单片机开发的环境配置与一些问题

最近有幸能接触到单片机开发的相关知识，特写下此文来总结鄙人关于单片机开发的一些浅薄知识。

本文使用的硬件是以 STM32F103C8T6 为主控芯片的开发版。

STM32F103C8T6 开发板

环境准备

一般来说，作为烧录的方案有 Keil uVision5 （以下简称 uVision）或具有 ARM 功能的 GDB + Open OCD 可供选择，本文将按照前者进行讲解，若要学习后者，可以参阅 Rust 嵌入式开发的环境配置。本文主要使用 C 作为开发语言，笔者正在学习基于 Rust 的嵌入式开发，欢迎评论区交流与讨论。

不过，鉴于 uVision 相当不先进的开发环境，因此推荐使用 Visual Studio Code + Keil Assistant 的开发环境，仅在调试或构建时使用 uVision。

安装与配置各项驱动依赖的步骤，请阅读相应软件文档或指南，此处不再赘述。

创建新项目

创建新项目需要使用 uVision，启动，创建一个新项目: Project -> New uVision Project，选择相对应的芯片组，完成创建。

随后，打开 Manage Project Items 菜单，为 Groups 添加这几项: main, functions, headers, packages。接下来，手动为项目添加相对应的文件夹。由此，项目的结构大概如下所示：

Project
├─ main            // 存放项目主入口
├─ functions       // 存放函数实现
├─ headers         // 存放数据定义与模板
├─ packages        // 存放依赖库
└─ Project.uvprojx // 项目主配置

新建一个文件 main.c 在 main 下，然后把它添加到最右侧的文件栏。之后，每次添加新的项目文件，都必须以同样的步骤添加，否则 uVision 在编译时会忽略没有引用的文件。

打开 Configure target options，调整这些选项：

Target
- Code Generation
  - ARM Compiler: Use default compiler version 6
Output
- Create HEX file: √
C/C++ (AC6)
- Preprocessor Symbols
  - Define: STM32F10x_MD,USE_STDPERIPH_DRIVER
- Include Paths: HAL 依赖库路径
Debug
- Use: 选择你的烧录器

保存这些设定，测试成功后，即完成了项目初始化。

开发的思路

要开发单片机，技术手册、原理图和 API 列表都是不可缺少的。

首先，要先对一个问题的解决有大概的实现思路。接着，确定需要的相应组件，阅读原理图，了解其电气特性（如工作时需要什么种类的电平等），并为它在开发板上分配资源（如针脚位置）。分配位置时，必须要根据技术手册中规定的符合要求的针脚来分配。如果一个设备需要 PWM 来进行控制，那么为它分配的针脚必须要是一个有效的 TIM 引脚，才能输出 PWM 波形。撰写程序时，也需要根据依赖包提供的 API 列表中的函数等资源来编写。

开发中遇到的一些问题

不要在任何中断函数内使用任何阻塞性操作，这会导致程序运行异常。

必须让一个器件的全部连线都具有同样的电压源，你必须要让电源和数据接线都使用一个来源的输出，否则设备可能工作异常。这是因为这些器件都使用相对电压，即 5V 的定义是相对于大地的零电势定义的，但你的输入可能并不是 5V，这时如果两个方面的输入不等，设备的操作就会出现异常。