Шифрование для всех пользователей

WhatsApp, дочерняя компания Facebook, включила сквозное шифрование сообщений для всех пользователей своего мессенджера, сообщило издание Wired. Шифрование касается любых данных, будь то текстовые сообщения, изображения, видео, аудио или голосовые звонки, — и работает, в том числе, в групповых чатах.

WhatsApp — самый популярный мессенджер в мире, в котором появилось сквозное шифрование. В мессенджере Telegram Павла Дурова такая функция присутствовала изначально. Активная аудитория Telegram составляет около 100 млн пользователей, тогда как у WhatsApp — около 1 млрд. Единственный сервис, позволяющий обмениваться сообщениями, в котором количество пользователей превышает 1 млрд, это соцсеть Facebook, аудитория которой равна 1,5 млрд человек.

Сквозное шифрование

Сквозное шифрование (end-to-end encryption) подразумевает, что сообщение находится в зашифрованном виде на всем пути следования от отправителя к получателю. Ключ, с помощью которого сообщение можно расшифровать, находится только у адресата. Компания WhatsApp им не владеет, то есть она не сможет передать его властям, даже если они будут на этом настаивать.

Поэтапное внедрение технологии

Шифрование в WhatsApp появлялось поэтапно. В 2014 г. компания оснастила сквозным шифрованием приложение для Android. Таким образом, с 2014 г. пользователи уже обменивались зашифрованными сообщениями, но только в рамках одной платформы.

Сквозное шифрование стало доступно всем пользователям WhatsApp

Теперь же оно стало доступно владельцам устройств на платформах iOS, Windows Phone, Nokia S40, Nokia S60, BlackBerry OS и BlackBerry 10. Для того чтобы воспользоваться новой возможностью, необходимо установить последнюю версию приложения WhatsApp.

Проверка подлинности

Пользователям WhatsApp, установившим последнюю версию клиента, будет доступна опция проверки подлинности собеседника. Для этого нужно будет сравнить цифровой код на своем экране и код на экране собеседника либо позволить собеседнику с помощью камеры на мобильном устройстве считать QR-код с экрана инициирующего соединение пользователя. После этого в чате возникнет пометка, что соединение полностью зашифровано.

WhatsApp стал самым крупным мессенджером со сквозным шифрованием

Используемый протокол

Партером WhatsApp по внедрению новой возможности стала компания Open Whisper Systems, разработчик мобильного приложения Signal — любимого мессенджера Эдварда Сноудена (Edward Snowden), который в 2013 г. передал журналистам большое количество секретных документов, раскрывающих зачастую незаконную деятельность Агентства национальной безопасности США, в котором он работал системным администратором.

Шифрование в Signal — а теперь и в WhatsApp — базируется на протоколе Signal Protocol. Это асинхронный протокол с открытым исходным кодом. Он, в свою очередь, был создан на основе протокола Off-the-Record (OTR) Messaging Protocol. Одно из ключевых свойств OTR — и, как следствие, Signal Protocol, заключается в так называемой «прямой секретности» (forward secrecy), которая еще называется «совершенной прямой секретностью» (perfect forward secrecy).

В отличие, например, от популярного протокола шифрования электронной почты PGP, в котором сообщения шифруются снова и снова одним и тем же публичным ключом, в прямой секретности используются новые ключи для каждой сессии. Поэтому, если некто годами записывает зашифрованный трафик в надежде однажды декодировать его, в случае с прямой секретностью он обречен на провал.

При создании первого приложения на микроконтроллере STM32 можно пойти несколькими путями. Первый, классический, берём точное описание контроллера на сайте www.st.com , которое фигурирует под названием «Reference Manual» и читаем описание регистров периферии. Дальше пробуем записывать их и смотрим, как работает периферия. Чтение этого документа очень полезно, но на первом этапе освоения микроконтроллера от этого можно отказаться, как это не странно. Инженеры STMicroelectronics написали библиотеку драйверов стандартной периферии. Более того, они написали множество примеров использования данных драйверов, что может свести программирование вашего приложения к нажатию клавиш Ctrl+C и Ctrl+V, с последующей небольшой правкой примера использования драйвера под свои потребности. Таким образом, подключение библиотеки драйверов периферии к вашему проекту является вторым методом построения приложения. Кроме скорости написания есть и другие достоинства этого метода: универсальность кода и применение других фирменных библиотек, таких как USB, Ethernet, управление приводом и т.д., которые предоставляются в исходниках и использующих стандартный драйвер периферии. Недостатки данного метода тоже есть: Там где можно обойтись одной строкой кода стандартный драйвер периферии STM32 напишет 10. Сама библиотека периферии также предоставляется в виде исходных файлов, так что можно проследить какой бит какого регистра меняет та или иная функция. При желании можно будет перейти от второго метода написания программы к первому, закомментировав часть кода, использующего стандартную библиотеку на свою, управляющую непосредственно регистром периферии. В результате такого действия вы выиграете в скорости управления, объёме ОЗУ и ПЗУ, а потеряете в универсальности кода. В любом случае, инженеры компании "Промэлектроника" рекомендуют использовать библиотеку стандартной периферии хотя бы на первом этапе.

