Linux下搭建STM32开发环境

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方案

STM32开发一般使用官方的固件库，将MDK作为集成开发环境。MDK将代码编辑和工程构建全包了，这固然很方便，但是代码编辑功能较弱，而且MDK还是收费软件。于是便萌生了使用其他开发环境的想法。

果然，有免费的高质量方案：GNU Toolchain + STM32CubeMX + VSCode：

  • GNU Toolchain：包括编译器、链接器、调试器和C语言标准库在内的一整套工具链
  • STM32CubeMX：图形化的软件配置工具，用来生成STM32初始化代码工程。ST官方已经停止更新固件库，STM32CubeMX是推荐的开发方式
  • VSCode：牛逼哄哄的代码编辑器，搭配强大的插件，从此忘记Vim和Emacs

上述的三个工具都是跨平台的，在Linux和Windows下都可以搭建，在Linux下搭建更方便。本文以Manjaro Linux为例，其他Linux发行版和Windows的搭建方法类似。

GNU Toolchain

GNU Arm Embedded Toolchain是目标平台为ARM嵌入式处理器的工具链软件。一般要安装编译器、调试器和函数库三个组件：

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sudo pacman -S arm-none-eabi-gcc arm-none-eabi-gdb arm-none-eabi-newlib

arm-none-eabi-newlib是嵌入式平台下的C语言标准函数库，如果不安装可能会产生编译错误。Windows用户可以通过下载软件包来安装这套工具链，安装完后还需配置环境变量。

STM32CubeMX

ST官方的固件库已经停止更新，官方推荐用STM32CubeMX生成项目的初始化代码。STM32CubeMX是图形化界面，点击鼠标就能配置，比固件库方便很多。

STM32CubeMX依赖Java运行环境，要安装JRE 1.8：

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sudo pacman -S jdk8-openjdk

在ST的官方网站上下载安装文件，我下载的是5.3.0版本。解压后有三个文件，Windows通过运行exe文件安装，Linux通过运行.linux后缀的文件安装：

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sudo ./SetupSTM32CubeMX-5.3.0.linux

会跳出一个图形化安装界面，不停地点下一步就行。安装完成后，启动软件，点击File - New Project新建一个工程。此时会看到选择芯片型号的界面，可以通过勾选筛选条件过滤出目标芯片，我的芯片型号是STM32F103RCT6，ARM Cortex-M3架构。芯片型号选择好之后，点击Start Project，会有配置引脚的界面。在我的开发板上，PA8和PD2两个GPIO口驱动两个LED灯，点击对应的引脚，将它们配置为GPIO_Output。

GPIO配置

接下来是时钟配置，暂时先保持默认的配置吧。

时钟配置

再接下来是项目配置，比较重要是的Toolchain/IDE那一项的选择。我选择的是Makefile，使用make来管理项目。点击右上方的GENERATE CODE按钮生成项目的代码。Windows用户还可以选择MDK-ARM，最后会生成代码以及MDK的项目文件，可以用MDK打开、编辑和构建工程。

项目配置

这里再插一句，上图最下方可以看到有个Firmware目录的设置，默认配置在用户的home目录下。如果嫌碍眼，可以打开Help - Updater Settings，修改成其它的目录。

工程的目录下生成了如下文件：

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$ ls -F
Drivers/  Inc/  LedTest.ioc  Makefile  Src/  startup_stm32f103xe.s  STM32F103RCTx_FLASH.ld

可以看到有个Makefile文件；startup_stm32f103xe.s是芯片的启动代码，是汇编语言；Drivers/文件夹中是自动生成的芯片底层代码，和固件库的组织很类似；Src/目录下有包括main.c在内的需要用户修改的源码文件。

VSCode

如果用VSCode做C/C++开发，推荐安装C/C++ Intelligence这个插件。用VSCode打开项目文件夹和Src/目录下的main.c文件，并在main函数的while循环中加入控制流水灯的代码：

VSCode

生成的代码都以HAL开头，函数名和固件库中的也很类似。可以看到，STM32CubeMX在main函数中自动添加了初始化的代码。打开MX_GPIO_Init函数还能看到将PA8和PD2两个GPIO口设置为输出的配置代码。

上图中有些宏定义下方有波浪线，将鼠标移动到附近还会提示「标识符未定义」。这时候按F1键，搜索Edit Configuration，打开json配置文件，添加一些信息帮助插件做代码检查和自动补全的工作。将Makefile中C_INCLUDES和C_DEFS的内容添加到includePath和defines中。编译器的头文件目录也要添加到includePath中。修改后的配置文件如下：

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{
    "configurations": [
        {
            "name": "Linux",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/**",
                "Inc",
                "Drivers/STM32F1xx_HAL_Driver/Inc",
                "Drivers/STM32F1xx_HAL_Driver/Inc/Legacy",
                "Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32F1xx/Include",
                "Drivers/CMSIS/Include",
                "/usr/arm-none-eabi/include",
                "/usr/arm-none-eabi/include/c++/9.1.0",
                "/usr/arm-none-eabi/include/c++/9.1.0/backward",
                "/usr/lib/gcc/arm-none-eabi/9.1.0/include",
                "/usr/lib/gcc/arm-none-eabi/9.1.0/include-fixed"
            ],
            "defines": [
                "USE_HAL_DRIVER",
                "STM32F103xE"
            ],
            "compilerPath": "/usr/bin/arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m3 -mthumb",
            "cStandard": "c99",
            "cppStandard": "c++11",
            "intelliSenseMode": "clang-x64"
        }
    ],
    "version": 4
}

现在就可以构建工程了，在项目的根目录下直接运行make命令，编译链接完成后，工程根目录下会多出一个build/目录，里面有我们需要的LedTest.bin文件。

stm32flash

最后将二进制文件烧写到芯片中。一般来说，用JLink是最方便的，不仅可以烧写软件还能够进行硬件调试。我没有JLink，手头只有一根可以供电和烧写软件的USB转串口线，所以我介绍另一款名为stm32flash的烧写软件。stm32flash需要自己下载源码后编译安装：

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git clone https://github.com/stm32duino/stm32flash
cd stm32flash/
make
sudo make install

用跳线帽将板子的BOOT0引脚接3.3V，BOOT1引脚接地，用USB转串口线将板子和电脑连接，然后上电。我的Linux系统默认就有CH340芯片的驱动，上电后多了一个名为/dev/ttyUSB0的设备。可以用stm32flash查看串口的信息：

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$ sudo stm32flash /dev/ttyUSB0

一切正常，然后用下面的命令将编译生成的二进制文件烧写入芯片中：

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$ sudo stm32flash -w LedTest.bin -v -g 0x00 /dev/ttyUSB0

烧写完后就可以在板子上看到LED闪烁的效果。该软件更多的功能可以通过运行stm32flash -h命令查看。

参考

  1. 使用VSCode打造STM32开发环境