Gnu toolchain for windows

Настройка Toolchain(а) для сборки артефактов под STM32. x86-64, Win, Eclipse, GCC, Make, GDB, ST-LinkV2

В этом тексте я расскажу какой путь проходят исходники с момента написания до момента исполнения на микроконтроллере и как сварить прошивку. Также прокопаю тему как настроить ToolChain из бесплатных утилит. В этом тексте я покажу на что следует обратить внимание при запуске первого проекта на ARM Cortex-M чипах. Этот текст, в сущности, пояснение того, что происходит под капотом большинства IDE (IAR, Keil, CodeComposerStudio и пр.). Можете читать это как курс молодого ~~боевика~~ бойца.

Что же мне потребуется накатить на свой NetTop для разработки под STM32?

Вот список утилит с которыми скорее всего предстоит столкнуться при разработке прошивок для чипов STM32.

Программа/Утилита	Назначение
STM32 ST-LINK Utility.exе	GUI прошивальщик по SWD/JTAG
ST-LINK_CLI.exe	CLI прошивальщик по SWD/JTAG
Putty /TeraTerm/HTerm	Терминалы Serial порта
STM Studio	Отрисовывать графики переменных из ячеек RAM памяти
Cygwin	Набор Unix утилит для Windows
pdf reader	браузер PDF файлов с документацией
python	интерпретатор языка Python
Cppcheck	Статический анализатор кода
git-bash.exe	Система управления версиями исходных кодов + удобны Unix CLI терминал
WinMerge	Сравнение текстовых файлов с подсветкой
ST-LINK_gdbserver.exe	Отладочный сервер
WinRAR	распаковка архивов с документацией от вендора
GNU Tools ARM Embedded	Компилятор для ARM
Atollic TrueStudio	Набор утилит
Tor Browser	Web Browser для скачивания утилит и документации из санкционных территорий
Jenkins	Сервер сборки артефактов
hexdump /hexedit	просмотрщик бинарных файлов
grep	поиск подстрок в кодовой базе
find	поиск файла в файловой системе по регулярному выражению для его имени
STM32CubeMX	Генератор базового кода с примерами
clang format	автоматические выравнивание отступов
Notepad++	вспомогательный текстовый редактор специально для коммит сообщений
Eclipse IDE for C/C++ Developers	текстовый редактор

Фаза 1. Установка текстового редактора

Так как любая программа это прежде всего текст, то надо установить какой-нибудь текстовый редактор.

Предлагаю Eclipse IDE for C/C++ Developers так как у него весьма удобные HotKeys. Для ускорения написания кода.

Плюс в Eclipse приятное синее выделение.

Еще Eclipse мгновенно запускается. Как по мне качество текстового редактора определяется тем как часто вам приходится пользоваться мышкой. В хорошем текстовом редакторе мышка вообще не нужна. Eclipse один из таких текстовых редакторов.

Установить Eclipse IDE for C/C++ Developers можно отсюда
https://www.eclipse.org/downloads/packages/

Установка заключается в распаковке скаченного архива в удобное место. В ОС Windows можно устанавливать Eclipse в корень диска С.

Программа запускается с помощью исполняемого файла eclipse.exe, который находится в распакованной папке.

При первом запуске Eclipse надо выбрать рабочую папку (workspace). В этой папке Eclipse будет по умолчанию создавать проекты.

Настройка проекта в Eclipse

Настройки текстового редактора содержатся в файлах .project, .cproject. Важно снять галочку с пункта Makefile generation. В поле Build location прописать относительный путь к папке, которая содержит Makefile.

Настроить параллельную сборку чтобы ускорить цикл ToolChain(а). Это делается во вкладке Behavior

После этого инициировать сборки можно горячей клавишей Ctrl+B.

Фаза 2. Накатывание ToolChain(а) GCC под ARM для Cross компиляции на Win10

Нужен ToolChain: препроцессор (cpp), компилятор ASM(as), компилятор С (gcc),компилятор С++(g++), компоновщик(ld), отладчик(gdb). Нужны binutils(ы) для диагностики полученных артефактов(nm, size, readelf), архиватор статических библиотек(ar), и прочее. Это основные утилиты, которые и делают всю работу по превращению исходников (*.с, *.h) в артефакты (*.hex *.bin *.map *.elf *.out файлики).

