RoboMaster機甲大師比賽入門？我們從STM32開始！

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1.0 STM32是什麼

1.1 定義

• ST + M + 32 = STM32

ST: SGS-Thomson 法意半導體

M: Microelectronics 微控制器 微處理器

32: 32位

–> STM32: 法意半導體所設計製造的32位微控制器系列產品

1.2 背景

• RISC --> ARM --> Cortex-M --> STM32

精簡指令集 RISC: Reduce Instruction Set Computer

複雜指令集 CISC ：Complex Instruction Set Computer

精簡指令集並非簡單的比複雜指令集簡單，而是其高效快速便宜，強調效率和價格，所以，常見的嵌入式設備，手機等等均爲精簡指令集。接下來的ARM架構就是基於精簡指令集的。

而複雜指令集，強調指令的多樣性和複雜性，常見於電腦和大型服務器，以往的Intel英特爾的x86 (IA-32) ，新起的x86-64 (AMD64) 均爲複雜指令集。

ARM: Advanced RISC Machines 高級精簡指令集機器

ARM處理器是英國Acorn有限公司設計的低功耗成本的第一款RISC微處理器。但實際上，真正的ARM是一個32位處理器框架，而Acorn自己從不生產處理器，而是搞處理器框架授權的，怎麼實現其架構完全取決於客戶自己，所以很多時候同爲ARM架構的廠家互相之間的代碼卻不能直接套用。STM就是Acorn授權客戶之一，所以STM大部分產品都是基於ARM架構的。

ARM處理器的三大特點是：耗電少功能強，16位/32位雙指令集，和合作伙伴衆多（所有手機都是ARM架構）。

目前ARM分爲三大系列：Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M

Cortex-A (Application): 適用於應用領域，支持 ARM和Thumb指令集，並支持虛擬地址和內存管

Cortex-R (Real-Time): 適用於高實時性領域，支持 ARM和Thumb指令集，只支持物理地址，並支持內存管理。

Cortex-M (eMbedded): 適用於微處理器領域，只支持Thumb指令集。

爲我們接下來要講的就是STM32系列就是基於Cortex-M架構的

1.3 系列

整個STM家族是非常龐大而繁雜的，當然，這裏要是全部討論比較一番，估計已經可以出幾本書了www，所以，我們主要分析一下STM32系列下的MCU微控制器（左邊的MPU纔是微處理器）

我來簡單概括一下，一共有4個分支

1. High-performance MCU: 高性能微處理器，是以CPU高度集成和多媒體應用爲目的開發的，基於Cortex-M3/4/7，頻率從120MHz (F2) 到400MHz (H7) 不等。該系列均配備ART^TM加速器，能夠從Flash中0延遲加載數據。
2. Mainstream MCU: 主流微控制器，是專門爲對價格比較挑剔的產品開發的，成本要求甚至苛刻到一片1$以下，空間也非常受限。在這個類別下，有基於Cortex-M0/3/4框架的，頻率從48MHz (F0) 到72MHz (F1/F3) 不等。
3. Wireless MCU: 無線微控制器，是STM32微控制器家族新的雙核成員，集成2.4GHz的通訊模塊，可以用於無線和藍牙應用。其中基於Cortex-M0+的核心（網絡處理器）是用於通訊管理，而另外一個基於Cortex-M4的核心（應用處理器）是用於主要的嵌入式開發。
4. Ultra Low-Power MCU: 超低功耗微控制器，該系列爲低功耗應用而生，用於電池驅動的設備，從整體降低電池消耗來延遲電池使用時間。在這個系列中，我們可以找到針對低價客戶的基於Cortex-M0的微控制器，和基於Cortex-M4F的帶有動態電壓調節 (DVS) 功能的微控制器，能夠根據頻率變化來最優化內部CPU電壓。

