從繁至簡(jiǎn)，顛覆傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的云端開(kāi)發(fā)――極具性價(jià)比的STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板評(píng)測(cè)

曾聽(tīng)一位前輩說(shuō)過(guò)，在電子產(chǎn)業(yè)，原地踏步或是前行緩慢，實(shí)則是在退步，非常危險(xiǎn)。如今看來(lái)，確實(shí)如此，摩托羅拉、諾基亞移動(dòng)等都成了生動(dòng)的例子。而作為更新周期較快的嵌入式半導(dǎo)體行業(yè)，競(jìng)爭(zhēng)同樣激烈，前有Atmel 推出的Xplained Pro平臺(tái)生態(tài)圈，現(xiàn)又出現(xiàn)了意法半導(dǎo)體的Nucleo系列板卡。

Nucleo是意法半導(dǎo)體加入ARM embed項(xiàng)目后的又一個(gè)風(fēng)格系列板卡，有兩個(gè)鮮明的特點(diǎn)：1.兼容Arduino UNO R3 Shield擴(kuò)展板、2. 支持ARM embed項(xiàng)目?；蛟S有人會(huì)有疑問(wèn)，什么是ARM embed項(xiàng)目?mbed是一個(gè)面向ARM Cortex-M系列處理器的原型開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要用于培育物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的協(xié)作項(xiàng)目，包括了免費(fèi)的軟件庫(kù)(SDK)，硬件參考設(shè)計(jì)(HDK)和在線工具(Web)三部分，為用戶提供簡(jiǎn)單、方便快捷的基于ARM Cortex-M處理器的MCU開(kāi)發(fā)、調(diào)試等操作。最近，也拿到了一款由貿(mào)澤電子提供的基于ARM Cortex-M4處理器的意法半導(dǎo)體Nucleo系列板卡——STM32F401 Nucleo，這是意法半導(dǎo)體不久前才推出的板卡，在驚嘆于貿(mào)澤電子能第一時(shí)間拿到貨源的同時(shí)也非常感謝貿(mào)澤電子將板子提供評(píng)測(cè)，讓廣大網(wǎng)友第一時(shí)間體驗(yàn)ST的最新板卡。

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板

拿到STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板第一感覺(jué)就是“改變了”，變好看了，同樣是STM32F系列板卡的包裝，但是板卡不再是最常見(jiàn)的綠色PCB板，這是一塊精致小巧的乳白色板卡，讓人過(guò)目不忘，在包裝盒上板卡的特點(diǎn)介紹中我們還能看到特別標(biāo)注的mbed-enabled功能。

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板

從包裝中取出板卡，精致小巧，僅有成人的巴掌那般大小。板卡布局也一目了然，被很好的分為微控制器部分以及調(diào)試器部分，下面一起先了解下STM32F401 Nucleo板卡主要有哪些特點(diǎn)。

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板正面

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板反面

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板擴(kuò)展IO接口定義圖

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板硬件原理框圖

STM32F401RET6微控制器，基于ARM Cortex-M4處理器，帶DSP，最高支持84MHz主頻

支持Arduino UNO R3 Shield擴(kuò)展板，微控制器所有IO口引腳通過(guò)排針座引出

ST-LINK/V2-1調(diào)試器，支持對(duì)外部微控制器調(diào)試

3個(gè)LED：一個(gè)USB通訊LED、一個(gè)電源LED、一個(gè)用戶LED;兩個(gè)機(jī)械按鍵：復(fù)位、用戶

USB接口的3個(gè)不同功能：虛擬串口、容量存儲(chǔ)、調(diào)試接口

3種不同供電方式：mini USB接口供電、IO引腳用電、通過(guò)Arduino UNO R3 Shield接口供電

支持Keil、IAR、embed在線IDE的設(shè)計(jì)工具

帶FPU單元的微控制器STM32F401RE

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板包含了STM32F系列板卡慣有的機(jī)械按鍵、LED指示燈、mini USB調(diào)試接口，眾多IO口外設(shè)通過(guò)排針座引出等功能，除此之外，也有與眾不同之處，如兼容Arduino Shield接口，并且可以通過(guò)Arduino Shield擴(kuò)展接口給板卡供電，板卡搭載了STM32F401RET6核心微控制器，基于32位的高性能ARM Cortex-M4處理器，帶FPU單元，最高能支持84MHz主頻，見(jiàn)下圖。

STM32F401RET6微控制器

STM32F401RET6微控制器硬件框圖

STM32F401RET6微控制器采用了1.7V~3.6V供電，集成了512KB Flash以及96KB SRAM，最大可支持?jǐn)U展50個(gè)GPIO口，集成USB OTG功能，定時(shí)器*8、SPI*3、I2S*2、I2C*3、USART*3、SDIO*1、12位ADC*1等，更具有意法半導(dǎo)體獨(dú)有的自適應(yīng)實(shí)時(shí)(ART)加速器，可以實(shí)現(xiàn)從512KB片上閃存執(zhí)行代碼零等待狀態(tài)，這在愛(ài)板網(wǎng)先前評(píng)測(cè)的STM32F429I Discovery開(kāi)發(fā)板的STM32F429ZIT6U微控制器中也有介紹，功能也是一樣的。

與STM32F429ZIT6U微控制器相比，MCU STM32F401RET6雖然基于同樣的M4處理器，但是無(wú)論是功能或者性能都有不少的差距，而且面向的領(lǐng)域不同。如果細(xì)細(xì)觀察則能發(fā)現(xiàn)其功能與愛(ài)板網(wǎng)評(píng)測(cè)過(guò)的Atmel SAMG53-XPRO板卡中的微控制器特點(diǎn)類似，同樣是面向傳感器集線器類的應(yīng)用。

STM32F429ZIT6U微控制器傳感器集線器應(yīng)用

當(dāng)然，除此之外STM32F401RE微控制器同樣可以適用于其他不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如管理醫(yī)療和移動(dòng)應(yīng)用或現(xiàn)場(chǎng)總線驅(qū)動(dòng)的工業(yè)傳感器模塊等領(lǐng)域。

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板上電使用

事實(shí)上，STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板的硬件組成確實(shí)很簡(jiǎn)潔，在基本了解其硬件原理后我們?cè)囍想妴?dòng)玩玩。首先，老規(guī)矩，自己準(zhǔn)備一根miniUSB線，連接電腦上電啟動(dòng)。上電后，可以看到首先USB通訊LED點(diǎn)亮，其次電源LED點(diǎn)亮，緊接著，黃色用戶LED閃爍，此時(shí)按一下板卡上的用戶機(jī)械按鍵，用戶LED切換閃爍頻率，這是開(kāi)發(fā)板自帶的出廠程序功能。

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板上電啟動(dòng)

同時(shí)，電腦上會(huì)提示安裝驅(qū)動(dòng)，主要是虛擬串口及ST-LINK的驅(qū)動(dòng)，先不管放一邊，打開(kāi)電腦上的計(jì)算機(jī)硬盤分配空間，發(fā)現(xiàn)多出一個(gè)可用空間為512KB 的Nucleo的盤符。

開(kāi)發(fā)板內(nèi)置528KB 存儲(chǔ)

Flash中的文件內(nèi)容

點(diǎn)擊進(jìn)入后發(fā)現(xiàn)有一個(gè)網(wǎng)頁(yè)鏈接以及一些系統(tǒng)文件(隱藏的)。此時(shí)可以打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)鏈接圖標(biāo)，網(wǎng)頁(yè)鏈接指向的地址為ST Nucleo F401RE開(kāi)發(fā)板的資料站，即STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板，包括板卡基本資料信息、在線IDE工具，討論區(qū)等，要確保完美的使用這些功能，我們首先需要做的是注冊(cè)一個(gè)賬號(hào)，這個(gè)賬號(hào)也就是你在開(kāi)發(fā)STM32F401 Nucleo板卡時(shí)候的云端賬號(hào)，可以保存你的云端資料信息及代碼開(kāi)發(fā)等情況，非常重要。

注冊(cè)mbed通行證

注冊(cè)完賬號(hào)就可以盡情享用STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板了，在網(wǎng)頁(yè)下面可以看到此時(shí)板卡的固件可以更新，點(diǎn)擊下載最新的V2.J20.M4固件。

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板V2.J20.M4固件

更新固件需要通過(guò)USB通訊接口，所以我們要安裝之前未安裝的驅(qū)動(dòng)，在ST官方資料庫(kù)中下載STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板的USB驅(qū)動(dòng)。下載的壓縮包中包含了32位系統(tǒng)以及64位系統(tǒng)不同的驅(qū)動(dòng)，根據(jù)自己電腦的系統(tǒng)信息安裝對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)文件。

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板資料

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板驅(qū)動(dòng)

安裝完USB驅(qū)動(dòng)文件后，我們就能通過(guò)USB通訊接口更新固件，打開(kāi)固件更新程序

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板更新固件

STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板固件更新完成

更新完固件，那就是萬(wàn)事具備了，此時(shí)我們可以暢享在線IDE設(shè)計(jì)工具mbed，見(jiàn)下圖。

打開(kāi)mbed在線IDE設(shè)計(jì)工具

mbed編譯器打開(kāi)的速度取決于你的網(wǎng)速，打開(kāi)后可以選擇相應(yīng)的例程或是新建例程，選擇完成點(diǎn)擊OK。

mbed編譯器界面

正式進(jìn)入到mbed編譯器界面，非常簡(jiǎn)潔，筆者以剛選的PWM例程實(shí)際體驗(yàn)了一把，點(diǎn)擊編譯后，編程生成的bin會(huì)自動(dòng)下載到電腦上，見(jiàn)下圖。

編譯下載bin文件

然后呢?這是要如何將bin文件燒錄到開(kāi)發(fā)板中?超級(jí)簡(jiǎn)單，找到剛下載好的bin文件，直接復(fù)制或者拖動(dòng)到STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板的存儲(chǔ)中(一開(kāi)始介紹的512KB Flash)，復(fù)位一下板卡就自動(dòng)運(yùn)行程序了，若是要更換其他例程，只需將你所需求的bin文件再次拖進(jìn)Nucleo開(kāi)發(fā)板的盤符中就行了，它會(huì)自動(dòng)覆蓋原程序。

接著筆者又試了下開(kāi)發(fā)板的串口程序，編譯->復(fù)制進(jìn)U盤->打開(kāi)串口工具，設(shè)置9600波特率，正常輸出數(shù)據(jù)。

STM32F401 Nucleo串口程序代碼

相對(duì)于目前常用的Keil、IAR等軟件mbed要方面多了，首先，不需要下載安裝軟件，其次，一個(gè)賬號(hào)足以，無(wú)論何時(shí)何地只有有網(wǎng)絡(luò)就可以進(jìn)行在線設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。不過(guò)mbed在實(shí)際使用中也存在一些不足，而且可以說(shuō)是硬傷，mbed僅僅適用于代碼的編寫(xiě)以及編譯下載操作，無(wú)法執(zhí)行調(diào)試，對(duì)于簡(jiǎn)單的代碼程序還好，對(duì)于復(fù)雜的代碼程序在調(diào)試時(shí)無(wú)疑是不足的，如果需要更深入的分析軟件程序運(yùn)行還是需要用到Keil、IAR等專業(yè)的IDE設(shè)計(jì)工具中的調(diào)試功能。

不過(guò)由于STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板剛出來(lái)不久，需要使用Keil、IAR等軟件調(diào)試功能的朋友最好還是下載最新的IDE設(shè)計(jì)工具(老版本的IDE設(shè)計(jì)工具可能找不到此微控制器的庫(kù)文件)，筆者這里使用的是Keil 5版本，STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板的例程可以在ST的官方資料庫(kù)中找到。

Keil 5例程

通過(guò)keil軟件調(diào)試

通過(guò)對(duì)STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板的使用，我們感受到了一種全新的設(shè)計(jì)體驗(yàn)，方便好用的云端設(shè)計(jì)，一個(gè)賬號(hào)，一臺(tái)可以聯(lián)網(wǎng)的電腦，即可在不同的沒(méi)有安裝專業(yè)的IDE設(shè)計(jì)工具的電腦上執(zhí)行代碼編譯、下載等操作。不過(guò)在方便的同時(shí)也存在了不少令人擔(dān)憂的隱患，如云端賬號(hào)的問(wèn)題，假設(shè)一個(gè)公司或者企業(yè)的重要項(xiàng)目，在云端開(kāi)發(fā)真適合嗎?最近小米論壇800萬(wàn)用戶數(shù)據(jù)的泄密不得不讓人們重視這個(gè)問(wèn)題，而這也是筆者無(wú)法下定論的，可能就是個(gè)仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智的問(wèn)題。

小結(jié)

體驗(yàn)了意法半導(dǎo)體全新系列的STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板，精致小巧乳白色外觀，帶FPU單元、功能性能強(qiáng)大的STM32F401RE微控制器，板卡兼容Arduino Shield、支持ARM mbed在線編譯器，方便的U盤式下載程序，讓人們耳目一新，這對(duì)于喜歡簡(jiǎn)單、喜歡嘗鮮的朋友是個(gè)非常不錯(cuò)的選擇，況且，STM32F401 Nucleo開(kāi)發(fā)板目前在貿(mào)澤電子僅有 68 RMB的報(bào)價(jià)，極具性價(jià)比，有需要的朋友可以去看看。