ToolChain следует брать с официального сайта

https://developer.arm.com/downloads/-/gnu-rm#:~:text=The%20GNU%20Arm%20Embedded%20Toolchain,Arm%20Cortex%2DR%20processor%20families

Toolchain устанавливается как обычная win программа прямо из gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10-win32.exe файла

Проверка, что установилось. Вот полный комплект GCC ARM. Всего 32 утилиты.

Как же make файл узнает, что нужен именно этот toolchain? Ведь их может быть установлено несколько в разные папки. Ответ прост. Надо прописать адрес toolchain в переменной Path. А старый путь просто дропнуть.

и тут

Каждый свой шаг надо проверять. Как проверить, что терминал cmd находит ToolChain? Откройте cmd из любой папки и наберите arm-none-eabi-gcc.exe –v

Версия должна отобразиться в соответствии с версией скаченного дистрибутива. ToolChain может находится примерно по такому адресу:

C:\Program Files (x86)\GNU ARM Embedded Toolchain\10 2021.10\bin\

Фаза 3. Установка Windows Build Tools binaries (Make, cp, rm, echo, sh…)

Самый классический способ сборки программ на С(ях) это, конечно же, Make файлы. Не перестаю удивляться насколько элегантна сборка программ из make. В 1970е года когда появились утилита make программировали только настоящие ученые со степенями докторов наук. Тогда у школоты как сейчас банально не было персональных компьютеров из-за дороговизны DeskTop(ов). В 197x программировали по настоящему достойные люди. Поэтому и появились такие утилиты-шедевры как make, grep, find, sort и прочее. Благодаря Make файлам можно управлять модульностью сборок программных компонентов по-полной. Мгновенно, одной строчкой включать и исключать сотни файлов одновременно для сотен сборок. Это даже не снилось таким GUI(ням) как IAR с Keil, где приходится протирать дыры в коврике для мышки, чтобы сделать то, что в make делается одной строчкой в *.mk файлике.

Сейчас среди российских программистов микроконтроллеров make файлами умеет пользоваться в лучшем случае один из шести. Остальные не могут слезть с иглы GUI-IDE. Сборка прошивок из make это считается высшим пилотаже программирования на С(ях).

Вот минимальный набор утилит для процессинга Make файлов.

Утилита	Назначение
make	build automation tool
sh	Unix shell interpreter
busybox	a software suite that provides several Unix utilities
echo	Echo the STRING(s) to standard output.
cp	Copy SOURCEs to DEST
mkdir	Create DIRECTORY
rm	Remove (unlink) FILEs

Где же мне взять универсальный Makefile для сборки много-файловых проектов? Самое простое это воспользоваться код-генератором STM32CubeMX и сгенерировать MakeFile проект.

Далее аккуратно раздербанить его под общую кодовую базу. Получается вот такой файл с правилами.

mkfile_path := $(abspath $(lastword $(MAKEFILE_LIST)))
$(info Build  $(mkfile_path) )

BUILD_DIR = build

#@echo $(error SOURCES_C= $(SOURCES_C))
INCDIR := $(subst /cygdrive/c/,C:/, $(INCDIR))
#@echo $(error INCDIR=$(INCDIR))
SOURCES_C := $(subst /cygdrive/c/,C:/, $(SOURCES_C))
#@echo $(error SOURCES_C=$(SOURCES_C))
SOURCES_ASM := $(subst /cygdrive/c/,C:/, $(SOURCES_ASM))
LDSCRIPT := $(subst /cygdrive/c/,C:/, $(LDSCRIPT))
#@echo $(error SOURCES_ASM=$(SOURCES_ASM))