Наибольшие трудности ожидают разработчика при подключении библиотеки к своему проекту. Если не знать, как это делать, можно потратить много времени на это мероприятие, что противоречит самой идее использования готового драйвера. Материал посвящён подключению стандартной библиотеки к любому семейству STM32.

Каждое семейство STM32 имеет свою библиотеку стандартной периферии. Это связано с тем, что сама периферия разная. Например, периферия контроллеров STM32L в качестве одной из задач имеет функцию энергосбережения, что тянет за собой добавление функций управления. Классическим примером, можно считать АЦП, который в STM32L имеет возможность аппаратного отключения, при длительном отсутствии команды преобразования – одно из следствий задачи энергосбережения. АЦП контроллеров семейств STM32F не имеют такой функции. Собственно говоря, в силу наличия аппаратной разницы периферии имеем разные библиотеки драйверов. Кроме очевидного различия функций контроллера имеет место улучшение периферии. Так, периферия контроллеров семейств, которые были выпущены позже, может быть более продуманной и удобной. Например, периферия контроллеров STM32F1 и STM32F2 имеет различия по управлению. На взгляд автора управление периферией STM32F2 более удобное. И это понятно почему: STM32F2 семейство было выпущено позже и это позволило разработчикам учесть некоторые нюансы. Соответственно, для данных семейств – индивидуальные библиотеки управления периферией. Идея вышесказанного проста: на странице микроконтроллера, который вы собираетесь использовать, находится подходящая ему библиотека периферии.

Несмотря на различие периферии в семействах драйверы скрывают 90% различий внутри себя. Например, функция настройки, упомянутого выше АЦП, для всех семейств выглядит одинаково:

void ADC_Init(ADC_Nom, ADC_Param) ,

где ADC_Nom – номер АЦП в виде ADC1, ADC2, ADC3 и т. д.

ADC_Param – указатель структуры данных, каким образом надо настроить АЦП (от чего запускаться, сколько каналов оцифровывать, выполнять ли это циклически и т.д.)

10% различий семейств, в данном примере, которые придётся поправить при переходе с одного семейства STM32 на другое, спрятаны в структуре ADC_Param. В зависимости от семейства количество полей этой структуры может быть разным. Общая же часть, имеет одинаковый синтаксис. Таким образом, перевод приложения для одного семейства STM32, написанного на базе стандартных библиотек периферии на другое, весьма прост. В части универсализации решений на микроконтроллерах STMicroelectronics неотразим!

Итак, мы скачали библиотеку для применяемого STM32. Что дальше? Далее, нам надо создать проект и подключить к нему требуемые файлы. Создание проекта рассмотрим на примере среды разработки IAR Embedded Workbench. Запускаем среду разработки и заходим на вкладку “Project”, выбираем пункт создания проекта “Create project”:

В появившемся новом проекте вводим настройки, наведя курсор на название проекта, нажав правую клавишу мыши и выбрав в выпавшем меню «Options»:

Области памяти ОЗУ и ПЗУ:

При нажатии кнопки “Save” среда предложит записать новый файл описания контроллера в папку проекта. Автор рекомендует создавать каждому проекту индивидуальный файл *.icp и хранить его в папке с проектом.

Если вы собираетесь внутрисхемно отлаживать свой проект, что рекомендуется, то вводим тип применяемого отладчика:

На вкладке выбранного отладчика указываем интерфейс подключения отладчика (в нашем случае выбран ST-Link) к контроллеру:

С этого момента наш проект без библиотек готов к компиляции и загрузке в контроллер. В других средах, таких как Keil uVision4, Resonance Ride7 и т. п. потребуется выполнить эти же действия.

Если в файле main.c написать строку:

#include "stm32f10x.h" или

#include "stm32f2xx.h" или

#include "stm32f4xx.h" или

#include "stm32l15x.h" или

#include "stm32l10x.h" или

#include "stm32f05x.h"

с указанием расположения данного файла, либо копированием данного файла в папку проекта, то произойдёт ассоциация некоторых областей памяти с регистрами периферии соответствующего семейства. Сам файл находится в папке библиотеки стандартной периферии в разделе: \CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x (или похожее по названию для других семейств). С этого момента вы заменять адрес регистра периферии в виде числа его названием. Даже если вы не собираетесь использовать функции стандартной библиотеки, рекомендуется сделать такое подключение.

Если вы собираетесь использовать в своём проекте прерывания, то рекомендуется подключить стартовый файл с расширением *.s, который находится по пути \CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\iar, или подобном, для других семейств. Важно отметить, что для каждой среды файл свой. Соответственно, если мы используем IAR EWB, то должны взять файл из папки IAR. Это обусловлено небольшим различием синтаксиса сред. Поэтому, чтобы проект запустился сразу, инженеры STMicroelectronics написали несколько вариантов стартовых файлов для нескольких наиболее популярных сред разработки. Большинство семейств STM32 имеют один файл. Семейство STM32F1 имеет несколько запускающих фалов:

• startup_stm32f10x_cl.s – для микроконтроллеров STM32F105/107
• startup_stm32f10x_xl.s - для микроконтроллеров STM32F101/STM32F103 768кб и более
• startup_stm32f10x_hd.s - для микроконтроллеров STM32F101/STM32F103 c памятью Flash 256-512 кб
• startup_stm32f10x_md.s - для микроконтроллеров STM32F101/ STM32F102/STM32F103 c памятью Flash 64-128 кб
• startup_stm32f10x_ld.s - для микроконтроллеров STM32F101/ STM32F102/STM32F103 c памятью Flash менее 64кб
• startup_stm32f10x_hd_vl.s для микроконтроллеров STM32F100 c памятью Flash 256-512 кб
• startup_stm32f10x_md_vl.s для микроконтроллеров STM32F100 c памятью Flash 64-128 кб
• startup_stm32f10x_ld_vl.s для микроконтроллеров STM32F100 c памятью Flash 32кб и менее

Итак, в зависимости семейства, подсемейства и среды разработки добавляем запускающий файл в проект:

Именно здесь оказывается микроконтроллер при старте программы. Прерывание последовательно вызывает функцию SystemInit(), а затем __iar_program_start. Вторая функция обнуляет либо записывает заранее заданные значения глобальных переменных, после чего осуществляет переход в программу пользователя main(). Функция SystemInit() настраивает тактирование микроконтроллера. Именно она даёт ответы на вопросы:

• Надо ли переключаться на внешний кварц (HSE)?
• Как умножить частоту от HSI/HSE?
• Требуется ли подключение очереди загрузки команд?
• Какая требуется задержка при загрузке команды (из-за низкой скорости работы Flash памяти)
• Как поделить тактирование шин периферии?
• Требуется ли разместить код во внешней ОЗУ?

Функцию SystemInit() можно прописать вручную в своём проекте. Если оформить эту функцию как пустую, то контроллер будет работать на внутреннем RC-генераторе с частотой порядка 8МГц (в зависимости от типа семейства). Вариант 2 – подключить к проекту файл system_stm32f10x.c (либо похожий по названию в зависимости от типа используемого семейства), который расположен в библиотеке по пути: Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x. В этом файле имеется функция SystemInit(). Обратите внимание на частоту внешнего кварца HSE_VALUE. Данный параметр выставляется в заголовочном файле stm32f10x.h. Стандартное значение 8 и 25МГц, в зависимости от семейства STM32. Основная задача функции SystemInit() – переключить тактирование на внешний кварц и умножить определённым образом данную частоту. Что произойдёт, если значение HSE_VALUE указано 8МГц, ядро должно тактироваться частотой 72МГц, а по факту на плате стоит кварц 16МГц? В результате таких некорректных действий ядро получит тактирование 144МГц, которые могут оказаться за пределами гарантированной работы системы на STM32. Т.е. при подключении файла system_stm32f10x.c потребуется указать значение HSE_VALUE. Всё это означает, что файлы system_stm32f10x.c, system_stm32f10x.h и stm32f10x.h (или похожие по названию для других семейств) должны быть индивидуальными для каждого проекта. И

нженеры STMicroelectronics создали инструмент Clock Configuration Tool, который позволяет правильно настроить тактирование системы. Это файл Excel, генерирующий файл system_stm32xxx.c (похожий по названию для заданного семейства семейств), после задания входных и выходных параметров системы. Рассмотрим его работу на примере STM32F4 семейства.

Варианты: внутренний RC-генератор, внутренний RC-генератор с умножением частоты, либо внешний кварц с умножением частоты. После выбора источника тактирования вводим параметры желаемой конфигурации системы, такие как входную частоту (при использовании внешнего кварца), частоту тактирования ядра, делители частоты тактирования шин периферии, работу буфера выборки команд и другие. Нажав на кнопку “Generate”, получаем окно

Подключение файла system_stm32f4xx.c и его аналогов потребует подключение ещё одного файла стандартной библиотеки периферии. Для управления тактированием имеется целый набор функций, которые вызываются из файла system_stm32xxxxxx.c. Эти функции расположены в файле stm32f10x_rcc.c и его заголовке. Соответственно, подключая к проекту файл файла system_stm32xxxxxx.c требуется подключить stm32f10x_rcc.c, иначе линкер среды сообщит об отсутствии описания функций с именем RCC_xxxxxxx. Указанный файл находится в библиотеке периферии по пути: Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\src, а его заголовок \Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver\inc.

Подключение заголовочных файлов драйвера периферии происходит в файле stm32f10x_conf.h, на который ссылается stm32f10x.h. Файл stm32f10x_conf.h – это просто набор заголовочных файлов драйверов конкретных периферий контроллера, подлежащих включению в проект. Изначально все заголовки «#include» отмечены как комментарии. Подключение заголовочного файла периферии заключается в снятии комментария с соответствующего названия файла. В нашем случае – это строка #include "stm32f10x_rcc.h". Очевидно, что файл stm32f10x_conf.h индивидуален для каждого проекта, т.к. разные проекты используют разную периферию.

И последнее. Надо указать несколько директив препроцессору компилятора и пути к заголовочным файлам.

Пути к заголовочным файлам могут быть иными, в зависимости от расположения библиотеки периферии относительно папки проекта, а вот наличие “ USE_STDPERIPH_DRIVER” – обязательно при подключении драйверов периферии стандартной библиотеки.

Итак, мы подключили стандартную библиотеку, к проекту. Более того, мы подключили один из стандартных драйверов периферии к проекту, выполняющих управление тактированием системы.

