4-6 17:46 编辑

1. 获取最新的nCov2019的数据

2019底2020初疫情牵动着万千人的心, 即使目前国内的情况基本好转, 但是全球的情况依然令人揪心. 这里通过板子获取全球最新的确诊/疑似/死亡数据. 如果再花点时间, 增加图形界面, 配上LCD或者大屏幕, 可以做成一个展示板子. 这里只获取到数据, 获取之后的数据的GUI部分有兴趣的可以动手做一做, 或者以后有时间再来发贴.

首先要找一个数据源, 这里使用美国约翰霍普金斯大学的一个数据源, 使用curl可以拉取所有数据:

复制

curl https://coronavirus-tracker-api.herokuapp.com/v2/locations

输入上述命令后, console会打印最新的数据. 全球所有地区基本上都覆盖了. 但是这数据比较多, 需要做一点处理. 比如仅仅打印目前中国境内的各地区确诊数据:

复制

import json

import urllib.request



world_source_url='https://coronavirus-tracker-api.herokuapp.com/v2/locations'



world_data_stream=urllib.request.urlopen(world_source_url)

world_data_str = world_data_stream.read().decode('utf-8')

world_data_json = json.loads(world_data_str)



print(world_data_json.keys())



latest=world_data_json['latest']

print('Latest confirmed:' + str(latest['confirmed']))



locations=world_data_json['locations']

for l in locations:

    if('China'==l['country']):

        print(l['province']+' ,Latest confirmed:'+str(l['latest']['confirmed']))

将上述脚本存为源代码,再运行:

复制

root@stm32mp1:~# vi urlrequests_get_latest_ncov_data.py

root@stm32mp1:~# python3 urlrequests_get_latest_ncov_data.py 

dict_keys(['locations', 'latest'])

Latest confirmed:1272115

Anhui ,Latest confirmed:990

Beijing ,Latest confirmed:586

Chongqing ,Latest confirmed:579

Fujian ,Latest confirmed:350

Gansu ,Latest confirmed:138

Guangdong ,Latest confirmed:1524

Guangxi ,Latest confirmed:254

Guizhou ,Latest confirmed:146

Hainan ,Latest confirmed:168

Hebei ,Latest confirmed:327

Heilongjiang ,Latest confirmed:504

Henan ,Latest confirmed:1276

Hong Kong ,Latest confirmed:890

Hubei ,Latest confirmed:67803

Hunan ,Latest confirmed:1019

Inner Mongolia ,Latest confirmed:117

Jiangsu ,Latest confirmed:651

Jiangxi ,Latest confirmed:937

Jilin ,Latest confirmed:98

Liaoning ,Latest confirmed:142

Macau ,Latest confirmed:44

Ningxia ,Latest confirmed:75

Qinghai ,Latest confirmed:18

Shaanxi ,Latest confirmed:256

Shandong ,Latest confirmed:779

Shanghai ,Latest confirmed:531

Shanxi ,Latest confirmed:138

Sichuan ,Latest confirmed:558

Tianjin ,Latest confirmed:180

Tibet ,Latest confirmed:1

Xinjiang ,Latest confirmed:76

Yunnan ,Latest confirmed:184

Zhejiang ,Latest confirmed:1263

完成这个实验包含两部分:

1.从网络获取数据, 如果用C/C++,可以使用curl的API. 如果是python, 标准库有内建的urllib等库;

2.结果的解析, 如果使用C/C++有很多开源的json库可用. 如果是python则标准库有内建的json支持.

如果涉及到图形化展示数据, 则还有Qt, GTK, 或者tkinter.

只看该作者 · 2020-4-6 17:33

本帖最后由 zhanzr21 于 2020-4-6 17:47 编辑

3. GPIO控制

这个实验使用系统内置的GPIO控制程序来做流水灯实验. 控制板子上的LD5, LD6, LD7这几个LED. 其中LD5, LD6是低逻辑点亮, LD7是高逻辑点亮.LD8是Linux本身已经使用了, 用户程序不能控制.

复制

root@stm32mp1:~# vi gpio_ctrl_led.sh

root@stm32mp1:~# cat gpio_ctrl_led.sh

#!/bin/sh



# PA14 LD5  Negative Drive

# PA13 LD6  Negative Drive

# PH7 LD7 Positive Drive



while true; do

        gpioset gpiochip0 14=0

        sleep 1

        gpioset gpiochip0 13=0

        sleep 1

        gpioset gpiochip7 7=1

        sleep 1



        gpioset gpiochip0 14=1

        sleep 1

        gpioset gpiochip0 13=1

        sleep 1

        gpioset gpiochip7 7=0

        sleep 1

done

root@stm32mp1:~# bash gpio_ctrl_led.sh

Ctrl+Z或者Ctrl+C都可以退出.

只看该作者 · 2020-4-6 17:35

本帖最后由 zhanzr21 于 2020-4-6 17:48 编辑

写一个HelloWorld/C++

因为板子跑的是Linux, 工具链可以使用开发机本身的包管理工具来安装. 如果要使用板上特有的库, 还需要配置OpenSTLinux的SDK和BSP. 这里我们只是打印Hello World. 使用标准的开发工具链即可.

在开发机上安装g++工具链:

复制

sudo apt install g++-arm-linux-gnueabihf

随便在电脑上找一个原来写的C++测试代码:

复制

$ cat test_macro.cpp

#include <iostream>

#include <iomanip>

#include <string>



#include <cassert>



using namespace std;



#define FNAME "fake_source.cpp"



int a = __COUNTER__;

int b = __COUNTER__;

int c = __COUNTER__;



int main(int argc, char** argv) {

  cout << __VERSION__ << endl;

  cout << __TIMESTAMP__ << endl;

  cout << __FILE__ << endl;

  cout << __func__ << endl;

  cout << __LINE__ << endl;

  cout << __COUNTER__ << endl;

  cout << a << " " << b << " " << c  << endl;



//  assert(false);



#line 123456789 FNAME

  cout << __FILE__ << endl;

  cout << __LINE__ << endl;

//  assert(false);



        cout << "demo @:" << hex << setfill('0') << setw(8) << 0x8033690 << endl;





  return 0;

}

编译连接:

复制

$arm-linux-gnueabihf-g++ test_macro.cpp

如果没有带参数的话, build的输出为a.out

复制

$ file a.out

a.out: ELF 32-bit LSB shared object, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=5c3a33a12c153d0432a6c59f1e143123f516dfc2, not stripped

把这个a.out通过网络或者拷贝弄到开发板上的文件系统中, 添加可执行属性即可运行:

复制

root@stm32mp1:~# chmod +x a.out

root@stm32mp1:~# ./a.out

7.5.0

Sun Apr  5 20:24:21 2020

./test_macro.cpp

main

20

3

0 1 2

fake_source.cpp

123456790

demo @:08033690