# binaries
PREFIX = arm-none-eabi-
# The gcc compiler bin path can be either defined in make command via GCC_PATH variable (> make GCC_PATH=xxx)
# either it can be added to the PATH environment variable.
ifdef GCC_PATH
  CC = $(GCC_PATH)/$(PREFIX)gcc
  AS = $(GCC_PATH)/$(PREFIX)gcc -x assembler-with-cpp
  CP = $(GCC_PATH)/$(PREFIX)objcopy
  SZ = $(GCC_PATH)/$(PREFIX)size
else
  CC = $(PREFIX)gcc
  AS = $(PREFIX)gcc -x assembler-with-cpp
  CP = $(PREFIX)objcopy
  SZ = $(PREFIX)size
endif
HEX = $(CP) -O ihex
BIN = $(CP) -O binary -S
 
# CFLAGS
#https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/ARM-Options.html
FPU = 
FPU += -mfpu=fpv4-sp-d16

FLOAT-ABI = -mfloat-abi=hard

MCU = $(CPU) -mthumb $(FPU) $(FLOAT-ABI)

CSTANDARD = -std=c11

AS_DEFS = 

AS_INCLUDES = 
OPT += -Os
    
ifeq ($(DEBUG), Y)
    #@echo $(error DEBUG=$(DEBUG))
    CFLAGS += -g3 -gdwarf-2 -ggdb
endif

ASFLAGS = $(MCU) $(AS_DEFS) $(AS_INCLUDES) $(OPT) -Wall -fdata-sections -ffunction-sections

CFLAGS += $(MCU) $(OPT) $(INCDIR) -Wall -fdata-sections -ffunction-sections $(CSTANDARD)


# Generate dependency information
CFLAGS += -MMD -MP -MF"$(@:%.o=%.d)"

# LDFLAGS

# libraries
LINKER_FLAGS += -Xlinker --gc-sections 
ifeq ($(MBR), Y)
    #@echo $(error MBR=$(MBR))
    LIBS += -lnosys
else
    LIBS += -lnosys 
    LINKER_FLAGS += -u _scanf_float
    LINKER_FLAGS += -u _printf_float
endif

ifeq ($(LIBC), Y)
    #@echo $(error LIBC=$(LIBC))
    LIBS += -lc
endif

ifeq ($(MATH), Y)
    #@echo $(error MATH=$(MATH))
    LIBS += -lm 
endif


#@echo $(error LDSCRIPT=$(LDSCRIPT))
LIBDIR = 

LDFLAGS += $(MCU) -specs=nano.specs -T$(LDSCRIPT) $(LIBDIR) $(LIBS) -Wl,-Map=$(BUILD_DIR)/$(TARGET).map,--cref -Wl,--gc-sections $(LINKER_FLAGS)

# default action: build all
all: $(BUILD_DIR)/$(TARGET).elf $(BUILD_DIR)/$(TARGET).hex $(BUILD_DIR)/$(TARGET).bin


# build the application
# list of objects
OBJECTS = $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(notdir $(SOURCES_C:.c=.o)))
vpath %.c $(sort $(dir $(SOURCES_C)))
# list of ASM program objects
OBJECTS += $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(notdir $(SOURCES_ASM:.S=.o)))
vpath %.S $(sort $(dir $(SOURCES_ASM)))

$(BUILD_DIR)/%.o: %.c Makefile | $(BUILD_DIR) 
	$(CC) -c $(CFLAGS) -Wa,-a,-ad,-alms=$(BUILD_DIR)/$(notdir $(<:.c=.lst)) $< -o $@

$(BUILD_DIR)/%.o: %.S Makefile | $(BUILD_DIR)
	$(AS) -c $(CFLAGS) $< -o $@

$(BUILD_DIR)/$(TARGET).elf: $(OBJECTS) Makefile
	$(CC) $(OBJECTS) $(LDFLAGS) -o $@
	$(SZ) $@

$(BUILD_DIR)/%.hex: $(BUILD_DIR)/%.elf | $(BUILD_DIR)
	$(HEX) $< $@
	
$(BUILD_DIR)/%.bin: $(BUILD_DIR)/%.elf | $(BUILD_DIR)
	$(BIN) $< $@	
	
$(BUILD_DIR):
	mkdir $@		

# clean up
clean:
	-rm -fR $(BUILD_DIR)
  
# dependencies
-include $(wildcard $(BUILD_DIR)/*.d)

# *** EOF ***

Вот так выглядит пример make файла для компонента независимого сторожевого таймера