Мы познали, как выглядит устройство библиотеки изнутри, теперь пара слов о том как она выглядит снаружи.

Таким образом, подключение заголовочного файла stm32f10x.h в приложении тянет за собой подключение других заголовочных файлов и файлов кода. Некоторые из представленных на рисунке описаны выше. Несколько слов об остальных. Файлы STM32F10x_PPP.x – это файлы-драйверы периферии. Пример подключения такого файла показан выше, это RCC – периферия управления тактированием системы. Если мы хотим подключить драйверы другой периферии, то название подключаемых файлов получается заменой «PPP» названием периферии, например АЦП - STM32F10x_ADC.с, или порты ввода-вывода STM32F10x_GPIO.с, или ЦАП - STM32F10x_DAC.с. В целом интуитивно понятно какой файл нужно подключить при подключении заданной периферии. Файлы «misc.c», «misc.h» - это по большому счёту те же STM32F10x_PPP.x, только выполняют управление ядром. Например настройку векторов прерываний, который встроен в ядро или управление таймером SysTick, который является частью ядра. Файлы xxxxxxx_it.c описывают вектора немаскируемых прерываний контроллера. Они могут быть дополнены векторами прерываний периферии. Файл core_m3.h описывает ядро CortexM3. Данное ядро стандартизовано и может встречаться в микроконтроллерах других производителей. Для кросс-платформенной универсализации компания STMicroelectronics провела работу по созданию отдельной библиотеки ядра CortexM, после чего компания ARM стандартизировала её и распространила на других производителей микроконтроллеров. Так что переход на STM32 с контроллеров других производителей с ядром CortexM будет чуть проще.

Итак, мы можем подключить библиотеку стандартной периферии к любому семейству STM32. Того, кто научился это делать ждёт приз: очень простое программирование микроконтроллеров. Библиотека кроме драйверов в виде исходных файлов содержит множество примеров применения периферии. Для примера, рассмотрим создание проекта с участием выходов сравнения таймера. При традиционном подходе мы будем внимательно изучать описание регистров данной периферии. Но сейчас мы можем изучить текст работающей программы. Заходим в папку примеров стандартной периферии, которая находится по пути ProjectSTM32F10x_StdPeriph_Examples. Здесь находятся папки примеров с названием применяемой периферии. Заходим в папку «TIM». Таймеры в STM32 имеют множество функций и настроек, поэтому одним примером возможности контроллера продемонстрировать невозможно. Поэтому внутри указанного каталога имеется множество примеров применения таймеров. Нас интересует генерация ШИМ сигнала таймером. Заходим в папку «7PWM_Output». Внутри имеется описание работы программы на английском языке и набор файлов:

Если проект не имеет прерываний, то содержательная часть полностью расположена в файле main.c. Копируем эти файлы в каталог проекта. Скомпилировав проект, мы получим программу для STM32, которая настроит таймер и порты ввода-вывода на генерацию 7-ми ШИМ сигналов от таймера 1. Далее, мы можем приспособить уже написанный код под свою задачу. Например, уменьшить число ШИМ сигналов, изменить скважность, направление счёта и т.п. Функции и их параметры хорошо описаны в файле stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm. Названия же функций и их параметров легко ассоциируются с их назначением для тех, кто немного знает английский язык. Для наглядности приводим часть кода взятого примера:

В правой части автор оставил комментарий на русском языке к каждой строке программы. Если открыть этот же пример в описании функций библиотек stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm, то мы увидим, что все используемые параметры функций имеют ссылку на собственное описание, где будут указаны их возможные значения. Сами функции тоже имеют ссылку на собственное описание и исходный код. Это очень полезно, т.к. зная, что функция делает, мы можем проследить, каким образом она это делает, на какие биты регистров периферии и как она воздействует. Это, во-первых, ещё один источник информации для освоения контроллера, основанный на практическом использовании контроллера. Т.е. вы сначала решите техническую задачу, а потом изучите само решение. Во-вторых, это поле для оптимизации программы тому, кого библиотека не устроит по скорости работы и объёму кода.

Я указывал, что к системе подключается стандартная библиотека. На самом деле, подключается CMSIS - система обобщенного структурного представления МК, а также SPL - стандартная библиотека периферии. Рассмотрим каждую из них:

CMSIS
Представляет собой набор заголовочных файлов и небольшого набора кода для унификации и структурировании работы с ядром и периферией МК. По сути, без этих файлов невозможно нормально работать с МК. Получить библиотеку можно на странице к МК.
Эта библиотека если верить описанию создавалась для унификации интерфейсов пр работе с любым МК семейства Cortex. Однако, на деле выходит, что это справедливо только для одного производителя, т.е. перейдя на МК другой фирмы вы вынуждены изучать его периферию почти с нуля.
Хотя те файлы которые касаются процессорного ядра МК у всех производителей идентичны (хотя бы потому, что модель процессорного ядра у них одна - предоставленная в виде ip-блоков компанией ARM).
Поэтому работа с такими частями ядра как регистры, инструкции, прерывания и сопроцессорные блоки стандартна для всех.
Что касается периферии то у STM32 и STM8 (внезапно) она почти похожа, также частично это справедливо и для других МК выпущенных компанией ST. В практической части, я покажу насколько просто использовать CMSIS. Однако трудности в его использовании связаны с нежеланием людей читать документацию и разбираться в устройстве МК.

