《STM32MP1 M4裸机CubeIDE开发指南 V1.5.2》第三章 开发环境搭建

正点原子

1）实验平台：正点原子STM32MP157开发板
2) 章节摘自【正点原子】STM32MP1 M4裸机CubeIDE开发指南 V1.5.2
3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=631745687288
4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/arm-linux/zdyzmp157.html1.0.0 文档
5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
6）STM32MP157技术交流QQ群:703341432

第三章 开发环境搭建

工欲善其事，必先利其器。搭建好了开发环境，后面的开发才可以继续进行，接下来，我们将向大家介绍STM32MP1的开发环境搭建，通过本章的学习，我们将了解到有哪些常用的开发工具，包括IDE、调试器、串口工具等。
本章将分为如下几个小节：
        3.1、STM32Cube生态简介；
        3.2、常用开发工具准备；
        3.3、STM32CubeIDE安装；
        3.4、CH340 USB虚拟串口驱动安装；
3.1 STM32Cube生态简介
        STM32Cube生态系统是ST公司开发的一套开源免费开发工具和开发软件包，其致力于使STM32的开发人员在 STM32平台上快速、轻松地开发应用，该生态系统主要分为两大部分：
        1）STM32Cube PC软件工具
        STM32CubeMX、STM32CubeIDE、STM32CubeProgrammer和STM32CubeMonitor等。
        2）软件库
        STM32CubeMCU/MPU包 和STM32Cube扩展包等。

图3.1. 1 STM32生态系统

3.1.1 STM32CubeMX
        STM32CubeMX是近年来开发STM32比较流行的一个配置代码工具，目前已经更新了很多个版本，新的版本功能也越来越强大。
        STM32CubeMX是图形化配置工具，可以直观的选择MCU/MPU型号，可以动态地配置引脚、配置时钟树、配置中间件、配置内存，可以生成MCU初始化代码和MPU设备树源码，可以进行DDR测试等。STM32CubeMX的好处是具有直观的图形配置界面，而且它把很多东西封装的比较好，例如硬件抽象层、中间层、外围器件和示例代码以及Arm Cortex-A内核部分Linux设备树等等，它可以独立使用或作为 Eclipse 插件使用，例如在STM32CubeIDE上就集成了STM32CubeMX。STM32CubeMX开源且跨平台，支持在Windows、Linux和macOS 操作系统上运行（64位）。

图3.1.1. 1 STM32CubeMX支持ST全系列

        软件获取链接：
https://www.st.com/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-configurators-and-code-generators/stm32cubemx.html
3.1.2 STM32CubeIDE
        STM32CubeIDE是ST于2019年新推出的一款多功能的集成开发工具，它集成了TrueSTUDIO和STM32CubeMX插件，并基于GDB进行调试，它允许集成数百个现有插件，这些插件完成Eclipse的功能。
TrueSTUDIO插件是一款建立在Eclipse CDT、GCC和GDB的C/C++集成开发工具，其具有项目创建和管理、代码编辑、代码编译以及代码在线调试等功能。STM32CubeMX插件具有图形化配置功能，可以直观地选择MCU/MPU型号、动态配置引脚和设置时钟树、动态设置外围设备和中间器件的模式，可以自动处理引脚冲突和生成初始化代码。TrueSTUDIO和STM32CubeMX的强强联手，使STM32CubeIDE得以和MDK进行媲美。STM32CubeIDE完全开源，并且跨平台，目前支持Windows、Linux和macOS多个操作系统（64位版本）。

图3.1.2. 1 STM32CubeIDE

        软件获取链接：
https://www.st.com/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-ides/stm32cubeide.html
3.1.3 STM32CubeProgrammer
        STM32CubeProgrammer看名字就知道和编程有关，它属于多合一软件工具，它将ST Visual Programmer、DFUse Device Firmware Update、Flash Loader和 ST-Link等软件功能整合到了一起，为用户提供STM32 微控制器代码烧写和固件安全安装、更新功能，帮助用户更快地开发特定外部存储器的加载程序。
        STM32CubeProgrammer支持对外部存储器如EEPROM，NOR Flash，SPI Flash，NAND Flash 进行擦除和烧写，用户烧写STM32微控制器既可使用片上SWD (单线调试)或JTAG调试端口，也可以用程序引导装入端口(例如 UART和USB)，它支持 Motorola S19、Intel HEX、ELF 和 二进制格式（BIN文件），支持ST-LINK固件更新，支持OTP编程，支持图形化界面操作也支持命令行操作，在命令行界面，用户可通过脚本实现自动化编程。目前STM32CubeProgrammer支持Windows、Linux和macOS多个操作系统（64位版本）。