$(info IWDG_MK_INC=$(IWDG_MK_INC) )
ifneq ($(IWDG_MK_INC),Y)
    IWDG_MK_INC=Y
    
    mkfile_path := $(abspath $(lastword $(MAKEFILE_LIST)))
    $(info Build  $(mkfile_path) )
    
    IWDG_DIR = $(WORKSPACE_LOC)bsp/bsp_stm32f4/iwdg
    #@echo $(error IWDG_DIR=$(IWDG_DIR))
    IWDG=Y
    INCDIR += -I$(IWDG_DIR)
    OPT += -DHAS_IWDG

    SOURCES_C += $(IWDG_DIR)/iwdg_drv.c

    ifeq ($(CLI),Y)
        ifeq ($(IWDG_COMMANDS),Y)
            OPT += -DHAS_IWDG_COMMANDS
            SOURCES_C += $(IWDG_DIR)/iwdg_commands.c
        endif
    endif
endif

А это MakeFile для конкретной сборки.

MK_PATH:=$(dir $(realpath $(lastword $(MAKEFILE_LIST))))
#@echo $(error MK_PATH=$(MK_PATH))
WORKSPACE_LOC:= $(MK_PATH)../../
INCDIR += -I$(MK_PATH)
INCDIR += -I$(WORKSPACE_LOC)

include $(MK_PATH)components.mk
include $(MK_PATH)cli_config.mk
include $(MK_PATH)diag_config.mk
include $(MK_PATH)test_config.mk
include $(WORKSPACE_LOC)code_base.mk
include $(WORKSPACE_LOC)rules.mk

В Makefile тоже можно делать Include guard подобно *.h файлам препроцессора.

$(info FILE_MK_INC=$(FILE_MK_INC))
ifneq ($(FILE_MK_INC),Y)
    FILE_MK_INC=Y
endif

И так далее. Для каждой сборки один Makefile и множество общих *.mk файлов.

Windows Build Tools binaries можно скачать по ссылке.

Можно скопировать утилиты Windows Build Tools в папку:

C:\xpack-windows-build-tools-4.3.0-1\bin

Фаза 4. Подключить настройки компоновщика (Linker(а)). (*.ld файл)

После сборки *.с файлов образуются столько же *.o фалов. Их надо скомпоновать в один *.bin файл. Этим занимается утилита arm-none-eabi-ld.exe. Как и любой утилите нужен свой конфигурационный файл. Обычно это *.ld файл. Вот пример конфигурации компоновщика для сборки первичного загрузчика.


/* Entry Point */
ENTRY(Reset_Handler)

/* Highest address of the user mode stack */
_estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM);    /* end of RAM */
/* Generate a link error if heap and stack don't fit into RAM */
_Min_Heap_Size  = 0x200; /* required amount of heap  */
_Min_Stack_Size = 0x900; /* required amount of stack */

/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
RAM (xrw)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 320K
FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 16K
}

/* Define output sections */
SECTIONS
{
  /* The startup code goes first into FLASH */
  .isr_vector :
  {
    . = ALIGN(4);
    KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */
    . = ALIGN(4);
  } >FLASH

  /* The program code and other data goes into FLASH */
  .text :
  {
    . = ALIGN(4);
    *(.text)           /* .text sections (code) */
    *(.text*)          /* .text* sections (code) */
    *(.glue_7)         /* glue arm to thumb code */
    *(.glue_7t)        /* glue thumb to arm code */
    *(.eh_frame)

    KEEP (*(.init))
    KEEP (*(.fini))

    . = ALIGN(4);
    _etext = .;        /* define a global symbols at end of code */
  } >FLASH

  /* Constant data goes into FLASH */
  .rodata :
  {
    . = ALIGN(4);
    *(.rodata)         /* .rodata sections (constants, strings, etc.) */
    *(.rodata*)        /* .rodata* sections (constants, strings, etc.) */
    . = ALIGN(4);
  } >FLASH