SPL
Standard Peripheral Library - стандартная библиотека периферии. Как следует из названия, назначение этой библиотеки - создание абстракции для периферии МК. Библиотека состоит из заголовочных файлов где объявлены человеко-понятные константы для конфигурирования и работы с периферией МК, а также файлы исходного кода собираемые собственно в саму библиотеку для операций с периферией.
SPL является абстракцией над CMSIS представляя пользователю общий интерфейс для всех МК не только одного производителя, но и вообще всех МК с процессорным ядром Cortex-Mxx.
Считается, что она более удобна новичкам, т.к. позволяет не думать как работает периферия, однако качество кода, универсальность подхода и скованность интерфейсов накладывают на разработчика определенные ограничения.
Также функционал библиотеки не всегда позволяет точно реализовать настройку некоторых компонентов таких как USART (универсальный синхронный-асинхронный последовательный порт) в определённых условиях. В практической части, я также опишу работу с этой частью библиотеки.

Список статей который поможет изучить микроконтроллер STM32 даже начинающему. Подробно обо всем с примерами начиная от мигания светодиодом до управления бесколлекторным двигателем. В примерах используется стандартная библиотека SPL (Standard Peripheral Library).

Тестовая плата STM32F103, ST-Link программатор, и программное обеспечение для прошивки под Windows и Ubuntu.

VIC (Nested vectored interrupt controller) – модуль контроля прерываний. Настройка и использование прерываний. Приоритеты прерываний. Вложенные прерывания.

АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Схема питания и примеры использования АЦП в различных режимах. Regular и Injected каналы. Использование АЦП вместе с DMA. Внутренний термометр. Аналоговый watchdog.

Таймеры общего назначения. Генерирование прерывания через равные промежутки времени. Измерение времени между двумя событиями.

Захвата сигнала таймером на примере работы с ультразвуковым датчиком HC-SR04

Использование таймера для работы с энкодером.

Генерация ШИМ. Управление яркостью светодиода. Управление сервоприводом (сервомашинками). Генерация звука.

Необходимое для разработки программное обеспечение. В этой статье я расскажу как его правильно настроить и связать. Все коммерческие среды такие как IAR EWARM или Keil uVision обычно сами выполняют эту интеграцию, однако в нашем случае все придется настраивать вручную, потратив на это немало времени. Преимуществом является то, что у вас есть шанс понять как это все работает изнутри, и в дальнейшем гибко настраивать все под себя. Перед началом настройки рассмотрим структуру среды в которой мы будем работать:

Eclipse будет использован для удобного редактирования файлов реализации функций (.c ), заголовочных файлов (.h ), а также файлов ассемблера (.S ). Под "удобным" я понимаю использование автодополненения кода, подсветки синтаксиса, рефакторинга, навигации по функциям и их прототипам. Файлы автоматически скармливаются нужным компиляторам, которые генерируют объектный код (в файлах .o ). Пока что этот код не содержит абсолютных адресов переменных и функций и по этому для выполнения не пригоден. Полученные объектные файлы собираются воедино сборщиком (linker-ом). Чтобы знать, какие участки адресного пространства использовать, сборщик использует специальный файл (.ld ), который называется линкер-скриптом. Он обычно содержит определение адресов секций и их размеров (секция кода, отображаемая на флеш, секция переменных, отображаемая на ОЗУ и т.д.).

В конце концов linker генерирует.elf файл (Executable and Linkable Format), который содержит в себе кроме инструкций и данных отладочную информацию (Debugging information), используемую отладчиком. Для обычной прошивки программой vsprog этот формат не подходит, поскольку для этого нужен более примитивный файл образа памяти (например Intel HEX - .hex). Для его генерации тоже есть инструмент из набора Sourcery CodeBench (arm-none-eabi-objcopy), и он отлично интегрируются в eclipse с помощью установленного ARM-плагина.

Для осуществления самой отладки используются три программы:

1. сам eclipse, дающий возможность программисту "визуально" использовать отладку, ходить по строкам, наводить курсором мышки на переменные для просмотра их значений, и прочие удобности
2. arm-none-eabi-gdb - GDB клиент - отладчик, который скрыто управляется eclips-ом(через stdin) в качестве реакции на действия, указанные в п.1. В свою очередь GDB подключается к Debug-серверу OpenOCD, и все поступающие на вход команды транслируются отладчиком GDB в команды, понятные для OpenOCD. Канал GDB <-> OpenOCD реализуется по протоколу TCP.
3. OpenOCD - это debug-сервер, который может общаться непосредственно с программатором. Он запускается перед клиентом и ожидает подключения по TCP.

Данная схема может показаться вам весьма бесполезной: зачем использовать клиент и сервер в отдельности и выполнять лишний раз трансляцию команд, если все это можно было бы делать одним отладчиком? Дело в том, что такая архитектура теоретически позволяет удобно делать взаимозамену клиента и сервера. Например, если вам будет нужно вместо versaloon использовать другой программатор, который не будет поддерживать OpenOCD, а будет поддерживать другой специальный Debug-сервер (например texane/stlink для программатора stlink - который находится в отладочной плате STM32VLDiscovery), то вы просто вместо запуска OpenOCD будете запускать нужный сервер и все должно работать, без каких-либо дополнительных телодвижений. В то же время возможна обратная ситуация: допустим вы захотели использовать вместо связки Eclipse + CodeBench, среду IAR EWARM вместе с versaloon. У IAR есть свой встроенный Debug-клиент, который успешно свяжется с OpenOCD и будет им рулить, а также получать в ответ нужные данные. Однако все это иногда остается только в теории, поскольку стандарты общения клиента и сервера регламентированы не жестко, и местами могут отличатся, однако указанные мною конфигурации с st-link+eclipse и IAR+versaloon мне удавались.

