Далекомір HC-SR04 -- два таймери/CMSIS

Лого однойменної групи. Не маю ні найменшого
уявлення, що у них за музика. Здавалося б, невинне
словосполучення: "Two timers".
Дивимося словники: TheFreeDictionary
та UrbanDictionary

Озброївшись знаннями про таймери, спробуємо вирішити задачу роботи із далекоміром більш елегантно. Спершу зробимо марнотратно -- кожній під-задачі виділимо свій таймер. Насправді, назва посту трішки обманює -- використано аж три таймери, а не два:

• TIM1 генеруватиме імпульс заданої довжини ~ 10-15 мкс, в ролі TRIG
• TIM3 вимірюватиме тривалість імпульсу на лінії ECHO
• TIM2 -- не важливий для власне роботи, тому не врахований в заголовку, візуально показуватиме віддаль до перешкоди, за допомогою світлодіоду та PWM (ШІМ)

Спочатку зробимо це засобами CMSIS.

Апаратна конфігурація відрізняється від попередніх прикладів із використанням GPIO, так як канали таймерів прив'язані до конкретних піні (навіть із ремапінгом варіантів не так багато). Для цього прикладу вона наступна:

• TRIG -- PA10  (TIM1_CH3)
• ECHO -- PA6 (TIM3_CH1, CH2 indirect)
• Світлодіод, яскравість якого показує віддаль до перешкоди -- PA0 (TIM2_CH1)
• Світлодіоди плати, як завжди, синій на піні PB8 і зелений на PB9

Логіка роботи програми

Таймери STM32 -- зміст

Статей про таймери вийшло багато. Щоб краще орієнтуватися, пасує зробити зміст. Потім треба буде його зробити ще й для постів про далекомір. Аналогічний зміст для постів про далекомір.

Проекти із кодом, який використовується в постах, зазвичай можна скачати за посиланням в кінці посту. Історично склалося так, що більшість проектів проекти для CoIDE. В принципі, зараз перейшов на System Workbench for STM32, але якби взявся всі проекти переносити -- написання цих постів точно ніколи б не завершилося.

Розглядається використання CMSIS та HAL+STM32CubeMX. Код Cube та HAL розтинається та аналізується аж до рівня CMSIS -- безпосередньої маніпуляції регістрами.

На жаль, не передбачено простого візуального способу пропустити цей reverse engineering для тих, кому цікаво лише знайти підказку, як скористатися тією чи іншою можливістю. Однак, в тексті все-таки відділяється опис способі використання від аналізу подробиць роботи.

Таймери STM32 -- порівняння розмірів коду для CMSIS i HAL

В процесі написання серії постів про таймери склалася цікава ситуація. Ми маємо пари однотипних проектів, в одному із яких задача вирішується за допомогою CMSIS, у іншому -- HAL. При чому, для "HAL-проектів", код ініціалізація створювався за допомогою STM32CubeMX,  і є доволі громіздким, як ми не раз могли зауважити.

При чому, певна надія на оптимізатор компілятора залишається, але не надмірна -- оптимізації, які маніпулюють апаратними регістрами він просто "не посміє" робити.

Така ситуація дозволяє подивитися, скільки ж це задоволення -- зручне написання коду ініціалізації, коштує. При чому тут, на відміну від постів про далекомір, розмір C runtime i printf() не вноситиме величезну систематичну "похибку" -- він або присутній, або ні, в обох проектах одночасно.

Зауваження. Отримані вами значення для самостійно скомпільованих проектів можуть трохи відрізнятися, як через різні версії компілятора, так і через дрібні виправлення в проекті, з приводу яких немає бажання перекомпільовувати всі комбінації, лише щоб отримати уточнені на пару байт туди або сюди розміри для табличок нижче.

Якщо лінь, переходьте зразу до висновків.

Зовсім просто про акселерометр та магнітометр LSM303DLHC із HAL

Простий акселерометр. (c) Wiki

Плата STM32F3Discovery обладнана двома дуже цікавими сенсорами -- акселерометром і магнітометром, об'єднаними в одному корпусі -- LSM303DLHC та гіродатчиком (MEMS-гіроскопом) L3GD20.