  .ARM.extab   : { *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*) } >FLASH
  .ARM : {
    __exidx_start = .;
    *(.ARM.exidx*)
    __exidx_end = .;
  } >FLASH

  .preinit_array     :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);
    KEEP (*(.preinit_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);
  } >FLASH
  .init_array :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);
    KEEP (*(SORT(.init_array.*)))
    KEEP (*(.init_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
  } >FLASH
  .fini_array :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .);
    KEEP (*(SORT(.fini_array.*)))
    KEEP (*(.fini_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .);
  } >FLASH

  /* used by the startup to initialize data */
  _sidata = LOADADDR(.data);

  /* Initialized data sections goes into RAM, load LMA copy after code */
  .data : 
  {
    . = ALIGN(4);
    _sdata = .;        /* create a global symbol at data start */
    *(.data)           /* .data sections */
    *(.data*)          /* .data* sections */

    . = ALIGN(4);
    _edata = .;        /* define a global symbol at data end */
  } >RAM AT> FLASH

  
  /* Uninitialized data section */
  . = ALIGN(4);
  .bss :
  {
    /* This is used by the startup in order to initialize the .bss secion */
    _sbss = .;         /* define a global symbol at bss start */
    __bss_start__ = _sbss;
    *(.bss)
    *(.bss*)
    *(COMMON)

    . = ALIGN(4);
    _ebss = .;         /* define a global symbol at bss end */
    __bss_end__ = _ebss;
  } >RAM

  /* User_heap_stack section, used to check that there is enough RAM left */
  ._user_heap_stack :
  {
    . = ALIGN(4);
    PROVIDE ( end = . );
    PROVIDE ( _end = . );
    . = . + _Min_Heap_Size;
    . = . + _Min_Stack_Size;
    . = ALIGN(4);
  } >RAM

  /* Remove information from the standard libraries */
  /DISCARD/ :
  {
    libc.a ( * )
    libm.a ( * )
    libgcc.a ( * )
    libnosys.a ( * )
  }

  .ARM.attributes 0 : { *(.ARM.attributes) }
}

Фаза 5. Подключить инициализацию окружения. Ассемблерный код.

До запуска функции main() происходит множество инфраструктурных действий:

Выбрать вариант загрузки по двум Boot пинам (Flash 0x0000_0000, Flash 0x0800_0000, SRAM 0x2000_0000)
Проинициализировать регистр указателя SP на начало стека первым qWord(ом) бинаря.
Проинициализировать глобальные переменные в RAM данными из бинаря. (интервал rwdata).
Обнулить неинициализированные переменные в RAM (интервал bss).
Настроить ядро вычисление с плавающей точкой FPU.
Прописать в регистры процессора местонахождение адресов обработчиков прерываний.
Примонтировать, если нужно, внешнюю Off-Chip RAM память.

Всё это прописано в коде на Assembler в *.S файле. Который отрабатывает до запуска функции main(). Это например файл startup_stm32f413xx.S

Фаза 6. Нужны сорцы от Vendor(ов) чипа.

Чтобы можно было начать разрабатывать какое-то приложение и бизнес логику нужно целая куча системного софта. Это базовый софт или System Software. В его состав входит всяческая инициализация. Инициализация тактирования(TIM, RCC, RTC), интерфейсов (CAN, SPI, I2S, I2C, UART, USB, GPIO, SDIO, SAI, Ethernet), системных компонент (FLASH, SRAM, DMA, MPU, IWDG, RNG, FPU, NVIC), возможностей генерации (DAC, PWM). Это десятки тысяч строк кода. К счастью часть этого кода предоставляют нормальные вендоры чипов.

При разработке на STM32 у нас по сути два вендора: Компания ARM и Компания STMicroelectronic.

Компания ARM выпускает так называемый CMSIS(Common Microcontroller Software Interface Standard). Это С обертки для ASM команд под Cortex-M чипы. Так же *.ld файлики для компоновщика. Это скачивается с их сайта https://silver.arm.com/browse/CMSIS после регистрации

Компания STMicroelectonic выкатывает HAL Drivers — базовый системный софт для инициализации периферии микроконтроллера. Самое простое это установить их компанейский код генератор и STM32CubeMX по ссылке и сгенерировать проект.

