EFM32 MCU

来源:SiliconLabs微信公众号

在上一节中,您了解了一些软件开发的基本实践和提示。我们在本节继续讨论这些主题,包括内联函数,读取和写入闪存(包括用户页面闪存),以及如何避免缓冲区溢出。我们将讨论类型转换的潜在问题,以及如何在出现问题时用配置锁解决问题。

根据下列重点步骤写好代码,一切都会更好!――续
(本系列1到8部分请参加往期文章:
http://community.silabs.com/t5/Official-Blog-of-Silicon-Labs/Essential-B...

九 内联函数的影响与限制

如果您在函数的前面定义关键字“inline”,则告诉编译器您希望将该函数复制到代码中,就像是直接输入代码而不是作为函数。作为程序员,你希望这可以加快代码执行速度。每当在C中调用函数时,输入参数的内容,在函数完成时,代码应该与返回地址一起被放置到栈上,然后代码跳转以执行函数。通过内联函数,您打算绕过该将数据移入和移出堆栈的时间。然而,C编译器或多或少地会用到这一技巧,因为小的函数将由编译器自动内联。编译器将忽略对大型函数的这种内联建议,编译器已经确定这些函数不会从加速中获益。
内联函数不能包含本地静态变量。由于函数内容要在代码中替换,因此对函数作用域私有的静态变量没有意义。内联函数没有作用域。

十 读写闪存的区别

在EFM32中从闪存的任何区域读取数据非常简单。可以使用指向内存地址的指针访问闪存,如:
volatile uint8_t* address = 0x1000;
uint8_t my_value =*address;

通过在地址变量前面放置星号,您可以解除引用指针,这将提供系统地址0x1000的字节大小的内容。从闪存检索的字节数将根据my_value的变量类型而有所不同。例如,定义为uint64_t的my_value将从地址0x1000到0x1007同时获取8个字节。因此,执行my_value ++作为64位无符号整数指向0x1008。

写入闪存是一个更复杂的业务。所有闪存将存储器组织成“页面”,其将可写入单元组合在一起,成为只能作为一组擦除的chuck。因此,如果要写入单个字节的非易失性存储器,则必须先擦除整个页面。对于程序员来说,这意味着你必须首先读取整个页面的内存,将它存储在RAM中,擦除页面,然后将修改的字节写回整个页面,你在操作的中间不能失去电源,否则你将永远失去了那个页面的数据。通常也有时间含义,因为擦除和写入页面比读取值需要更多的时间。当一页闪存被擦除时,该页的所有内容被复位为1,或在字节大小的存储器查看器中为0xFF。因此,当你写一个字节到内存,你只是清除那些不是1的位。
要写入EFM32闪存,另一个要求是,写入闪存的功能必须驻留在RAM中,而不是在正常执行代码所在的闪存中,在那里相同的代码正被执行。这要求任何意图写入闪存的函数也将被执行的RAMFUNC声明,就像在ramfunc.h库实用程序文件中定义的那样。

十一 将持久数据存储在Flash用户页面闪存中

主闪存从地址0开始,并根据EFM32模型有着不同的容量上限。有关特定芯片的主闪存结束的位置,请查看参考手册。除了内置闪存,还有一个内存区域,用于外部闪存扩展,其位于内部主存储器之外,最高可达24 MB。上一节中所述的任何读取或写入主闪存的操作都可用于访问主闪存。但是,每次对芯片编程时,或者如果器件被擦除,存储在程序使用的区域中的数据将被新的代码覆盖。因此,当执行闪存更新过程时,例如,在引导加载器中,通常使用对主闪存的读取或写入。您当然可以随意使用位于程序大小以上的闪存,只要您意识到如果芯片通过器件擦除操作或JTAG编程序列擦除,它将被擦除。

EFM32提供了一个单独的闪存存储器页,它不会被器件擦除操作或JTAG编程操作擦除。闪存的这个区域称为用户页,并从地址0x0FE00000开始。可用的内存量是单页,并且闪存页面的大小根据EFM32芯片的型号而变化。有关闪存页面的大小,请查看数据手册或参考手册。您可以将此页面用于从设备擦除操作(例如设备序列号,设备校准数据或每个设备特定的任何数据)开始,从引导到引导的设备上保留的任何内容。