Обычно клиент и сервер запускаются на одной машине и подключение к серверу происходит по адресу localhost:3333 (Для openocd), или localhost:4242 (для texane/stlink st-util). Но никто не мешает открыть порт 3333 или 4242 (и пробросить этот порт на роутере во внешнюю сеть) и ваши коллеги из другого города смогут подключится и отладить вашу железку. Данный трюк часто используется ембеддерами, работающими на удаленных объектах, доступ к которым ограничен.

Приступаем

Запускаем eclipse и выбираем File->New->C Project, выбираем тип проекта ARM Linux GCC (Sorcery G++ Lite) и имя "stm32_ld_vl" (Если у вас STV32VLDiscovery то логичнее будет назвать "stm32_md_vl"):

Нажимаем Finish, сворачиваем или закрываем окно Welcome. Итак, проект создан, и в вашем workspace должна появиться папка stm32_ld_vl. Теперь ее нужно наполнить необходимыми библиотеками.

Как вы поняли из названия проекта, я буду создавать проект для вида линейки low-density value line (LD_VL). Чтобы создать проект для других микроконтроллеров вы должны заменить все файлы и define-ы в названии которых присутствует _LD_VL (или _ld_vl ) на нужные вам, в соответствии с таблицей:

Чтобы понять логику таблицы, вы должны быть знакомы с маркировкой STM32 . То есть, если у вас VLDiscovery то дальше вам придется заменять все что связано с _LD_VL на _MD_VL, поскольку в дискавери распаян чип STM32F100RB, относящийся к Medium-density value line.

Добавление в проект библиотек CMSIS и STM32F10x Standard Peripherals Library

CMSIS (Cortex Microcontroller Software Interface Standard) - стандартизированная библиотека работы с микроконтроллерами Cortex, выполняющая реализацию уровня HAL (Hardware Abstraction Layer), тоесть позволяет абстрагироваться от деталей работы с регистрами, поиска адресов регистров по даташитам и т.д. Библиотека представляет собой набор из исходников на языке С и Asm. Ядерная (Core) часть библиотеки одинакова для всех Cortex-ов (Будь это ST, NXP, ATMEL, TI или еще кто другой), и разрабатывается компанией ARM. Другая же часть библиотеки отвечает за периферию, которая естественно различна у разных производителей. Поэтому в конечном итоге полная библиотека все равно распространяется производителем, хотя ядерную часть все же можно скачать отдельно на сайте ARM. Библиотека содержит определения адресов, код инициализации тактового генератора (удобно настраиваемый define-ами), и все прочее, что избавляет программиста от ручного введения в свои проекты определения адресов всяческих регистров периферии и определения битов значений этих регистров.

Но ребята из ST пошли дальше. Помимо поддержки CMSIS они предоставляют еще одну библиотеку для STM32F10x под названием Standard Peripherals Library (SPL ), которая может использоваться в дополнение к CMSIS. Библиотека обеспечивает более быстрый и удобный доступ к периферии, а также контролирует (в некоторых случаях) правильность работы с периферией. Поэтому данную библиотек часто называют набором драйверов к периферийным модулям. Она сопровождается пакетом примерчиков, разделенных по категориям для разной перифериии. Библиотека также есть не только для STM32F10x, но и под другие серии.

Скачать всю SPL+CMSIS версии 3.5 можно тут: STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0 или на сайте ST. Разархивируйте архив. Создайте папки CMSIS и SPL в папке проекта и начнем копировать файлы к себе в проект:

После копирования зайдите в Eclipse и сделайте Refresh в контекстном меню проекта. В результате в Project Explorer вы должны получить такую же структуру как на картинке справа.

Возможно вы заметили, что в папке Libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F10x/startup/ есть папки для разных IDE (в разных IDE используются разные компиляторы). Я выбрал IDE Ride7, так как в ней используется компилятор GNU Tools for ARM Embedded, совместимый с нашим Sourcery CodeBench.

Вся библиотека конфигурируется с помощью препроцессора (с помощью define-ов), это позволят решить все необходимые ветвления еще на стадии компиляции (вернее даже перед ней) и избежать нагрузки в работе самого контроллера (которая наблюдалась бы, если бы конфигурирование выполнялось в RunTime). Например все оборудование различное для разных линеек и поэтому чтобы библиотека "узнала", какую линейку вы хотите использовать, вас просят раскомментировать в файле stm32f10x.h один из define-ов (соответствующих вашей линейке):

/* #define STM32F10X_LD */ /*!< STM32F10X_LD: STM32 Low density devices */
/* #define STM32F10X_LD_VL */ /*!< STM32F10X_LD_VL: STM32 Low density Value Line devices */
/* #define STM32F10X_MD */ /*!< STM32F10X_MD: STM32 Medium density devices */
И так далее...