STM32CubeMX сам скачает и сохранит сорцы базового кода в папку STM32F4xx_HAL_Driver. Только скачивать предстоит через Tor browser так как РФ у ST числится санкционной территорией. Вот список сорцов STM32F4xx_HAL_Driver от вендора:

Обратите внимание никаких статических библиотек (*.а) как у Texas Instruments. Чистые сорцы (*.c *.h файлики).

Фаза 7. Как скормить прошивку микроконтроллеру?

Накатить прошивку на чип можно при помощи программатора ST-Link через интерфейс SWD/JTAG и утилиты STM32 ST-LINK Utility.exe. Программатор может быть встроен в отладочную плату от ST, как например в семействе Nucleo_f4XXXxx:

Если вы записываете Generic *.bin артефакт(приложение), то надо указать адрес начала бинарная в On-Chip Nor Flash памяти. Запись *.hex файлов безопаснее так как вам не надо явно указывать адрес начала прошивки. Прошивка это просто бинарный массив в файле. Текстовым редактором его не проанализируешь. Анализировать содержимое бинарных файлов (*.bin) можно консольной утилитой-переходником hexdump.exe. Даешь *.bin получаешь Hex Wall в *.txt

hexdump -C nucleo_f401re_gcc_m.bin > nucleo_f401re_gcc_m.txt

Стоит убедиться, что в первом qword всегда адрес из RAM (начало стека), а во втором qword всегда адрес из Flash (Reset_Handler). Тогда прошивка не зависнет до запуска main().

GUI окно утилиты STM32 ST-LINK Utility.exe. Можно прописать прошивку по любому отступу.

Классическая ситуация: накатили прошивку и плата зависла. Не мигает heartbeat LED. Как вариант может помочь пошаговая отладка.

Для пошаговой отладки потребуется обновление прошивки программатора ST-Link. Это можно выполнить прямо в утилите STM32 ST-LINK Utility.exe во вкладке ST-LINK:

С точки зрения DevOps(а) надо прошивать чипы из командной строки, Batch скриптом. Это легко автоматизировать. Вот скрипт автоматического обновления прошивки при помощи утилиты ST-LINK_CLI.exe

echo off
cls

set project_name=nucleo_f413zh_generic_gcc_d_m
set project_dir=%cd%
echo project_dir=%project_dir%
set artefact_hex=%project_dir%\build\%project_name%.hex
set FlashTool="C:\Program Files (x86)\STMicroelectronics\STM32 ST-LINK Utility\ST-LINK Utility\ST-LINK_CLI.exe"
rem set Device= ID=0x463 SN=066CFF323535474B43013113 
set Device= 
set options= -c %Device% SWD freq=4000 HOTPLUG  LPM -P %artefact_hex% -V "after_programming" -Log -TVolt
call %FlashTool% %options%
rem Reset System
call %FlashTool% -Rst

Вот лог результата работы

Easy!
Прошивка из ST-LINK_CLI.exe эффективнее, поскольку использует драгоценный интерфейс USB-SWD, только тогда, когда это реально нужно, а не всегда как в GUI версия (STM32 ST-LINK Utility.exe).

Фаза 8. Установка Debug Server

Для пошаговой отладки надо установить GDB Server. Это утилита-переходник, которая с одной стороны допрашивает чип по SWD или JTAG, а с другой стороны обслуживает TCP сокет к которому подключится отладчик arm-none-eabi-gdb.exe к порту с номером 61234.

Эту утилиту можно извлечь из набора утилит от Atollic TrueSTUDIO. Atollic TrueSTUDIO(R) for STM32 можно скачать с сайта ST.com.

Надо зарегистрироваться на сайте st.com. Скачивать дистрибутив en.TrueSTUDIO_V9.3.exe.exe получится при помощи Tor Browser так как РФ у ST числится, как санкционная территория.