如果各位需要購入，請務必詳細閱讀每個微控制器的詳細數據，再根據項目要求來謹慎購買。推薦閱讀：官方選材手冊。

2.0 爲什麼選擇STM32，拋棄Arduino？

這是個艱難的選擇，我們有無數的理由選擇Arduino，放棄STM32，比如Arduino簡單易學開發迅速支持強大BUG少，STM32複雜難懂開發緩慢支持受限BUG多，但是很多時候我們不得不承認，現實就是，幾乎沒有真的用Arduino做產品開發的，而最流行的專業的嵌入式開發，STM32就是繞不開的一條路。說白了：Arduino就是玩具，給興趣愛好者玩的；STM32纔是真正的嵌入式，遠遠比Arduino強大幾個量級，是開發電子產品的必備技能。

下面我們再詳細的列舉一下拋棄Arduino，選擇STM32的理由

1. STM32在硬件上比Arduino更強大

   我們可以看出，STM32中常用的F103和Arduino中常用的ATmega328相比，在各種硬件指標上徹底完爆，甚至在價格上STM32還比Arduino便宜一點點？！(震驚)

2. STM32有專門的低功耗系列，電量消耗是產品最重要的指標之一，消耗甚至比Arduino Nano在深度睡眠模式還要低很多？！(二次震驚)

3. 沒有高級封裝的函數供你使用，也許很多人會說，這不正是STM32的缺陷嗎？Arduino正是因爲有這些函數，所以開發迅速，簡單嗎？是這樣，沒錯。但是，正是因爲STM32足夠底層，足夠複雜，所以相對應的，把所有的控制權和自由都交給了工程師，可以做到所有Arduino能做到的事情和其所有不能做到的事情。這和“爲什麼搞前端後端開發的爲啥愛用Linux不用Windows呢？”一樣，要舉個例子說明的話，請問，您覺得建設帝國大廈，是用樂高呢？還是鋼筋水泥呢？www

4. 可以跑真正的操作系統，比如FreeRTOS，多任務處理不再是夢？！(三回啊三回)

5. 專業應用的廣泛。STM32甚至可以直接跑AI，而Arduino不行（只能外接模塊），STM32可以運行IoT系統，而Arduino雖然可以，但是是沒法發揮IoT真正的實力的。

6. STM32是ARM下的一個分支，而所有的手機芯片基本都是ARM架構的，所以學會STM32對ARM下的其他分支開發，比如手機硬件開發等，都大有幫助，或者說是入門的必經之路

7. “我是搞STM32開發的”聽起來就很帥～～，而“我是玩Arduino項目的”則有些黯然失色。

3.0 STM32上手難度如何？

這部分我就直說了吧，難，非常難，資料少不說，數不盡的坑一定要自己全部踩過一遍才能熟悉開發環境。光是配置開發環境就花了我2周，就算要想做個最簡單的LED流水燈，點亮個LED，也是要深入理解STM32的各種底層，芯片引腳設置才行的，這也是新手最勸退的地方，你能想象，至少要枯燥無聊地花一週閱讀300頁的手冊才能點亮一個簡單的LED嗎？是不是有點興致全無？但是，一但越過這個門檻，你就會打開STM32的大門，真正進入嵌入式的殿堂，深入地理解計算機內部的任何細節，無論軟件還是硬件上的，你將會感覺自己身處一片智慧的汪洋什麼都不懂，但同時又即將成爲這片汪洋的新君主，感覺能通過計算機做到任何事情！！！

4.0 RoboMaster是什麼？

言歸正題，肯定很多人讀到這裏，會疑惑，“這該死的傢伙搞了這麼一堆東西，先推銷STM32，又使勁勸退，結果半天了連RoboMaster都沒解釋一下”。別慌，諸位客官，這不正要講嘛

全國大學生機器人大賽RoboMaster 機甲大師賽是由共青團中央、全國學聯、深圳市人民政府聯合主辦，DJI 大疆創新發起並承辦…

哦我的天哪，無聊死了，我們還是直接一點，看看實際的比賽

http://player.bilibili.com/player.html?aid=76130870&cid=130230429&page=1

5.0 RoboMaster倉庫 & 教程安排

UIUC RoboMaster 校隊倉庫：Illini RoboMaster

我首先會寫個入門篇，介紹一下STM32和RoboMaster（就是本片內容），然後進入進階篇，詳細說明STM32所有的外設，並給出代碼和配置，最後在比賽篇帶着各位逐行解析上面倉庫裏面的所有代碼，並說明實際硬件的一些配置和使用事項，比賽篇我會從iRM_Embedded_2018開始講起，本教程暫且不談AI圖像處理和機械設計，專注於STM32的入門事宜。

