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 Sensor Applications
아듀이노 응용소스
작성자 avrtools™        
작성일 2018/02/14
첨부#1 bootloader_binaries.zip (366KB) (Down:3)
첨부#2 STM32duino-bootloader-source.zip (124KB) (Down:2)
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 175   
  STM32F103C ARM32 기판의 Bootloader 개조
Arduino IDE를 사용하는 32비트 ARM Coretex M3 CPU인 STM32F103C8T를 사용한 개발기판
ARM 32 비트 Coretex M3 계열의 기판을 Arduino IDE 1.8.5 에서 사용할 수 있다. 

입수가능하고 용도에 맞는 개발기판을 결정한다. STM32F10X 기판은 M3 계열이다. 
  

개발기판(Developement Board)은 USD 5.10 배송비포함 USD 7.31 정도에 구입이 가능하다.
배송기간이나 비용을 고려하면 10개 미만이라면 국내에서 6,000~9,000원에 구입할 수 있다.  

1. F103C, F103R, F103T, F103V, F013Z, F103TB, F103VLD 중에서 입수가능한 기판을 선택한다
STM32F103C8T6 ARMcore Mini 개발기판 (5,600~6,520원) <- 60K Flash로 가장 흔한 기판이다 (중국산)


아두이노에서 STM32  F103C Maple로 개발이 가능하다.
STM-MINI Blue Pill 이라고 명칭이 나온다. 부품은 Red Pill 이 가장 좋다.
밑면의 R10으로 인쇄된 103 (10Kohm)을 152 (1.5Kohm)로 교환해야 USB 포트가 작동한다.
(그래도 아직은 드라이버가 없으므로 연결해도 USB장치 드라이버 실패로 나온다)

STM32F103C8T6 Maple Mini 개발기판 (9,000원) <- 128K Flash로 연결포트가 많다.(중국산)

 
유일하게 펌웨어를 개조하거나 uploader가 필요없는 기판이다. <- Maple Mini를 추천한다. 
plug-and-play를 지원하므로 별도의 드라이버가 필요없다.
 
아두이노 IDE에서 STM32duino core를 설치하면,
Windows10 에서 bootloader의 드라이버가 자동으로 설치된다.
 
 
Arduino IDE에서 도구(toool) → 기판(Board) → Maple Mini → COM port 를 선택해야 한다.
예제는 파일 → 예제 → A_STM32_Examples → Digital →  Blink를 선택하면 샘플 스케치가 나온다.

 STM32 개발환경의 설치
2. WinAVR-2010011을 C:\에 설치한다. )
3. Arduino IDE 1.8.5(현재)를 C:\Program File (X86)\Arduino\에 설치한다.
(여기까지 UNO용으로 설치되어 있으면 3번 까지는 건너뛴다)

4. Arduino IDE를 열고, 툴 ▷ 보드 ▷ Board 관리 ▷ Board 창이 나오면 우측상단의 찾기에 DUE를 입력하고,
ATM32 M3 DUE가 나오면, 우측의 설치를 눌러서, 추가할 STM32 보드용 post compiler를 미리 설치해야 한다.
이것은 DUE 보드도 설치하지만, 사실 ARM-coretetx M3, M4 계열의 STM32 Post compiler이다.
 
 
5. Generic bootloader 2.0을 사용한다면, Maple Serial 이므로 이 설치방법이 쉽다.
  
이 방법은 Maple DFU 기판을 사용한다면,  4번으로 수동설치하고 5번은 설치하면 안된다.
Maple 기판은 Maple DFU 이므로 6번으로 수동설치하고, Maple DFU 드라이버를 설치해야 한다.
 
6. https://github.com/rogerclarkmelbourne/Arduino_STM32  에서 Arduino_STM32를 받고,
압축을 푼다음, C:\Documents\Arduino\hardware\로 STM32_master 폴더를 통으로 옮겨 넣는다.
혹시 이전에 다른 보드를 설치했다면, 예를 들면 ESP32 등,, 다른 이름의 폴더안에 넣으면 안된다.

5번을 설치한 Maple Serial 기판은 6 번으로 설치하려면, 5번을 설치를 삭제해야 한다. 7로 간다.
 
Maple Original 기판인 Maple- DFU를 사용한다면 6번으로 수동설치하고,
C: \문서\Arduino\hardware\Arduino_STM32\tools\win\ 안의
maple_upload.bat를 오른쪽 누르기에서 관리자로 실행해야 한다.
 