Но делать этого я не советую. Файлы библиотек мы трогать пока не будем, а define мы сделаем позже с помощью настроек компилятора в Eclipse. И тогда Eсlipse будет вызвать компилятор с ключем -D STM32F10X_LD_VL , что для препроцессора абсолютно эквивалентно ситуации если бы вы расскомментировали "#define STM32F10X_LD_VL" . Таким образом код мы менять не будем, в следствии, при желании, когда-нибудь вы сможете вынести библиотеку в отдельную директорию и не копировать в папку каждого нового проекта.

Linker-скрипт

В контекстном меню проекта выбираем New->File->Other->General->File, Next. Выбираем корневую папку проекта (stm32_ld_vl). Вводим имя файла "stm32f100c4.ld" (или "stm32f100rb.ld" для дискавери). Теперь копируем и вставляем в eclipse:

ENTRY(Reset_Handler) MEMORY { FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 16K RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 4K } _estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM); MIN_HEAP_SIZE = 0; MIN_STACK_SIZE = 256; SECTIONS { /* Interrupt vector table */ .isr_vector: { . = ALIGN(4); KEEP(*(.isr_vector)) . = ALIGN(4); } >FLASH /* The program code and other data goes into FLASH */ .text: { . = ALIGN(4); /* Code */ *(.text) *(.text*) /* Constants */ *(.rodata) *(.rodata*) /* ARM->Thumb and Thumb->ARM glue code */ *(.glue_7) *(.glue_7t) KEEP (*(.init)) KEEP (*(.fini)) . = ALIGN(4); _etext = .; } >FLASH .ARM.extab: { *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*) } >FLASH .ARM: { __exidx_start = .; *(.ARM.exidx*) __exidx_end = .; } >FLASH .ARM.attributes: { *(.ARM.attributes) } > 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 (*(.fini_array*)) KEEP (*(SORT(.fini_array.*))) PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .); } >FLASH _sidata = .; /* Initialized data */ .data: AT (_sidata) { . = ALIGN(4); _sdata = .; /* create a global symbol at data start */ *(.data) *(.data*) . = ALIGN(4); _edata = .; /* define a global symbol at data end */ } >RAM /* Uninitialized data */ . = 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 PROVIDE(end = _ebss); PROVIDE(_end = _ebss); PROVIDE(__HEAP_START = _ebss); /* User_heap_stack section, used to check that there is enough RAM left */ ._user_heap_stack: { . = ALIGN(4); . = . + MIN_HEAP_SIZE; . = . + MIN_STACK_SIZE; . = ALIGN(4); } >RAM /DISCARD/ : { libc.a(*) libm.a(*) libgcc.a(*) } }

Данный линкер-скрипт будет предназначен именно для контроллера STM32F100C4 (у которого 16 Кб флеша и 4 Кб ОЗУ), если у вас другой, то придется поменять параметры LENGTH у областей FLASH и RAM в начале файла (для STM32F100RB, который в Discovery: Flash 128K и ОЗУ 8К).

Сохраняем файл.

Настройка сборки (C/C++ Build)

Заходим в Project->Properties->C/C++ Build-> Settings->Tool Settings, и начинаем настраивать инструменты сборки:

1) Target Precessor

Выбираем под какое именно ядро Cortex компилятор будет работать.

• Processor: cortex-m3

2) ARM Sourcery Linux GCC C Compiler -> Preprocessor

Добавляем два define-a путем передачи их через ключ -D компилятору.

• STM32F10X_LD_VL - определяет линейку (о этом define-е я писал выше)
• USE_STDPERIPH_DRIVER - указание библиотеке CMSIS, что она должна использовать драйвер SPL

3) ARM Sourcery Linux GCC C Compiler -> Directories

Добавляем пути к includ-ам библиотек.

• "${workspace_loc:/${ProjName}/CMSIS}"
• "${workspace_loc:/${ProjName}/SPL/inc}"

Теперь, например, если мы напишем:

#include "stm32f10x.h

То компилятор должен сначала поискать файл stm32f10x.h в директории проекта (он это делает всегда), он его там не найдет и приступит к поиску в папке CMSIS, путь к которой мы указали, ну и найдет его.

4) ARM Sourcery Linux GCC C Compiler -> Optimization

Включим оптимизацию функций и данных

• -ffunction-sections
• -fdata-sections

В результате все функции и элементы данных будут помещены в отдельные секции, и сборщик сможет понять какие секции не используются и просто выкинет их.

5) ARM Sourcery Linux GCC C Compiler -> General

Добавляем путь к нашему linker-скрипту: "${workspace_loc:/${ProjName}/stm32f100c4.ld}" (или как он у вас называется).

И ставим опции:

• Do not use standard start files - не использовать стандартные файлы запуска.
• Remove unused sections - удалить неиспользованные секции

Все, настройка закончена. OK.

С момента создания проекта мы много всего сделали, и кое-чего Eclipse мог не заметить, по этому нам нужно сказать ему чтобы он пересмотрел структуру файлов проекта. Для этого из контекстного меню проекта нужно сделать Index -> rebuild .