ST-LINK_gdbserver установлен в

C:\Program Files (x86)\Atollic\TrueSTUDIO for STM32 9.3.0\Servers\ST-LINK_gdbserver\ST-LINK_gdbserver.exe

Нужно добавить в переменную Path путь к папке с утилитами binutils компилятора. В данном случае этот путь выглядит так:

C:\Program Files (x86)\GNU Tools ARM Embedded\5.4 2016q3\bin\

Опционально можно настроить конфигурацию отладчика в текстовом редакторе Eclipse во вкладке Run->External Tools->External Tools Configurations… или просто запустить GDB server (сервер отладки) вручную. Перейти в папку:

C:\Program Files (x86)\Atollic\TrueSTUDIO for STM32 9.3.0\Servers\ST-LINK_gdbserver

запустить скрипт ST-LINK_gdbserver.bat.

C:\Program Files (x86)\Atollic\TrueSTUDIO for STM32 9.3.0\Servers\ST-LINK_gdbserver\ST-LINK_gdbserver.bat

Путь к отладочному серверу C:\Program Files (x86)\STMicroelectronics\STM32 ST-LINK Utility\ST-LINK Utility следует прописать в переменную Path

Фаза 9. Настройка Debug конфигурации для конкретной сборки

Неудобство Eclipse по сравнению с тем же пресловутым IAR это то, что для каждой сборки приходится настраивать конфигурацию отладки. Однако в Eclipse можно нажать Ctrl+3 появится окно быстрого поиска

и набрать там Debug Configuration. Надо прописать путь к *.elf файлу.

На вкладке Debugger надо прописать путь к отладчику от ARM GCC

C:\Program Files (x86)\GNU Arm Embedded Toolchain\10 2021.10\bin\arm-none-eabi-gdb.exe

и прописать порт от сервера отладки localhost:61234

На вкладке Startup надо прописать, что следует поставить точку останова на функции main(). Можно поставить точку останова также на более ранних функциях Reset_Handler или SystemInit().

Перед началом пошаговой отладки надо запустить отладочный сервер . Достаточно просто запустить на исполнение скрипт ST-LINK_gdbserver.bat в папке

C:\Program Files (x86)\Atollic\TrueSTUDIO for STM32 9.3.0\Servers\ST-LINK_gdbserver

Желательно из-под командной строки cmd, чтобы были видны логи отладочного сервера.

Для того чтобы выполнять пошаговую отладку нужно пересобрать артефакты с опциями компилятора

-g3 -gdwarf-2 -ggdb

Пошаговая отладка подсвечивается прямо в текстовом редакторе Eclipse зеленой строчкой. Это благодаря утилите arm-none-eabi-addr2line.exe. Текстовый редактор Eclipse сам парсит вывод addr2line и подсвечивает активный адрес в виде зелёной строчки в коде.

Во время пошаговой отладки светодиоды программатора ST-Link должны мигать зелено-красным цветом.

Блок-схема Toolchain(а)

Все вышесказанное можно представить в виде одной блок-схемы (Helicopter view) на одном единственном листочке. Такова общая канва.

Для нас исходниками являются файлы с расширениями *.ld, *.c, *.h, *.S, *.cproject, *.project, *.Makefile, *.mk , *.bat — их и надо подвергать версионному контролю в GIT. Автогенеренными для нас являются файлы с расширениями *.o, *.bin, *.bak, *.hex, *.map, *.elf, *.out, *.d, *.a. Отгружать следует файлы *.bin, *.hex, *.map, *.elf. Это артефакты или конечный продукт работы программиста микроконтроллера.

Также рекомендую пользоваться GIТ(ом) исключительно

из-под командной строки

. Так вы сможете обрабатывать вывод утилиты git легендарное утилитой grep. Можно делать вложенные grep поверх grep. Вот например так.

Если бы был аналог утилиты grep в материальном мире, то вы бы могли находить иголки в стоге сена, понимаете? Вам уже нравится утилита grep?