만일  maple_upload.bat를 실행하고 Maple-Serial 기판을 사용하려면,
Arduino_STM32를 지우고 다시 설치해야 한다. 그리고 maple_upload.bat를 실행하면 안된다.

7. Arduino IDE  ▷ 툴  ▷ 보드 ▷  STM32 그룹  ▷ 103C를 선택한다, 

 
 
8. 그 다음 파일 ▷ 예제 ▷ A_STM32_Examples ▷ Digital ▷ Blink를 누르면 새창에 예제 소스가 들어온다. 
스케치 ▷ 확인/컴파일 혹은 좌측상단의 ν 단추를 누른다. 오류없이 컴파일이 잘 되어야 한다.
9. 이제 컴파일 된 Binary 파일을 구울 Uploader를 선택해야 한다. (보드 설치 끝)

 STM32 보드의 작동확인

STM32 개발기판의 펌웨어 굽기(Uploade) 장치(Tool)의 선택 (4번을 가격대비 성능으로서 추천한다)
1. USB2serial은 UNO에서 사용하던 USB를 Serial로 변환하는 기판이다. <- 비추천 FT232만 가능
2. J-Link V8은 STM 개발용으로 가장 먼저 나온 Tool 이며 가격도 6,000~12,000원 정도이다.
3. J-Link V9는 STM 개발용으로 요즘 나온 Tool 이며, 중국에서 많이 사용하고 있다.

4. ST-Link는 최근에 개발된 Tool로  STM32칩 굽기에 편리하다. <- 추천 ST-Link 복제품
 Ebay에서 판매하는ST-Link V2 (USD 12.00)
  

5. Jtag-Link는 과거부터 고가의 장비로 개발된 장비이며, Segger사에 저렴한 가격의 제품이 있다.
6. 최고의 개발장비는 ST사에서 판매하는 정식 STM Dedugging Emulator다. <- 높은 가격으로 비추천


 저렴한 4선식 software on debug 장비인 J-Link V8 (좌측 5,600원)을 선택했다. 
   

 
좌측은 중국에서 Segger의 J-Link V8을 복제한 제품 (중국 USD 5.20)이다.
우측은 CJMCU 라는 복제품으로 기판에 사용한 칩과 부품이 동일하다. (14,920원)(중국 USD 7.9)  
 
굽기장치를 준비했으면 이제 굽는 software를 설치해야 한다.

펌웨어 굽기는 Arduino IDE에서 바로 안된다.
Segger사의 사이트로 가면 J-Link Windows를 받는다.

JLink_WIndows_V631a.exe -> https://www.segger.com/downloads/jlink/

설치한 다음 J-Link의 설정에서 J-Link가 1개 이므로 USB는 0번으로 선택한다.
설치가 끝나고 바탕화면에 아이콘이 2개 나오는데, 그중에서 J-Flash V6.31a를 누른다.
DOS Commad 용인 J-Link.exe는 Arduino에서 외부 programmer로 설정한다.
 
이들은 Segger의 펌웨어를 중국에서 복제한 제품인데, 점퍼가 없어 Upgarde는 안된다.
 


Segger사의 J-Link V6.31 소프트웨어는 타사제품은 보증이 안된다고 나온다.
그러나 설정, 연결, 연결된 기판정보, Flash 지우기, Flash 굽기속도, 굽기, 비교도 모두 잘된다.
 
버전을 확인해 보면 J-Link ARM-OB 2012년 10월 22일 STM 펌웨어라고 나온다.
어차피 debug는 기능이 낮아서 Serial로 점검하는게 더 빠르니, bootloader 개조용으로 쓸 것이다.
 
 STM32F103C8T6 개발기판의 연결 핀
 
점퍼 : BOOT-0 과 BOOT-1 인데 허수아비 같은 USB 커넥터와 RESET 단추 옆에 있다.
1. BOOT-0은 점퍼를 우측(그림에서는 아래)으로 옮기고 리셋을 하면 펌웨어를 Upload 한다.
2. BOOT-1을 우측으로(그림에서 아래) 옮기고 리셋하면 기본부트 펌웨어를 Upload한다.(사용하지 않는다)
3. 점퍼가 모두 좌측에 있는 현재 상태(그림에서 모두 위)로 하고 리셋하면 펌웨어를 작동시킨다.

4. 핀배열에서 적색핀은 전원(3V3와 5V), 흑색핀은 접지(GND)이다. 
5. 하늘색(cyan)은 Arduino 호환 GPIO 판 번호다. 연한 노란색의 핀 번호는 CPU의  PA, PB, PC 번호다.