图3.1.3. 1 STM32CubeProgrammer

        软件获取链接：
https://www.st.com/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-programmers/stm32cubeprog.html
3.1.4 STM32CubeMonitor
        STM32CubeMonitor是一款用于诊断STM32应用程序的工具，具有实时读取程序变量的功能。
        STM32CubeMonitor具有可视化的图形界面，通过流的图形编辑器，使用者不需要编程就可以轻松构建自定义仪表板，并快速添加仪表盘，例如仪表、条形图和曲线图，通过ST-LINK (SWD、JTAG协议)可以连接到任何STM32设备，借助具有多种格式显示功能的本机，可以实现远程监控，使用起来非常方便，性能比STM Studio还要强大。目前STM32CubeMonitor支持Windows、Linux Ubuntu 和 macOS操作系统。

图3.1.4. 1 STM32CubeMonitor

        软件获取链接：
https://www.st.com/content/st_com/en/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-performance-and-debuggers/stm32cubemonitor.html
3.1.5 软件库
        软件库是STM32Cube生态中重要的组成部分，包括STM32CubeMCU/MP包和STM32Cube扩展包。STM32CubeMCU/MP包主要包括：底层驱动硬件抽象层（HAL）和低层（LL）、中间件层Middlewares和参考例程，其中：
硬件抽象层（HAL）：通过标准化的API调用实现了不同STM32设备之间的可移植性；
底层（LL）：提供一组轻量级、优化、面向专家的API，确保最佳的性能和运行时效率；
中间件层：一套一致的中间件，包括RTOS、USB库、文件系统、TCP / IP堆栈和触摸感应库或图形库等。
参考例程：包含所有嵌入式软件实用程序与全套外设应用的例程。
        STM32Cube扩展包包含嵌入式软件组件，除了ST自家的也有第三方合作伙伴的资源，这些组件可以补充STM32Cube的功能。

图3.1.5. 1 ST软件库

        如果没有了解过STM32 MCU/MPU的朋友，对这些软件库就会比较陌生。简而言之，它们是ST官方为了简化开发人员的工作、节约开发时间和开发成本而开发的代码包，里边的代码可以为开发人员所用，根据代码包的框架，开发人员可以在不同的ST系列芯片上进行代码移植，实现想要的功能。我们后面的学习内容，主要也是和代码包打交道。
3.2 常用开发工具准备
3.2.1 有话要说
        在介绍开发环境搭建前，笔者有话想和大家说说。
正点原子已经有《STM32MP1 M4裸机HAL库开发指南》了，为何还要出《STM32MP1 M4裸机CubeIDE开发指南》呢？不错，两个文档都是基于HAL库进行开发，前者基于MDK进行开发，后者基于STM32CubeIDE进行开发，只是换了一个IED，本质上换汤不换药，但还是有差别的，下面我们来说说它们的优势和差异。
ST公司提供了多达20种IDE来对STM32的开发支持，在众多IDE里，MDK和IAR的用户是比较多的，很多人一开始学习单片机的时候使用的是MDK或者IAR来开发，这两个IED使用起来简单、好用并且普及很广。例如MDK，其开发界面美观，不需要做很麻烦的配置就可以进行开发，编译速度快，并且具有一键下载功能，可以说是比较傻瓜式的，对初学者来说比较友好。不过，MDK是一款付费集成开发环境，如果要商用，需要联系Keil公司购买，而免费版或评估版要么有器件型号限制，要么有程序容量限制。
使用MDK进行开发，易于上手，操作简单，如果之前有接触MDK的人，可以更快上手STM32 MCU开发。但MDK没有没有图形化配置界面，也没有自动生成初始化代码的功能，需要自己手动去实现，不过这有助于加深学习者对底层操作过程的理解。
使用STM32CubeIDE进行开发，可以借助STM32CubeMX插件的图形化配置功能进行配置，操作直观，可以自动生成初始化代码。STM32CubeMX插件把很多东西封装的比较好，就是因为封装的比较好，所以我们可以直接跳过对部分底层的操作，不过这不利于对底层的理解。当然，我们也可以不使用STM32CubeMX插件的图形化配置功能和初始化代码生成功能，可以直接使用TrueSTUDIO插件的功能，这个时候可以在STM32CubeIDE上导入已有的TrueSTUDIO工程来进行开发也是可以的，使用上就和TrueSTUDIO、MDK差不多。STM32CubeMX插件的图形界面操作加上TrueSTUDIO插件的ECLIPSE/CDT框架，使得STM32CubeIDE的配置过程比MDK要麻烦，而且没有一键下载功能，使用上会让人觉得有一种“慢”的感觉，就笔者的使用体验来看，比起MDK，STM32CubeIDE是有点慢、卡顿，而且还有一些小bug，但不影响使用（笔者使用最新的1.4.0版本）。
以上是笔者的理解，两种IDE各有千秋，大家可以根据自己的需要选择相应的IDE来进行开发。
3.2.2 开发工具准备
我们开发STM32需要用到一些开发工具，如：IDE、仿真器、串口调试助手等。常见的工具如表3.2.2.1所示：