十二 避免缓冲区溢出和可能造成的破坏

当使用计算机开发代码时,您很幸运能在具有操作系统,内置文件系统和显示屏幕的系统上开发。当你的软件遇到麻烦,操作系统开始采取行动,帮助你,并通知你,你试图访问超出程序范围内的内存,或者你造成了一些故障。在开发嵌入式代码时,你没有这些帮助。没有操作系统来监视事情,以确保你的程序保持在一个很好定义的边界。如果你的代码决定写数据到地址零或一百万,MCU将尝试做它被告知的任何事情。它不能告诉你,你不知道你在做什么,因为没有限制你的程序可以做什么。你种情况有好坏两个方面。

嵌入式开发人员面临的一个大问题是缓冲区溢出。在嵌入式中工作意味着对存储器地址的大量直接操作。如果你的程序开始表现不规律,或者你看到一个看起来改变其值而不设置的变量,缓冲区溢出可能是罪魁祸首。

首先要注意的事是显而易见的。如果定义一个长x个字节的数组,请不要写超出x-1。如果在名为foo的数组中有x个项目,则只能将foo [0]映射到foo [x-1]。坏事是,如果你寻址foo [x],foo [x + 1],等等,你的代码仍然有效。 MCU将满意地写入任何其他变量恰好超出foo [x-1]的位置。然后你的项目开始出现问题。

当你调整指针,而将指针转换为不同的类型时,这也可以失去控制。例如:

void some_function()
{
// Array of just 4 bytes
uint8_t my_array[4];

// Pointer to group of 4 bytes
uint32_t * my_ptr =(uint32_t *) my_array;
// foo is assigned all 4 bytes of my_array,
int foo =*my_ptr;

// then my_ptr is incremented by one
// which to my_ptr's type means 4 bytes
// So my_ptr is now sitting out of bounds
my_ptr++;
}

以上演示了为什么使用在创建时是单向键入的结构,但稍后由不同类型的指针使用需要小心的原因。你可以做类型转换,但并不意味着你应该做。

另一种可以遇到缓冲区溢出问题的方法是忘记局部范围的限制。在C中,函数完成的大部分工作都是在传递给函数的指针上执行的。C函数的返回值通常被限制为“状态”字节,因为简单的值很容易从堆栈中的C函数返回,而其他结构很难返回。例如,一个简单的数组是局部的一个函数:

// This function will generate a compiler warning:
// warning: function returns address of local variable
int* some_function()
{
int my_array[4];
return my_array;
}
// This function has no warning!
int* some_other_function()
{
int my_array[4];
int* foo = my_array;
return foo;
}

一旦函数返回,分配给my_array的内存将被系统回收并分配给需要内存的下一个东西。如果从C函数返回一个指向本地数组的指针,编译器不会警告你,MCU会做你所要做的事情。如果在函数返回之后没有新的内存分配,代码有时会工作。你的解决方案将是间歇性的!

// This is a better way, pass pre-allocated pointers intothe function
// “int my_array[]” and “int * my_array” are identicalfor function parameters
void some_new_function(int my_array[])
{
my_array[0]= 1;
}

十三 精通类型转换

当你在嵌入式开发中“触及核心”时,你会经常使用小量的信息,所以你最终经常使用有限的可变大小(例如8位寄存器)寄存器,从一种类型转换到另一种类型。本节的一些例子展示了在uint8_t类型和uint32_t类型上增加指针时,你必须注意对地址的影响。此外,还必须了解C编译器如何解释和转换类型。

将类型从一种类型转换到另一种类型实际上不执行任何转换。它不是一个函数,而只是一种告诉编译器如何解释数据的方法。当你分配不同类型的变量,C编译器应该警告你,但编译器并不总是警告你这一点。例如,考虑将有符号整数转换为无符号整数的情况,如下所示:
int8_t a = 0; // Range is -128 to +127
uint8_t b = 0; // Range is 0 to 255
long c = 0; // Range is huge, both positive and negative
a =-64; // a can be negative
b = 64; // b can only be positive
c = a + b; // c is 0
a = b; // Converting a signed to unsigned is OK, in this case
c = a - b; // c is again 0
b = 128; // b is now bigger than a can represent
a = b; // a is now converted to -128
c = a - b; // c = -128 - 128 = -256!