Arduino Sketch에서는 GPIO 핀을 0~46 숫자를 주로 쓰는데, PA0, PB1, PC7등으로 써도 된다.
STM32F103C 기판에서 GPIO 13 (내장 LED)은 PC13 이다. (포스트 컴파일 환경에서 결정된다) 

 
6. 청색(blue) 핀은 2차기능(SPI, TXD, RXD) 이고, 노란색 핀은 JTAG을 연결하는 핀이다.
7. 분홍색(pink) 핀은 Hardware Timer와 연결되는 핀이다.
8. 녹색(green) 핀은 GPIO 10~17 (PA0~PA7)과 GPIO 18~19 (PB0~PB1)은 Analog 입력 핀이다.
9. PA11~12는 USB-와 USB+ 핀인데, 물론 22옴 저항으로 USB포트에 연결되어 있다.

   
핀과 기능이 많다고 어렵게 생각하지 말고, 안쓰는 핀은 무시하면 된다.
허수아비 USB 안쓰면 PA11~PA12로 사용하면 된다. GPIO는 32~33 이다.
예를 들어 PA0는 디지털 입/출력일 때는 10으로, 아날로그 입력일 때는 A0,

USART2 직렬통신으로 사용할 때 모뎀의 CTS와 연결한다면 CTS2로 사용할 수 있다는 뜻이다.
 
 USB2serial 컨버터로 sketch한 펌웨어를 굽는(upload) 방법  <- 비추천 
PA9/TX1과 PA10/RX1은 점퍼-0을 아래로 옮기고 리셋하면 Bootloader가 UART2로 펌웨어를 upload한다.
 
Arduio IDE에서 programmer를 Serial로 하고, USB2serial컨버터를 사용할 수 있다.
(FT232로 된 USB2serial로 STM32F103C의 Bootloader를 올린 사례가 있다, 다른 컨버터는 확인 안됨)
 
USB2serial 컨버터를 USB 포트에 연결하고 Arduino IDE에서 upload 한다.
  
그러나 이방식은 별도로 컨버터를 항상 연결해야 하므로 불편하다.

 J-Link나 ST-Link로 펌웨어를 굽는(upload) 방법 <- Bootloader를 구울 때 강력 추천.
 

사진에서 윗쪽이 가장 저렴한 STM32 기판인 STM32F103C8T6 이다,
 아랫쪽이 J-Link V8. SWD로 4핀 커넥터는 사진처럼 나란히 꼽으면 된다. 
시험해 보면, j-Link를 사용하면  STM32F103C8의 bootloader를 가장 잘 구울 수 있다.

사진처럼 4핀을 나란히 연결하면 USB 전원이 J-Link에서 3.3V로 바뀌어 개발기판으로 들어온다.
소프트웨어 디버거 혹은 J-Link 연결 커넥터 4핀은 GND,SW-CLK, SW-DIO, VDD로 3.3V만 연결해야 한다.
 
Arduino IDE는 J-Link를 선택하는 메뉴는 있지만, 아직 바로 연결하지 못한다.
Arduino IDE의 환경설정에 J-Link DOS command JLink.exe를 추가해야 한다.
J-Link.exe는 C:\Program Files (x86)\SEGGER\JLink_V631a\에 들어있다.

 ATM32F103C 기판의 USB를 살리려면, STM32  Maple-mini로 개조하면 된다.
기본적인 winAVR과 Ardunio IDE 1.8.5의 설정은 앞의 내용을 참조하라. (이후부터 설명한다)
 
STM32F103C 기판의 bootloader를 개조하면, 기판에 있는 USB 포트를 uploader Tool로 쓸 수 있다.
1. Arduino IDE의 파일 환경설정에 다음 사이트를 추가해서. 보드 매니저에 STM32-duino를 등록한다.
   http://dan.drown.org/stm32duino/package_STM32duino_index.json
 
2. Arduino IDE에서 툴 → 보드관리 → 보드관리 → 찾기창 → STM-duino를 입력 → 기다린다.
STM32F1xx/GD32F1xx board by stm32duio가 나오면 → 설치를 누른다.
  
 
4. github 사이트에서 Arduino_STM32_master를 받는다.
https://github.com/rogerclarkmelbourne/Arduino_STM32/archive/master.zip
5. 받은 파일의 압축을 풀고, C:\Documents\문서\Arduino\hardware에 폴더를 통째로 옮겨 놓는다.
 