表3.2.2. 1常用开发工具

        大家可以根据自己的需要和喜好，选择合适的开发工具。表中加粗部分是我们推荐使用的STM32开发工具，即IDE推荐使用MDK或者STM32CubeIDE，仿真器推荐使用STLINK，或者正点原子的无线调试器以及DAP仿真器（参考4.3小节），串口调试助手推荐使用XCOM。
        本篇开发手册主要是基于STM32CubeIDE来开发，如果想使用MDK来开发的可以参考正点原子的《STM32MP1 M4裸机HAL库开发指南》。下面，我们正式进入开发环境搭建之旅。
注：
        下文有的地方，我们会将STM32CubeIDE简称为CubeIDE，将STM32CubeMX简称为CubeMX。
3.3 STM32CubeIDE安装
3.3.1 下载安装包
        本章节我们介绍在Windows操作系统中安装STM32CubeIDE，本手册使用的软件版本是1.4.0版本，我们已经放在 开发板光盘A-基础资料\5、开发工具\2、ST官方开发工具 中，如图3.3.1.1所示：

图3.3.1. 1 STM32CubeIDE安装包

        如果大家想自己在ST官网下载，推荐先在ST官网注册个人账号以后再下载软件安装包。
        ST官网：https://www.st.com/content/st_com/en.html
        注册好ST官网账号以后，先登录账号，然后在搜索框中搜索STM32CubeIDE，找到软件，或者可以直接点击下方的软件获取链接：https://www.st.com/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-ides/stm32cubeide.html
        点击软件获取链接下载Win版本的STM32CubeIDE，我们选择目前最新的1.4.0版本，如果想安装其它的版本可以在选择版本列表里选中对应的版本。STM32CubeIDE支持Windows、Linux和macOS多个操作系统（64位版本），其中STM32CubeIDE-Win就是Win版本，我们点击获取软件进行下载，如图3.3.1.2所示。

图3.3.1. 2 STM32CubeIDE安装包下载

点击获取软件后，会弹出许可协议界面，我们点击接受。

图3.3.1. 3许可协议界面

如果您已经注册和登录了ST账户，会直接跳到下载界面：

图3.3.1. 4下载界面

如果您没有注册ST账户，或者没有登录账户，那么会弹出如下提示，按照提示登记姓名和邮箱地址，然后你的邮箱便会收到安装包的下载链接，我们根据注册和提示操作即可。

图3.3.1. 5注册登录界面

3.3.2 安装Java环境
        我们选择安装1.4.0版本的STM32CbeIDE，相比于以前的版本其修复了一些bug并新增了部分功能，其集成的STM32CubeMX是V6.0.0版本。
        在安装STM32CbeIDE前，我们要先安装Java的环境，Java 运行环境版本必须是 V1.7 及以上，否则会导致STM32CbeIDE无法使用，如果你的电脑安装过 V1.7 以下版本，请先删掉后重新安装最新版本。如果找不到卸载的程序，最直接的可以在软件管家工具中找到，选中后卸载。如图3.3.2.1是笔者之前安装的V1.8.0_45版本的Java环境，这里将其删掉：

图3.3.2. 1通过软件管家卸载软件

        关于版本，这里推荐大家安装V1.8.0_271版本64位的Java，因为正点原子《STM32MP1嵌入式Linux驱动开发指南》中会用到STM32CubeProgrammer来烧写程序，而教程里提供的STM32CubeProgrammer软件使用的是V1.8.0_271版本的Java。
注：
        STM32CubeIDE已经集成了STM32CubeMX，STM32CubeIDE生成的工程文件中，有STM32CubeMX工程文件，也就是说，可以用独立的STM32CubeMX软件来打开STM32CubeIDE生成的STM32CubeMX工程文件，不过要求STM32CubeMX软件版本为V6.0.0或以上版本才可以打开工程文件。所以想使用独立的STM32CubeMX软件来打开STM32CubeIDE生成的STM32CubeMX工程文件的朋友，需要安装V6.0.0或以上版本的STM32CubeMX才可以哦。正点原子的《STM32MP1 M4裸机HAL库开发指南》里有安装STM32CubeMX的说明，安装的版本为V6.0.1版本，该版本是可以打开STM32CubeIDE生成的STM32CubeMX工程文件的。
        大家可以到 Java 官网www.java.com查找下载对应的 Java 软件，也可以直接从我们光盘复制安装包，目录为：开发板光盘A-基础资料\3、软件\Java 安装包。