UART CLI Для отладки (или добавьте в прошивку гласность)

Любая разработка начинается там, где есть возможность наблюдать за тем, что получилось после изменений. Поэтому вам понадобится интерфейс командной строки CLI для отладки софта и железа. Крайне желательно использовать раскраску логов, чтобы концентрировать внимание на ошибках (красный) и предупреждениях (желтый). Плюс появление цвета в консоли это признак того, что поток символов непрерывный так как коды цветов распарсились корректно. Своего рода контрольная сумма принятых данных. Да и вообще консольные логи должны выглядеть весело. Просматривать UART-CLI логи можно в утилите TeraTerm или PuTTY. Они точно понимают символы цветов.

Поэтому надо активировать свободный UART, написать в прошивке интерпретатор команд CLI для RunTime отладки по интерфейсу UART. CLI(шку) можно также инкапсулировать в любой полу или полнодуплексный интерфейс(LoRa, CAN, UART, RS485) или протокол (TCP/UDP). При наличии CLI для общения с гаджетом вам не нужно будет писать никакую GUI(ню) на QT, .Net или Python. Достаточно только общедоступных терминалов Serial порта как TeraTerm, PyTTY, Hercules. Это же успех!

Трюки для эффективной отладки прошивок

Всегда проверяйте адрес функции main(). Может случится, что техник записал Generiс *.bin в область памяти для Bootloader или наоборот. Прошивка должна проверять адрес функции main, что он лежит в нужном секторе On-Chip NorFlash(а).
Используйте файловую систему FlashFs. Это позволит уменьшить количество сборок, так как конфигурации будут в файловой системе.
Используйте HeartBeat LED. Так вы поймете, что прошивка зависла, если нет мигания.
Используйте GPIO+Oscilloscope+DMM для физической отладки быстрых процессов.
Разделяйте аппаратно-зависимый и аппаратно-независимый код. Аппаратно-независимый код тестируйте на LapTop(е).
Используйте серверы сборки (например Jenkins) для поддержания на плаву своих сборок. У вас всегда будет готовый артефакт для отгрузки. Плюс сразу будет видно какие сборки конфликтуют и оперативно принять меры по улучшению модульности.
Пишите свои загрузчики. Программатор может исчезнуть, сломаться. С загрузчиком вы обновите прошивку своего гаджета буквально по 3м проводам UART. Причем делайте первичный и вторичный загрузчик. Это позволит прописывать вторичный загрузчик по произвольному адресу.
Используйте интерфейс SWD/JTAG для пошаговой отладки и поиска причин зависаний.
Используйте утилиту STM Studio для построения графиков переменных по их адресу в ячейках RAM.
Покрывайте код модульными тестами (программные скрепы). Это лучший способ найти ошибку в коде, который затруднительно пройти пошаговой отладкой. Плюс тесты помогут безопасно делать перестройку (рефакторинг). Сегодня российское общество испытывает явный дефицит программных скреп.

Вывод

Существуют и другие ToolChain(ы) (IAR, Keil). Тут же я написал про бесплатный способ полноценно вести разработку и отладку на STM32. Однако если разработчик научится собирать код из make, то он перестанете быть рабом IDE с их периодическими зависаниями. Плюс можно сэкономить 3500 EUR не покупая проприетарный компилятор, который еще и не продадут из-за санкций.

Ссылки на похожие посты:

STM32 + CMSIS + STM32CubeIDE

ARM-ы для самых маленьких: тонкости компиляции и компоновщик

STM32 на MAC OS

Отладка STM32 в среде Eclipse+GCC

ARM-ы для самых маленьких: компоновка-2, прерывания и hello world!

STM32 + CMSIS + STM32CubeIDE

ARM-микроконтроллеры STM32F. Быстрый старт c STM32-Discovery

Развертывание среды разработки для STM32

STM32CubeMX — продвинутый генератор проектов для STM32

Eclipse для микроконтроллеров (STM32) + FreeRTOS Task Aware Debugge

Переход из online в offline IDE при программировании Nucleo-F401RE

Начинаем изучать Cortex-M на примере STM32

Программируем микроконтроллеры stm32 при помощи QtCreator

Настраиваем бесплатную сборку для написания и отладки программ под микроконтроллеры на основе ядра ARM под Windows 10

Tutorial: Makefile Projects with Eclipse