6. STM32F103D 개발기판의 bootloader를 개조할 STM32F1xx STM-duino의 펌웨어를 받는다.
https://github.com/rogerclarkmelbourne/STM32duino-bootloader/

7. J-Link를 USB 포트에 연결하고 Boootloader를 개조할 Blue-Pill 기판도 연결한다.
Blue-Pill 기판의 점퍼는 Boot0을 오른쪽으로 옮겨주고, 리셋을 누른다.  
이제 윈도우즈의 설정 → 장치관리자 → 범용 직렬버스 컨트롤러 → JLink가 나와야 한다.
 
8. JFlash.exe의 설치
JLink_WIndows_V631a.exe -> https://www.segger.com/downloads/jlink/
JFlash를 받아서 설치한 다음,  JFlash.exe를 실행한다.

9. JFlash의 설정
JFlash에서 시작창이 나오면, Create New Project를 선택하고, Start JFlash를 누른다.
10. Select Device에서 Manufacturer는 ST를 선택하고, Device는 STM32F103C8-Coretex-M3를 누른다. 
11. Target은 SWD, Little endian(확인 안됨, 건드리지 않았다), Speed는 Auto로 변경, OK를 누른다. 
12. Project Setting에서 USB device를 0으로 설정, Target Interface는 직전에 맞춘거고, MCU도 확인한다.
STM32F103C8로 되있고, Check ID가 되있다. 나머지도 확인만 하고 모르면 건드리지 않는다.
 
13. JFlash 설정이 끝났다.
마지막으로 open file에서 받은 펌웨어 bin 파일을 선택하고 Save Project를 누른다.
설정한 환경을 저장하면, 다음번에 그대로 다시 불러서 쓸 수 있다.

14. 개발기판의 부트로더를 개조할 펌웨어 파일을 찾는다.
펌웨어는 압축을 푼 STM32duino-bootloader-master 폴더인데 그안의 binary 파일 중에서 내것을 찾는다. 

기판이 STM-mini blue-Pill 이면 generic_boot20_pc13.bin을 선택한다( LED가 PC13 이므로)
Maple mini 부트로더 파일이 많이 들어 있는데, 잘 찾아야 한다.틀리면 작동하지 않는다.
 
이때 bin파일의 upload address를 설정하라면 0x800 0000 (Flash 주소: 중간 공백없이) 입력한다.
ARM-coretex는 harvard 구조인데, 연결된 주변장치는 memory처럼 주소로 처리한다.
ROM(Flash), RAM, I/O는 속도를 올리기 위서 adress로 배치되어 있다. (아래 사진 참조)

15. J-Flash.exe에서 Target → Connect → product Programming을 눌러서 J-Link로 펌웨어를 굽는다.
    

16. 개발기판의 부트로더를 개조한 다음 
J-Link와 Blue-Pill을 분리하고 Blue-Pill 개발기판의 Boot0 점퍼를 원위치 한다. (USB 커넥터 쪽으로)
펌웨어를 개조한 Bule-Pill STM32F103C8 개발기판의 USB 포트에 USB cable을 연결한다.
부트로더를 개조한 STM32 기판은 USB 케이블을 연결하면 PC13에 연결된 LED가 빠르게 깜빡여야 한다.

17. 부트로더를 개조한 개발기판의 자체 USB 드라이버 설치확인,
DFU 드라이버는 자동으로 설치된다. 연결하면 알아서 설치된다.
다음과 같이, 설정 → 장치관리자 → 포트(COM & LPT) → Maple Serial(COMx)가 나와야 한다.
    
 
18. STM32용 Post Compiler가 새로 등록되었으므로 아두이노 IDE를 다시 시작한다.
보드와 컴파일러 환경이 바뀌었으므로, Arduino IDE를 닫았다 다시 작동시킨다.
다른 장치를 다 제거하고, STM32F103C 개발기판만 USB로 연결한다. 

19. 아두이노 IDE에서 ATM32F100C 보드의 설정
툴 → 보드 → Maple Mini ->CPU speed 72MHz → Bootloader 2.0(20K RAM, 120K Flash)이 나오면 성공이다.
 보드설정에서 → 포트 COMx (Maple Mini)→ 보드정보를 누르면 아래와 같이 나온다
  
 
보드설정은 " Generic STM32F103C series" 에 설정하는 것이 Flash 용량도 정확하다.
또한 maple-mini와 Generic STM32F103C series는 GPIO 포트의 번호가 다르기 때문이다.
 
 
설치 4 번에서 github 사이트에서 받은 Arduino_STM32_master의 libaray를 점검해 보면,
가장 저렴한 STM32-Pill의 CPU와 기판에 인쇄된 포트번호가  Generic STM32F103C series와 일치한다.
어쨋든 보드가 달라도 upload 포트가 Maple-min COMx는 일치하며, upload도 완벽하게 된다.

