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stm32開發新方式-PlatformIO 的 IDE

04-21

PlatformIO是一款跨平台的物聯網開發的生態環境，VS Code 這款強大的文本編輯器輔以 PlatformIO IDE 插件就可以化身為一款強大的MCU開發環境，支持絕大多數流行的單片機平台，比如今天要討論的 stm32 系列單片機。

測試環境及工具

  1. 本文講解使用的系統平台是 macOS 10.14，其它平台比如 linux、windows 步驟和操作基本類似；
  2. stm32 開發板是以stm32f103c8t6為核心的最小系統板；
  3. stm32 晶元調試器使用的是 stlink v2；

platformio IDE 搭建

  • 下載對應平台的VS Code，這裡下載 mac 版的，下載完成後安裝即可；

  • 打開 vs code ，點擊左側第五個按鈕，顯示插件管理界面，搜索插件 PlatformIO IDE，並安裝此插件；

安裝過程耐心等待，成功後會有提示！

platformio IDE 簡介

重新打開安裝好插件的 VS Code ，會看到左下角多了一個小房子logo樣式的按鈕，點擊這個按鈕就會打開 Platformio 主頁：

可以看到主頁中最頂端包含了一個導航欄，有用的就是前進後退的按鈕和賬戶相關的交互元素，整個主頁其實是Platformio在本地開啟了一個web應用（類似於一個簡單的小網站），包含了Home、Account、Libraries、Boards、Platforms和Devices六個標籤頁，下面分別簡單說明一下。

Home 標籤頁

進入Platformio 的主頁顯示的就是 Home 標籤頁，標籤頁內從上到下可以依次看到以下內容：

  • Show at startup 的複選框，勾上後，每次啟動 vs code 就會啟動這個主頁；
  • Quick Access 下有四個操作按鈕，分別是：
    • New Project：用於新建工程；
    • Import Arduino Project：用於導入電腦中已經存在的 Arduino 工程；
    • Open Project：用於打開已經存在的 Platformio 工程；
    • Project Examples：用於打開本機已經安裝的單片機平台的常式工程；
  • Recent News：顯示最新 Platformio 信息；

Account 標籤頁

這個標籤頁用於管理賬戶信息，首次打開的時候，是用戶登錄頁面，當登錄已有的 Platformio 賬戶後，就會顯示用戶信息和密碼的相關操作，這裡就不細講了！

Libraries 標籤頁

Libraries 標籤頁是管理庫的介面，這裡只簡單說明一下，後面如果有時間就寫一篇文章詳細講解一下庫管理。主要包含四個標籤頁：

  1. Registry 標籤頁

    這個頁面是有一個搜索框，搜索框內沒有內容的時候，會在搜索框下面顯示所有可用的庫，搜索框中輸入關鍵詞就會過濾顯示相關的庫。

    點擊想要安裝的庫，就會進入這個庫的詳細頁面，這個頁面里有安裝按鈕、常式、使用方法等操作介面。
  2. Installed 標籤頁

    這裡主要展示本機已經安裝的第三方庫。

  3. Built-in 標籤頁

    這裡顯示已安裝平台內置的庫。
  4. Updates 標籤頁

    展示需要更新的庫。

Boards 標籤頁

這個標籤頁用來展示 Platformio 支持的開發板列表，最上方的搜索框內可以輸入關鍵詞過濾顯示相關的開發板，比如輸入 Arduino 就會顯示Arduino的開發板。

列表中每個條目顯示一個開發板，包含信息：

Platforms 標籤頁

這個標籤頁用來管理平台支持，比如我的這裡安裝了兩個單片機平台的支持：

  • Atmel AVR
  • ST STM32

這兩個條目可以點進去查看平台詳細信息和對平台進行一定操作。標籤頁內還包含所有的嵌入式、桌面平台的相關管理項，同時也有框架展示的標籤頁，可以通過這裡的每個條目了解對應框架的信息和使用方法。

Devices 標籤頁

這裡顯示連接電腦的硬體設備，比如串口、數字邏輯設備和網路設備。

使用 Platformio IDE

這裡以創建 ST STM32 平台的 stm32f103c8t6 晶元工程為例，講解一下工程的基本使用方法。

新建工程

  1. 打開 Platformio 的主頁，點擊 New Projects；
  2. 在工程新建窗口中，配置如下創建名為 blink 的工程：

最後點擊 Finish ，等待片刻工程就會創建完成。

這裡暫時選擇使用框架為 Arduino，stm32還可以選擇其它框架，這裡先挖個坑，等有時間專門寫一下針對stm32其它框架的使用。

工程界面介紹

新建工程後，就會打開相應的工程，如下圖所示：

文件結構

窗口左側默認顯示的是資源管理器，這裡可以看到文件結構。

  1. .pioenvs 文件夾：存放編譯產生的中間文件和最後生成的執行文件;
  2. lib 文件夾：存放庫文件；
  3. src 文件夾：存放源文件，其內部默認生成名為 main.cpp 的源文件；
  4. platformio.ini：工程的配置文件

工具欄

在工程窗口的左下方會看到多出來的一些按鈕，這就是工程的工具欄：

依次說明這幾個快捷按鈕的作用：

  1. 主頁按鈕：前面已經提到過是打開 Platformio 主頁的按鈕
  2. 編譯按鈕：小對號，點擊後會編譯當前激活的工程
  3. 燒寫按鈕：向右的小箭頭，觸發程序燒寫的過程
  4. 遠程燒寫按鈕：小雲朵，觸發遠程燒寫程序的過程
  5. 清理按鈕：小垃圾桶，用於清理編譯過程生成的文件
  6. 測試按鈕：小燒瓶，測試工程，免費版的Platformio受限不能用；
  7. 運行任務按鈕：小本子，會跳出操作菜單，包含編譯、燒寫、調試等操作；
  8. 串口監視器按鈕：小插頭，點擊後會啟動命令行的串口監視助手；
  9. 終端按鈕：小命令行，點擊後新建一個終端窗口；

快捷操作欄

點擊窗口左側的做後一個logo也就是小螞蟻頭，就會出現針對工程的快捷操作：

根據字面意思就知道相應快捷操作是什麼用途了，這裡就不做介紹了。

編寫代碼

src文件夾下為源文件，更改源文件 main.cpp 的內容如下：

#include <Arduino.h>

#define LED_PIN PB0 // 十里使用的最小系統板板上LED連接的是PB0

void setup() {
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED_PIN, LOW);
delay(1000);
}

編寫代碼過程中就會感受到強大的代碼提示功能，寫代碼從此一馬平川，各種666！同時也支持代碼跳轉，比如跳轉到函數定義，可以按住 command 鍵（linux和window下是 ctrl 鍵）然後滑鼠左鍵單擊就可以跳轉，感受空間穿梭的快感！

編譯程序

這個操作很簡單，點擊工具欄中的編譯按鈕即可觸發編譯，編譯信息會在新的終端窗口中顯示，初次編譯的時候，會很慢，那是因為 Platformio 根據工程配置下載對應的平台支持文件，包含了配置的框架、編譯工具、調試工具等等，因為這是國外的服務，所以可能會很慢，耐心等待即可，編譯完成後，會出現如下類似信息：

> Executing task: platformio run <

Processing genericSTM32F103C8 (platform: ststm32; board: genericSTM32F103C8; framework: arduino)
...
Compiling .pioenvs/genericSTM32F103C8/src/main.cpp.o
...
Compiling .pioenvs/genericSTM32F103C8/FrameworkArduino/wirish_time.cpp.o
Archiving .pioenvs/genericSTM32F103C8/libFrameworkArduino.a
Indexing .pioenvs/genericSTM32F103C8/libFrameworkArduino.a
Linking .pioenvs/genericSTM32F103C8/firmware.elf
Checking size .pioenvs/genericSTM32F103C8/firmware.elf
Building .pioenvs/genericSTM32F103C8/firmware.bin
Memory Usage -> http://bit.ly/pio-memory-usage
DATA: [== ] 15.3% (used 3136 bytes from 20480 bytes)
PROGRAM: [== ] 21.6% (used 14188 bytes from 65536 bytes)
============================ [SUCCESS] Took 3.33 seconds ============================

終端將被任務重用，按任意鍵關閉。

觸發編譯還可以使用快捷操作欄中的 build操作。

上傳程序

十里使用的是 stm32f103c8t6 的最小系統板，經調試器 stlink v2 連接電腦，點擊工具欄的燒寫按鈕（或者快捷操作欄的 Upload 操作），即可看到跳出的終端中顯示上傳過程中列印的信息，這裡就不列出來了。

燒寫過程中，stlink v2 調試器的指示燈會有所反應，完成後，最小系統板的程序就會運行，就會看到板上的LED閃動了起來，說明燒寫成功！

調試程序

很可惜！免費版（社區版）PlatformIO 的調試功能受限，所以不能正常進行程序調試，若想正常使用，需要訂閱Plus版。作為一個勤儉節約的人怎麼可能要花這份錢呢！那怎麼辦呢！不要緊，VS code中有款插件叫做 Cortex Debug，稍作配置就能進行正常的工程調試啦！

openocd 添加至系統環境變數

在這裡我們使用openocd開啟調試服務，若要使用此方式進行調試， Cortex Debug 能自動調用環境變數中能找到的openocd，為了使用方便，需要將openocd添加至系統的環境變數，上面我們知道，Platformio 已經自動安裝了編譯調試工具。

在用戶目錄下應該會找到文件夾 .platformio ，會從下面的文件夾中找到 openocd 運行文件（windows下是openocd.exe，目錄可能有所不同）：

/Users/5km/.platformio/packages/tool-openocd/bin

  • 對於linux或者macOS使用者
    • 若使用的命令行shell是zsh，可以使用以下命令添加環境變數：

echo export PATH="/Users/5km/.platformio/packages/tool-openocd/bin:$PATH" > ~/.zshrc

    • 若使用的命令行shell是bash，可以使用以下命令添加環境變數：

echo export PATH="/Users/5km/.platformio/packages/tool-openocd/bin:$PATH" > ~/.bashrc

  • windows用戶，找到相應目錄以後，按照網上的方法，將目錄添加到環境變數中就可以了

添加完成後，啟動一個命令行，執行以下命令，如果列印了版本信息說明添加成功：

$ openocd -v
GNU MCU Eclipse 64-bits Open On-Chip Debugger 0.10.0+dev-00392-gbe9ef0b0 (2018-01-12-16:51)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html

安裝 Cortex Debug 插件

VS code 插件管理器中搜索 Cortex Debug ，安裝即可。

優化編譯選項

程序調試，需要編譯的時候生成符號庫，所以需要為工程配置中添加生成符號庫的支持，工程配置 platformio.ini 中添加以下內容即可：

build_flags =
-g

最終配置內容：

[env:genericSTM32F103C8]
platform = ststm32
board = genericSTM32F103C8
framework = arduino
build_flags =
-g

重新編譯一遍！

添加調試配置

  • VS Code 菜單欄——調試——添加配置；
  • 選擇 {} Cortex Debug: OpenOCD 即可添加配置；

  • 更改配置，參考 Cortex-Debug Launch Configurations 添加和調整 .vscode/launch.json 文件的部分配置如下：

{
"version": "0.2.0",
"configurations": [
{
"type": "cortex-debug",
"request": "launch",
"servertype": "openocd",
"cwd": "${workspaceRoot}",
"executable": "${workspaceRoot}/.pioenvs/genericSTM32F103C8/firmware.elf",
"name": "Debug (OpenOCD)",
"device": "STM32F103C8",
"configFiles": [
"interface/stlink.cfg",
"target/stm32f1x.cfg"
],
"runToMain": true
},
]
}

其中，

  • - executeable 配置為工程中生成的 elf 文件的路徑，這個需要自行更改為自己工程的
  • - device 指定晶元型號，調試器會自行選擇 svd 文件，以便正確顯示外設寄存器的正確信息
  • - configFiles 配置兩個文件，一個是介面配置，一個是調試目標（晶元）的配置文件
  • - runToMain 設置為true，啟動調試後會運行到 main 入口停止

進行調試

點擊 VS Code 窗口左側的調試按鈕，切換至調試界面：

橙色圈內的下拉菜單可以選擇調試配置，根據名稱(對應上面配置信息中的 name )選擇剛剛添加的配置，單擊其左邊的綠色三角按鈕（保證電腦經stlink連接到了最小系統板上），即可啟動調試過程：

啟動調試後默認停在程序最開始的地方，能夠看到窗口最上方出現了一個調試工具欄， 包含了基本的執行操作：

依次是繼續執行、單步、單步進入、單步跳出、重新運行和停止操作按鈕。

可以打開 main.cpp 文件，在代碼行號左側點擊可以添加或刪除斷點。在 pinMode(LED_PIN, OUTPUT); 添加斷點，點擊繼續執行按鈕，運行至斷點處，然後點擊單步進入按鈕，此時可以看到窗口：

可以看到窗口左側部分能夠查看變數，包含局部、全局變數；還可以添加變數監視；再下面就是調用堆棧，這裡可以看到函數的調用層次。

還可以看到一個 CORTEX PERIPHERALS 的標籤，點開後會看到如下圖橙色框內的外設寄存器的信息，方便調試程序！

以上看來滿足了基本的調試功能了，大功告成！

one more thing

其實調試這塊兒有一個問題，Platformio比較霸道，當你關閉工程重新打開後，它會自動把 launch.json 中的配置更改為 Platformio 的調試配置，所以每次打開工程後需要自行添加 Cortex Debug 的配置，目前還沒想到很好的解決方法，想到後會更新在此。

總結

本文講了 PlatformIO IDE 的安裝以及基本的使用，滿足了stm32系列單片機的基本開發需求。

博客原文：

stm32開發新方式-platformio的IDE?

www.smslit.top圖標
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