6.0 你所需要的知識儲備

在閱讀後面教程前，需要一定的基礎和技能，如果在一下列表中有你不會或者沒有達到要求標準的知識，請按照下文對應的鏈接來閱讀對應資料的對應章節，並練習直至達到全部要求標準，請務必不要嫌麻煩。以下書籍作者皆研讀過，所以不用擔心浪費時間，勾畫的都是必要內容。

1. C語言基礎（按照C Primer Plus的目錄來，缺失的知識按照這本教材對應章節來學）
   • Getting Ready
   • Introducing C
   • Data and C
   • Character Strings and Formatted Input/Output
   • Operators, Expressions, and Statements
   • C Control Statements: Looping
   • C Control Statements: Branching and Jumps
   • Character Input/Output and Input Validation
   • Functions
   • Arrays and Pointers
   • Character Strings and String Functions
   • Storage Classes, Linkage, and Memory Management
   • File Input/Output
   • Structures and Other Data Forms
   • Bit Fiddling
   • The C Preprocessor and the C Library
   • Advanced Data Representation
2. STM32基礎背景知識（按照Mastering STM32的Introduction章節的目錄來，缺失的知識按照這本教材對應章節來學）
   • Introduction to STM32 MCU Portfolio
   • Setting-Up the Tool-Chain
   • Hello, Nucleo!
   • STM32CubeMX Tool
   • Introduction to Debugging
3. 計算機工程基礎（選修，可以不會，最好會，有了計算機硬件基礎，理解STM32起來會快很多，但是我覺得不會有多少人能沉下心來鑽研這部分（笑:-D））（按照*Introduction to Computing Systems [Third Edition]*的目錄來，缺失的知識按照這本教材對應章節來學）
   • Welcome Aboard
   • Bits, Data Types, and Operations
   • Digital Logic Structures
   • The von Neumann Model
   • The LC-3
   • Programming
   • Assembly Language
   • Data Structures
   • I/O
   • A Calculator
   • Introduction to C/C++ Programming
   • Variables and Operators
   • Control Structures
   • Functions
   • Testing and Debugging
   • Pointers and Arrays
   • Recursion
   • I/O in C
   • Dynamic Data Structures in C
   • Introduction to C++

7.0 你所需要的硬件

• 方案1：

  • RoboMaster開發板A型 / B型 / C型
  • ST-Link V2 仿真&燒錄器（各大電商均有售賣，我就不打廣告寫店名了）

• 方案2：

  • Nucleo開發板

  Nucleo是ST官方的板子，而且支持Arduino的擴展板，是Arduino的引腳排布，自帶燒錄器，不需要額外的仿真&燒錄設備，適合想從Arduino平滑過渡到STM32的看官，但是如果要打RoboMaster比賽，請務必使用RoboMaster專用的開發板

8.0 你所需要的軟件

• Linux系統（雖然在MacOS和Win下面開發也沒問題，但是直接在Linux下開發會方便很多，首推Deepin）
• CLion（非常強大的C/C++ IDE，用起來很順手）
• STM Stlink Tools（燒錄需要的軟件）
• GNU Arm Embedded Tool-chain（跨平臺交叉編譯需要的工具鏈）
• STM32CubeMX（配置芯片引腳和外設，以及生成基本的控制框架）

關於如何配置開發環境，請善用（？）百度娘和谷歌姬，這部分因系統而異，因板子而異，甚至因人而異，所以作者便不再熬述～

9.0 後話

接下來我會寫進階篇 I，是關於基本的GPIO設置與代碼，隨後其他進階篇很快就會出，將介紹各種外設和其使用方法，諸位將很快在教程的指引下完成你的第一個STM32程序，怎麼樣，想想是不是有些小激動呢？～～

10.0 UIUC Open Lab的冰山一腳（試圖吸引點新人 😃 ）