이제는 J-Link도 USB2serial도 필요없다. STM32F103C8 개발기판 자체만으로 사용자 펌웨어 굽기가 된다.
STM32F103C로 만든 DFU-bootloader를 탑재한 Maple-mini에 대해서 알아 볼 수 있다.
Maple-mini wiki 상세정보 : http://wiki.stm32duino.com/index.php?title=Maple_Mini

 응용 펌웨어 굽기확인
Arduino IDE → 파일  → 예제 → A_STM32 Example  → Digital  → Blink를 누르고,
예제 안의 포트를 PC13으로 모두 바꾸어 준다음.  → 컴파일  → 업로드를 누른다.
 
STM32F103C로 만든 복제 ST 개발기판은 내장 LED의 연결이 다르다, LED 포트를 알아야 한다.
STM32F103C 보드는 PA, PB, PC로 GPIO를 설정한다.
아날로그 입력은 PA0~PA7, PB0~PB1,,,,이다. 
이 기준은 C:\ Documents\hardware\에 설치한 Arduino_STM32_master를 IDE가 사용하기 때문이다.

upload 모드로 들어가면 기판의 LED가 잠간 꺼진 다음, upload 전송이 시작되면 빠르게 깜빡인다.
1초 안에 upload가 없으면 깜빡이 속도가 느려진다. 그 다음에도  upload가 없으면 LED는 꺼진다.
이 기능은 UNO에서 리셋하면 bootloader가 작동하는 원리와 같다.
잘 안될 때는 reset 단추를 누르면 LED가 빠르게 깜빡이며 bootloader 모드로 들어간다.

uload가 끝나면 IDE 아래쪽에 업로드 완료가 다음과 같이 표시된다.
maple_loader v0.1
Resetting to bootloader via DTR pulse
Searching for DFU device [1EAF:0003]... <--- Maple 장치를 찾는다
Found it!  <--- 찾음, (여기서 실패하면 안된다. 무엇이가 틀린것이다)

 
Claiming USB DFU Interface...   <- USB DFU로 장치를 연결한다.
Setting Alternate Setting ... 
Determining device status: state = dfuIDLE, status = 0
dfuIDLE, continuing
Transfer Size = 0x0400 <-전송크기는 0x400 (블록단위로 전송, 예제이므로 작다)
bytes_per_hash=260

Starting download: [##################################################] finished! <- 전송 끝
state(8) = dfuMANIFEST-WAIT-RESET, status(0) = No error condition is present <- USB DFU 장치를 리셋
Done! <- 완료
Resetting USB to switch back to runtime mode <- USB 장치를 Run Time Mode로 바꾼다.


업로드 결과는 위와 같이 표시 된다. "USB DFU 장치로 전송하고 DFU를 리셋하니 기판이 작동할 것이다"
예제대로 기판에 장착된 PC13의 녹색 LED가 1초 간격으로 깜빡이면, 개발기판의 펌웨어 개조에 성공한 것이다.
 
STM32F103C 개발기판 펌웨어가 Maple-Mini로 변경되었고, 개발기판에 응용 펌웨어도 uploade가 잘 된다.
이제 부터는 점퍼도 옮길 필요가 없고, J-Link나 ST-Link 도 필요 없고, USB2serial도 필요 없다.
개발환경의 컴파일과 개발기판의 펌웨어 굽기가 잘 되므로, 지금부터 본격적으로 응용코드를 만들수 있다.

STM32F103C 보드설정으로 analog 값을 PA0 (A0)에서 읽고 DMA로 buufer에 전송하는 기능을 확인했다.
개조한 STM32F103C 기판의 실험에 사용한 Arduino STM32 코드는 다름 글에서 소개한다.
 
 STM32dunio 전용 IDE의 소개 
 

상세한 정보는 다음 글 STM32 IDE의 소개에 있다.

유튜브나 인터넷을 찾아봐도, 기판에 달린 USB 포트를 쓰는 예을 찾아 볼 수가 없었다.
어렵게 STM32duino wiki 사이트에서 STM-duino의 부트로더 개조방법을 찾았다.
STM32F103C8 개발기판의 USB 포트가 결국 펌웨어 굽기(Uploading Programmer) Tool로 작동한다.

STM32-duino Maple-mini wiki :  http://wiki.stm32duino.com/index.php?title=Installation
STM32-duino Maple-mini 회로도:  Maple_mini_clone_schematic.jpg(126.7KB)

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