这个例子显示了当你的变量变大时会遇到的麻烦。事情工作正常一段时间,但然后当你的变量超过范围,他们开始失败。确保在转换类型时知道您想要什么。大小为8的uint不能容纳超过0到255范围的任何内容,8位的int不能容纳超出-128到+127的任何内容。简单地把一个大的uint8_t作为一个int8_t不能将你的int8_t变为一个更大的int。它仍然限制在+127。如果你想增加它的范围,你必须使用更大的类型,如int16_t。

十四 使用配置锁来缓解故障代码的问题

有时候,当嵌入式工程师对指针进行数学运算时,我们会使用我们的软件来影响硬件。一种保护你的代码不因缓冲区溢出和其他糟糕的指针算法而造成严重错误的方法是使用配置锁。许多EFM32外设上可用的配置锁需要一个特殊值写入配置锁寄存器,以允许更改外设配置。这防止错误行为代码改变设备的整体配置。

编码成功的关键

从现有示例开始,然后使用命名良好的变量和大量注释记录您的更改。进一步了解C语言,并了解在何处以及如何声明变量和函数。不要尝试写入尚未擦除的闪存或超出变量可访问范围的内存。

在下一节中,我们将学习如何在SimplicityStudio IDE中更好地控制软件构建。

围观 316

在本系列的第一部分中,我们介绍了修订控制系统,以及它如何安全地保存您的设计文件,并帮助您找到设计文件之间的差异。在本节的第二部分教学中,您将了解如何构建自己的硬件。

这个系列文章有六个部分:

1. 使用版本控制系统
2. 在面包板上开始开发
3. 原型构建
4. 写好代码,一切都会更好
5. 像专业人士那样构建源代码
像天才一样调试问题

开始使用面包板进行开发

当在EFM32上开始一个新项目时,您可能已经参考了本书的一些例子,并认为您有了足够在定制印刷电路板(PCB)上开发自己的EFM32解决方案的能力。但不要让步子太大,可以遵循下列步骤以确保开发的成效:

1. 一步步进行测试

为了获得最佳效果,每个项目都应该从“面包板”开始,在此阶段,您可以为设计中的每个主要设备组装入门工具包和分线板。虽然您可以多次阅读设计中的设备规格,但在您尝试通过软件与设备进行交互之前,您无法真正学习如何使用设备。只是将设备连接到您的入门套件,并尝试通过电气接口与之通信,都将帮助你获得许多从阅读规范得不到的经验。虽然一些规范开始时有很大的意义,但你很快就会发现规范没有涵盖启动设备并开始使用它所需要的一切,或者至少它掩盖了一些重要的信息,如需要额外的信号线,额外的外部电路或许多其他重要的细节。

2. 为每个设备找到或制作自己的分线板

为了使用外部器件,您需要在设计中为每个器件找到一个分线板,评估或开发套件。如果你不能找到一个设备(或者如果它太贵),你通常可以按照本书第9章的说明自己构建一个。如果这是不可行的,例如你的设备有一些难以焊接的器件封装,如BGA,你有时可以找到芯片的备用封装,其具有相同的电气性能与更容易焊接的封装。

如果您的设备需要大量的支持电路来运行,例如特殊的电压调节器,那么开发您自己的评估板是完全值得的,因为开发这样的板,可以证明在你构建整个系统PCB前,你对你设备的引脚分布,footprint和支持电路是完全理解的。这些footprint文件可以在您的系统设计中重复使用,它们已经完全验证。

3. 仅针对基本功能

一旦将评估设备连接到入门套件进行测试后,重点应该是让部件基本上起作用。由于您通过跳线进行连接,因此在某些情况下,信号接口的电气要求将不能全速工作,因此要将速度保持为电气接口最低的速度,并保持EFM32 GPIO输出的最低驱动强度。在进入进一步的功能之前,编写代码来做一些简单的事情,比如读取设备ID寄存器或者做一个简单的写操作。由于可能在跳线上发生的复杂的信号完整性问题,某些频率可能是不可达到的,所以不要对面包板模型有太多期望。

该过程的要点是在设计定制PCB解决方案并将设备驱动程序集成到系统软件之前,尽可能多地了解设备的要求。这将问题隔离到单个子系统,并使您的最终开发就像是系统集成的练习。

面包板成功的关键:

对于设计的每个子系统,使用隔离面包板启动所有项目
为任何棘手的footprint或需要大量板载电路的部件开发评估板
专注于让部件“正常工作”,而不是寄希望于在面包板上实现全面性能

规划原型设计

一旦你的面包板实验完成,你已经确定了将组成您的EFM32解决方案的设备,是时候开发一个自定义PCB,以将所有这些组件一起作为一个单一的系统了。虽然此时定义外壳并且开发一个适合目标外壳的微型板也是很有诱惑力的,但是将第一个定制PCB开发为一个仅专注于测试和开发的大型测试系统是一个更好的主意。

1. 严肃地使用测试点
内置测试PCB是最终解决方案的一个版本,包括访问设计中的所有信号作为测试点。具有测试点的设计中的任何信号都可以通过万用表,示波器或逻辑分析仪进行探测。测试点可以是铜的暴露的“焊盘”,允许应用插头引脚和跳线的通孔结,或者甚至用于探针夹的金属环。将所有组件和测试点放在内置测试板的顶部也是一个好主意,这样调试更容易,因为您可以无需翻转板子。

要查看测试点的类型,只需查看您的入门套件的背面。电镀通孔测试点是我们焊接插头引脚的测试点。小金圆焊盘是表面贴装测试焊盘,适用于探测或焊接其中可以连接小探针夹的小导线。

2. 计划硬件设计spin
通过规划内置的测试版本的PCB,它将需要至少一个“spin”或重新设计生产解决方案的板。设计一个从第一次测试到生产的电路板是非常罕见的,几乎是不可能的。内置测试PCB允许您在启动期间询问系统,并轻松地研究设备之间的电气接口,而无需依靠特殊的焊接技术将探测点连接到电信号。应添加一个全功能通孔JTAG调试器连接器,以便与Simplicity Studio IDE完全交互,就像您的设计是入门套件一样。尽管可以仅使用UART编程开发生产板,但是在没有JTAG调试头的情况下将丢失调试功能,点击此处查看3M N2520-5002RB。
http://eu.mouser.com/ProductDetail/3M/N2520-5002RB/?qs=QV10cN0MjFtnDIM27...

您可以通过在电源和每个器件之间放置1欧姆左右的精密电阻,然后测量(或选择范围)精密电阻上的电压差,来研究系统中每个器件的功耗。

3. 使用比您认为在生产中需要的更大,更好的EFM32零件版本
当您开发您的第一个定制PCB版本的设计时,使用一个比你认为最终解决方案需要更多的闪存和RAM的EFM32系列的部件。有时可以保持相同的引脚数和占用空间,但通过使用比最终生产解决方案更强大的部件构建您的设计,可以获得额外的闪存和RAM。与使用优化器减少内存占用的“发布”版本相比,Simplicity Studio中的“Debug”需要更多的闪存和RAM,因此通过在原型阶段升级到更高能力的部件,您将使调试成为可能。你也可以移动到更多功能强大的,有更多引脚的产品,如果它使得调试您的解决方案的工作更容易。只要小心不要依赖升级系列的功能,当您转移到您的生产解决方案时,这些功能将消失。此处提供了一个选择器指南,其中显示了每个系列中每个器件的功能,容量和引脚数。

4. 通过JTAG连接到您自己的PCB,就像它是入门套件一样
当您拿到内置测试PCB时,要使用PCB上的JTAG调试头,您可以将IDT电缆(如此处提供的Assmann H3CCH-2018G http://www.digikey.com/product-detail/en/assmann-wsw-components/H3CCH-20...)连接到入门套件上的JTAG连接器。然后,在Simplicity Studio中的Kit Manager下(将入门套件连接到计算机之后),选择Debug Mode:Out。

您可能必须返回Simplicity Studio的主页并选择“Target Part.”。这样做,右键单击检测到的入门套件,然后选择“Select Target Part...”

在打开的“Target Selectionfor EFM32 ...”窗口中,将目标接口更改为SWD,忽略其生成的任何警告(只要您连接到EFM32部件),然后单击Detect Target按钮。对于出现的任何弹出窗口,按Yes按钮,直到零件标签显示自定义PCB上的实际设备。这将证明从入门套件到自定义PCB上的EFM32部件的JTAG连接被计算机上的Simplicity Studio检测到。

完成所有这些步骤后,无论何时在Simplicity Studio IDE中启动项目,用于项目的部分必须与目标选择中找到的部分相匹配,以便开始闪存编程和调试。这允许您调试您的自定义PCB,就像它是一个入门套件。

原型设计成功的关键
不要跳过原型构建 - 您将不会在第一个PCB上“直接生产”。
添加一个JTAG连接到您的第一个版本,以及您可以找到的最大的,功能齐全的EFM32芯片。
为您的项目配置正确的设备,并将入门套件调试模式设置为输出以调试您自己的项目,就像它是入门套件。

在下一节中,我们将进一步介绍软件开发和调试的提示。

围观 440
订阅 RSS - EFM32 MCU