Почнемо із акселерометра-магнітометра.

Документація на нього знаходиться тут: "Ultra compact high performance e-compass: 3D accelerometer and 3D magnetometer module", там же можна скачати офіційну документацію -- так-званий Datasheet (на жаль, посилання доволі швидко псуються, сайт часто реорганізовують, чи що, так що шукайте на сторінці). Щоб зрозуміти, як користуватися описаним в документації, варто почитати так-звані Appnote, наприклад: "AN3192 Application note: Using LSM303DLH for a tilt compensated electronic compass" (На жаль, на цей документ немає посилань із сторінки LSM303DLHC -- все ж, трішки інша модифікація, є хіба значно коротші, виду: "DT0058: Computing tilt measurement and tilt-compensated e-compass"). Бо із самої документації витягнути необхідне трохи важко -- це довідник, а не підручник...

Опишемо коротко його основні характеристики:

Зовсім просто про далекомір HC-SR04 із GPIO/HAL

Взято тут.

Пост: "Далекомір HC-SR04 -- використовуючи GPIO/HAL/STM32CubeMX" написано виходячи із того, що попередні тексти, зокрема: "Далекомір HC-SR04 -- використовуючи GPIO/CMSIS" читачу відомі, виклад зосереджено лише на нюансах роботи з Cube/CoIDE/HAL. 

Для деяких моїх задач це виявилося незручним. Тому вирішив написати даний текст, де розглянуто роботу із далекоміром, не відволікаючись на подробиці реалізації внутрішньої HAL. 

Подробиці генерації проекту та роботи із середовищем тут не описуватимемо, за ними див., посилання вище та "GPIO мікроконтролерів STM32F303 з використанням HAL". Нам достатньо знати, що один пін, в режимі GPIO-Output, виділено під Trig, один -- в режимі GPIO-Input, під Echo:

Звертаюся самі-знаєте-до-кого -- бездумно "перемальовувати" схему із скріншота -- погана ідея. Для запобігання, тут, за можливості, наводжу лише важливі фрагменти.

Підключаємо їх до відповідних пінів далекоміра.  Увага -- він нормально спрацьовує від логічної одинички 3.3В-мікроконтролера, але для свого живлення потребує 5 вольт!

Принципи роботи із даним пристроєм описані тут: "Далекомір HC-SR04 -- огляд", коротко нагадаємо їх:

Мікросекундні затримки та відлік мікросекунд для STM32

Взято тут.

Затримки тривалістю в мікросекунди, які, наприклад, потрібні для роботи із нашим ультразвуковим далекоміром, не підтримуються HAL. При тому, HAL використовує SysTick, конфігуруючи його так, щоб той лічив мілісекунди, а переконфігуровувати його не завжди можна і не завжди хочеться.

Про те, як переконфігурувати, якщо є таке бажання, див. "Далекомір HC-SR04 -- використовуючи GPIO/HAL/STM32CubeMX", після слів "Ось з відліком часу складніше".

Аналогічно, HAL_GetTick() повертає, по замовчуванню, кількість мілісекунд. Це доволі велика одиниця...

В цьому пості розглянемо альтернативи:

• Активне очікування -- затримку можна зробити, скориставшись так званим busy loop (холостим циклом).
• Лічильник тактів -- його використання дозволяє вирішити обидві задачі, і створення затримок і відлік часу із мікросекундною точністю. (Старші моделі STM32 обладнані лічильником, схожим на той, який на x86 читає команда RDTSC -- DWT->CYCCNT).
• Найбільш загальний варіант -- використання повноцінних таймерів.

Закінчимо виклад кодом, що дозволяє легко переключатися між розглянутими варіантами.

Таймери STM32 -- remapping/CMSIS

Мультиплексор. Зображення взято тут.

STM32 надають певну гнучкість у тому, які піни прив'язані до яких функцій -- так-званий remapping (перепризначення). STM32CubeMX автоматично користується цією можливістю під час візуального редагування конфігурації. Для кращого розуміння, спробуємо зробити це ж вручну, на рівні CMSIS.

Що це за можливість і де шукати інформацію про неї, вже описувалася в попередньому пості: "Таймери STM32 -- огляд", то я просто зацитую: