从STM32开始的RoboMaster生活：入门篇 ~ Hexo

1.0 STM32是什么

1.1 定义

ST + M + 32 = STM32

ST: SGS-Thomson 法意半导体

M: Microelectronics 微控制器 ~~微处理器~~

32: 32位

–> STM32: 法意半导体所设计制造的32位微控制器系列产品

1.2 背景

RISC –> ARM –> Cortex-M –> STM32

精简指令集 RISC: Reduce Instruction Set Computer

复杂指令集 CISC ：Complex Instruction Set Computer

精简指令集并非简单的比复杂指令集简单，而是其高效快速便宜，强调效率和价格，所以，常见的嵌入式设备，手机等等均为精简指令集。接下来的ARM架构就是基于精简指令集的。

而复杂指令集，强调指令的多样性和复杂性，常见于电脑和大型服务器，以往的Intel英特尔的x86 (IA-32) ，新起的x86-64 (AMD64) 均为复杂指令集。

ARM: Advanced RISC Machines 高级精简指令集机器

ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。但实际上，真正的ARM是一个32位处理器框架，而Acorn自己从不生产处理器，而是搞处理器框架授权的，怎么实现其架构完全取决于客户自己，所以很多时候同为ARM架构的厂家互相之间的代码却不能直接套用。STM就是Acorn授权客户之一，所以STM大部分产品都是基于ARM架构的。

ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强，16位/32位双指令集，和合作伙伴众多（所有手机都是ARM架构）。

目前ARM分为三大系列：Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M

Cortex-A (Application): 适用于应用领域，支持 ARM和Thumb指令集，并支持虚拟地址和内存管

Cortex-R (Real-Time): 适用于高实时性领域，支持 ARM和Thumb指令集，只支持物理地址，并支持内存管理。

Cortex-M (eMbedded): 适用于微处理器领域，只支持Thumb指令集。

为我们接下来要讲的就是STM32系列就是基于Cortex-M架构的

1.3 系列

STM full.jpg

整个STM家族是非常庞大而繁杂的，当然，这里要是全部讨论比较一番，估计已经可以出几本书了www，所以，我们主要分析一下STM32系列下的MCU微控制器（左边的MPU才是微处理器）

STM full detail.png

STM detail.png

我来简单概括一下，一共有4个分支

High-performance MCU: 高性能微处理器，是以CPU高度集成和多媒体应用为目的开发的，基于Cortex-M3/4/7，频率从120MHz (F2) 到400MHz (H7) 不等。该系列均配备ART^TM^加速器，能够从Flash中0延迟加载数据。
Mainstream MCU: 主流微控制器，是专门为对价格比较挑剔的产品开发的，成本要求甚至苛刻到一片1$以下，空间也非常受限。在这个类别下，有基于Cortex-M0/3/4框架的，频率从48MHz (F0) 到72MHz (F1/F3) 不等。
Wireless MCU: 无线微控制器，是STM32微控制器家族新的双核成员，集成2.4GHz的通讯模块，可以用于无线和蓝牙应用。其中基于Cortex-M0+的核心（网络处理器）是用于通讯管理，而另外一个基于Cortex-M4的核心（应用处理器）是用于主要的嵌入式开发。
Ultra Low-Power MCU: 超低功耗微控制器，该系列为低功耗应用而生，用于电池驱动的设备，从整体降低电池消耗来延迟电池使用时间。在这个系列中，我们可以找到针对低价客户的基于Cortex-M0的微控制器，和基于Cortex-M4F的带有动态电压调节 (DVS) 功能的微控制器，能够根据频率变化来最优化内部CPU电压。

如果各位需要购入，请务必详细阅读每个微控制器的详细数据，再根据项目要求来谨慎购买。推荐阅读：官方选材手册。

2.0 为什么选择STM32，抛弃Arduino？

这是个艰难的选择，我们有无数的理由选择Arduino，放弃STM32，比如Arduino简单易学开发迅速支持强大BUG少，STM32复杂难懂开发缓慢支持受限BUG多，但是很多时候我们不得不承认，现实就是，几乎没有真的用Arduino做产品开发的，而最流行的专业的嵌入式开发，STM32就是绕不开的一条路。说白了：Arduino就是玩具，给兴趣爱好者玩的；STM32才是真正的嵌入式，远远比Arduino强大几个量级，是开发电子产品的必备技能。

下面我们再详细的列举一下抛弃Arduino，选择STM32的理由

STM32在硬件上比Arduino更强大

我们可以看出，STM32中常用的F103和Arduino中常用的ATmega328相比，在各种硬件指标上彻底完爆，甚至在价格上STM32还比Arduino便宜一点点？！(震惊)
STM32有专门的低功耗系列，电量消耗是产品最重要的指标之一，消耗甚至比Arduino Nano在深度睡眠模式还要低很多？！(二次震惊)
没有高级封装的函数供你使用，也许很多人会说，这不正是STM32的缺陷吗？Arduino正是因为有这些函数，所以开发迅速，简单吗？是这样，没错。但是，正是因为STM32足够底层，足够复杂，所以相对应的，把所有的控制权和自由都交给了工程师，可以做到所有Arduino能做到的事情和其所有不能做到的事情。这和“为什么搞前端后端开发的为啥爱用Linux不用Windows呢？”一样，要举个例子说明的话，请问，您觉得建设帝国大厦，是用乐高呢？还是钢筋水泥呢？www
可以跑真正的操作系统，比如FreeRTOS，多任务处理不再是梦？！(三回啊三回)
专业应用的广泛。STM32甚至可以直接跑AI，而Arduino不行（只能外接模块），STM32可以运行IoT系统，而Arduino虽然可以，但是是没法发挥IoT真正的实力的。
STM32是ARM下的一个分支，而所有的手机芯片基本都是ARM架构的，所以学会STM32对ARM下的其他分支开发，比如手机硬件开发等，都大有帮助，或者说是入门的必经之路
“我是搞STM32开发的”听起来就很帅～～，而“我是玩Arduino项目的”则有些黯然失色。

3.0 STM32上手难度如何？

这部分我就直说了吧，难，非常难，资料少不说，数不尽的坑一定要自己全部踩过一遍才能熟悉开发环境。光是配置开发环境就花了我2周，就算要想做个最简单的LED流水灯，点亮个LED，也是要深入理解STM32的各种底层，芯片引脚设置才行的，这也是新手最劝退的地方，你能想象，至少要枯燥无聊地花一周阅读300页的手册才能点亮一个简单的LED吗？是不是有点兴致全无？但是，一但越过这个门槛，你就会打开STM32的大门，真正进入嵌入式的殿堂，深入地理解计算机内部的任何细节，无论软件还是硬件上的，你将会感觉自己身处一片智慧的汪洋什么都不懂，但同时又即将成为这片汪洋的新君主，感觉能通过计算机做到任何事情！！！

4.0 RoboMaster是什么？

言归正题，肯定很多人读到这里，会疑惑，“这该死的家伙搞了这么一堆东西，先推销STM32，又使劲劝退，结果半天了连RoboMaster都没解释一下”。别慌，诸位客官，这不正要讲嘛

全国大学生机器人大赛RoboMaster 机甲大师赛是由共青团中央、全国学联、深圳市人民政府联合主办，DJI 大疆创新发起并承办……

哦我的天哪，无聊死了，我们还是直接一点，看看实际的比赛

5.0 RoboMaster仓库 & 教程安排

UIUC RoboMaster 校队仓库：Illini RoboMaster

我首先会写个入门篇，介绍一下STM32和RoboMaster（就是本片内容），然后进入进阶篇，详细说明STM32所有的外设，并给出代码和配置，最后在比赛篇带着各位逐行解析上面仓库里面的所有代码，并说明实际硬件的一些配置和使用事项，比赛篇我会从iRM_Embedded_2018开始讲起，本教程暂且不谈AI图像处理和机械设计，专注于STM32的入门事宜。

6.0 你所需要的知识储备

在阅读后面教程前，需要一定的基础和技能，如果在一下列表中有你不会或者没有达到要求标准的知识，请按照下文对应的链接来阅读对应资料的对应章节，并练习直至达到全部要求标准，请务必不要嫌麻烦。以下书籍作者皆研读过，所以不用担心浪费时间，勾画的都是必要内容。

C语言基础（按照C Primer Plus的目录来，缺失的知识按照这本教材对应章节来学）
- 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
STM32基础背景知识（按照Mastering STM32的Introduction章节的目录来，缺失的知识按照这本教材对应章节来学）
- Introduction to STM32 MCU Portfolio
- Setting-Up the Tool-Chain
- Hello, Nucleo!
- STM32CubeMX Tool
- Introduction to Debugging
计算机工程基础（选修，可以不会，最好会，有了计算机硬件基础，理解STM32起来会快很多，但是我觉得不会有多少人能沉下心来钻研这部分（笑:-D））（按照*Introduction to Computing Systems [Third Edition]*的目录来，缺失的知识按照这本教材对应章节来学）
- 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开发板A型 / B型 / C型
- ST-Link V2 仿真&烧录器（各大电商均有售卖，我就不打广告写店名了）
方案2：
- Nucleo开发板
Nucleo是ST官方的板子，而且支持Arduino的扩展板，是Arduino的引脚排布，自带烧录器，不需要额外的仿真&烧录设备，适合想从Arduino平滑过渡到STM32的看官，但是如果要打RoboMaster比赛，请务必使用RoboMaster专用的开发板