Hello светодиоды на STM32

Пора создать главный файл проекта: File -> New -> C/C++ -> Source File. Next. Имя файла Source file: main.c.

Копируем и вставляем в файл следующее:

#include "stm32f10x.h" uint8_t i=0; int main(void) { RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN; // Enable PORTB Periph clock RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN; // Enable TIM2 Periph clock // Disable JTAG for release LED PIN RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN; AFIO->MAPR |= AFIO_MAPR_SWJ_CFG_JTAGDISABLE; // Clear PB4 and PB5 control register bits GPIOB->CRL &= ~(GPIO_CRL_MODE4 | GPIO_CRL_CNF4 | GPIO_CRL_MODE5 | GPIO_CRL_CNF5); // Configure PB.4 and PB.5 as Push Pull output at max 10Mhz GPIOB->CRL |= GPIO_CRL_MODE4_0 | GPIO_CRL_MODE5_0; TIM2->PSC = SystemCoreClock / 1000 - 1; // 1000 tick/sec TIM2->ARR = 1000; // 1 Interrupt/1 sec TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE; // Enable tim2 interrupt TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // Start count NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn); // Enable IRQ while(1); // Infinity loop } void TIM2_IRQHandler(void) { TIM2->SR &= ~TIM_SR_UIF; //Clean UIF Flag if (1 == (i++ & 0x1)) { GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BS4; // Set PB4 bit GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BR5; // Reset PB5 bit } else { GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BS5; // Set PB5 bit GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BR4; // Reset PB4 bit } }

Хоть мы подключали библиотек SPL, тут она использована не была. Все обращения к полям вроде RCC->APB2ENR полностью описаны в CMSIS.

Можно выполнять Project -> Build All. Если все получилось, то в папке Debug проекта должен появится файл stm32_ld_vl.hex. Он был автоматически сгенерирован из elf встроенными инструментами. Прошиваем файл и видим как мигают светодиоды с частотой раз в секунду:

Vsprog -sstm32f1 -ms -oe -owf -I /home/user/workspace/stm32_ld_vl/Debug/stm32_ld_vl.hex -V "tvcc.set 3300"

Естественно вместо /home/user/workspace/ вы должны вписать свой путь к workspace.

Для STM32VLDiscovery

Код немного отличается от того, который я дал выше для своей отладочной платки. Отличие заключается в пинах, на которых "висят" светодиоды. Если у меня в плате это были PB4 и PB5, то в Discovery это PC8 и PC9.

#include "stm32f10x.h" uint8_t i=0; int main(void) { RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPCEN; // Enable PORTC Periph clock RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN; // Enable TIM2 Periph clock // Clear PC8 and PC9 control register bits GPIOC->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE8 | GPIO_CRH_CNF8 | GPIO_CRH_MODE9 | GPIO_CRH_CNF9); // Configure PC8 and PC9 as Push Pull output at max 10Mhz GPIOC->CRH |= GPIO_CRH_MODE8_0 | GPIO_CRH_MODE9_0; TIM2->PSC = SystemCoreClock / 1000 - 1; // 1000 tick/sec TIM2->ARR = 1000; // 1 Interrupt/sec (1000/100) TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE; // Enable tim2 interrupt TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // Start count NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn); // Enable IRQ while(1); // Infinity loop } void TIM2_IRQHandler(void) { TIM2->SR &= ~TIM_SR_UIF; //Clean UIF Flag if (1 == (i++ & 0x1)) { GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BS8; // Set PC8 bit GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR9; // Reset PC9 bit } else { GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BS9; // Set PC9 bit GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR8; // Reset PC8 bit } }

Под Windows, прошить полученный hex(/workspace/stm32_md_vl/Debug/stm32_md_vl.hex) можно утилитой от ST.

Ну а под linux утилитой st-flash. НО!!! Утилита не хавает hex формата Intel HEX (который генерируется по дефолту), поэтому крайне важно в настройках создания Flash-образа, выбрать формат binary:

Расширение файла при этом не поменяется (останется hex как и было), но формат файла изменится. И только после этого можно выполнять:

St-flash write v1 /home/user/workspace/stm32_md_vl/Debug/stm32_md_vl.hex 0x08000000

Кстати, на счет расширения и формата: обычно бинарные файлы помечают расширением.bin, в то время как файлы формата Intel HEX именуют расширением.hex. Отличие в этих двух форматах скорей техническое, чем функциональное: бинарный формат содержит просто байты инструкций и данных, которые будут просто записываться в контроллер программатором "как есть". IntelHEX же имеет не бинарный формат, а текстовый: точно те же байты разбиты по 4 бита и представлены посимвольно в формате ASCII, причем использованы только символы 0-9, A-F (bin и hex - системы счисления с кратными основаниями, то есть 4 бита в bin можно представить одной цифрой в hex). Так что формат ihex более чем в 2 раза превышает размер обычного бинарного файла (каждые 4 бита заменяются байтом + переносы строк для удобного чтения), но его можно читать в обычном текстовом редакторе. Поэтому, если вы собираетесь отправить этот файл кому-то, или использовать его в других программах-программаторах, то желательно переименовать его в stm32_md_vl.bin, дабы не вводить в заблуждение тех, кто будет смотреть на его имя.

Итак мы настроили сборку прошивки для stm32. В следующий раз я расскажу как