图3.3.2. 2 Java安装包

        对于 Java 运行环境安装，我们这里就不做过多讲解，大家直接双击安装包，根据提示安装即可，安装完成之后提示界面如图3.3.2.3：

图3.3.2. 3 Java安装成功提示界面

        安装完 Java 运行环境之后，为了检测是否正常安装，我们可以打开 Windows 的cmd命令输入框，输入：java –version 命令查询Java版本，如果显示 Java 为1.8.0_271版本64位（注意，是64位的），则安装成功，提示信息如图3.3.2.4：

图3.3.2. 4 Java版本查询

3.3.3 STM32CubeIDE安装
将下载好的STM32CubeIDE安装包解压到非中文路径下，如果路径中有中文，双击安装的时候会提示如图3.3.3.1所示错误。

图3.3.3. 1报错提示

双击解压出来的st-stm32cubeide_1.4.0_7511_20200720_0928_x86_64.exe可执行文件进行安装，程序进入图3.3.3.2安装向导界面：

图3.3.3. 2安装向导

        点击Next弹出许可协议界面，点击I Agree，如图图3.3.3.3：

图3.3.3. 3安装许可协议界面

        选择安装的路径，默认是安装在C盘，可根据个人情况选择安装路径，此处本文选择安装在D盘。注意，安装路径不能有中文，否则会导致STM32CubeIDE软件无法安装，即使成功安装以后，也会导致无法正常创建和保存工程，无法正常进行编译。

图3.3.3. 4选择安装路径

        在选择组件对话框选择与STM32CubelDE一起安装的GDB服务器组件，默认选择J-Link 和 ST-Link的组件，我们选择默认即可。

图3.3.3. 5选择组件

        点击Install后进入安装进度条界面，待安装程序进度完成。如果弹出需要安装的驱动，选择安装即可。

图3.3.3. 6驱动提示界面

        最后点击NestFinish完成安装，默认勾选创建桌面快捷键。

图3.3.3. 7驱动提示界面

        安装完成后桌面有一个快捷启动图标，双击此快捷图标可以启动STM32CubeIDE。

图3.3.3. 8快捷图标

3.3.4 STM32CubeIDE卸载
        如果不想要STM32CubeIDE，可以双击STM32CubeIDE安装路径下的uninstall.exe卸载可执行文件进行卸载，如果已经打开了STM32CubeIDE软件，先将其关闭再卸载。这样卸载的好处是，软件卸载的干净，一些注册表信息也同时会被清除，如果用其它软件卸载工具来卸载的话，可能会存在卸载不干净的情况，例如注册表信息可能没有被清除。

图3.3.4. 1uninstall.exe卸载程序

        点击uninstall.exe卸载可执行文件进行卸载，弹出如下界面，我们选择Uninstall进行卸载。

图3.3.4. 2卸载界面

        待进度条完成后，点击Close关闭，软件卸载完毕。

图3.3.4. 3卸载完毕

3.4 CH340 USB虚拟串口驱动安装
        安装CH340 USB虚拟串口驱动，以便我们使用电脑通过USB和STM32进行串口通信。开发板使用的USB虚拟串口芯片是CH340C，其驱动我们已经放在开发板光盘A-基础资料3、软件 CH340驱动(USB串口驱动)_XP_WIN7共用 文件夹里面，如图3.4.1所示：

图3.4. 1 CH340驱动

        双击SETUP.EXE进行安装，安装完成后，如图3.4.2所示：

图3.4. 2驱动安装成功

在驱动安装成功之后，将开发板的USB_UART接口通过USB连接到电脑，此时电脑就会自动给其安装驱动了。在安装完成之后，可以在电脑的设备管理器里面找到USB串口（如果找不到，则重启下电脑），如图3.4.3所示：

图3.4. 3设备管理器显示CH340 USB虚拟串口

在图3.4.3中可以看到，我们的USB虚拟串口被识别为COM14，这里需要注意的是：不同电脑可能不一样，你的可能是COM4、COM5等，但是USB-SERIAL CH340，这个一定是一样的。如果没找到USB串口，则有可能是你安装有误，或者系统不兼容。
在安装完CH340 USB虚拟串口以后，我们就可以使用串口调试助手，比如XCOM，和我们的开发板，通过串口进行通信了，这个我们在后续内容再给大家介绍。至此，STM32的开发环境就搭建完成了。