Ehko blog

J'ai acquis il y a quelques temps une carte de développement STM32 "BluePill" intégrant un STM32F103C8T6. Elle coûte environ 2$ et embarque un microcontrôleur tournant à 72MHz. Vous trouverez plus de détail sur cette carte sur le wiki de STM32Duino.

Pour le développement embarqué, il est pratique d'avoir une sortie série sur sa carte pour debugger plus facilement. On peut utiliser pour cela un port série du microcontrôleur et dialoguer avec l'ordinateur au travers d'un convertisseur USB-Série. Mais il est également possible d'utiliser directement le debugger comme interface pour obtenir cette trace. J'utilise personnellement cette dernière solution quand elle est disponible car cela ne nécessite pas de matériel supplémentaire.

La trace que j'ai implémenté possède les caractéristiques suivantes :

• trace ITM utilisant la pin SWO
• support de commandes type printf()

Une trace ITM ne nécessite pas d'intervention du debugger, au contraire d'un trace Semihosting qui est très intrusive. Elle est cependant plus lente.

Software embarqué

La partie logiciel permettant de faire fonctionner la trace vient du projet µOS++. Je n'ai fait que récupérer les sources pour les utiliser. Vous trouverez les trois fichiers sources nécessaires en annexe de ce billet (trace_impl.c, Trace.h et Trace.c).

Les préambule de compilation suivants sont nécessaires pour faire fonctionner la trace et la configurer pour le bon mode :

#define TRACE
#define OS_USE_TRACE_ITM
#define \\__ARM_ARCH_7M\\__

Il vous suffit ensuite d'utiliser les fonctions qui sont définies dans le fichier Trace.h :

• trace_printf(const char* format, ...) dont le fonctionnement est analogue à la fonction printf() standard
• trace_puts(const char *s) pour afficher une chaîne de caractère seule
• trace_putchar(int c) pour afficher un caractère seul

Debugger

Pour tous les debugger, il est nécessaire de connecter la pin SWO du microcontrôleur à celle du debugger. Pour le STM32F103C8T6, il s'agit de la pin PB3.

J-Link

Sous Eclipse ou sous System Workbench pour STM32, la trace est facilement utilisable. Il suffit d'installer et d'utiliser le plug-in J-Link de ARM MCU Eclipse, puis de cocher la case "Enable SWO" dans les options du debugger. N'oubliez pas de renseigner la fréquence de fonctionnement du CPU et de la trace (2MHz pour la BluePill). Dans le cas contraire, la trace fonctionnera seulement lors d'un debug avec flash du programme et non lors d'un "attach to runing target".

Vous vous retrouvez ainsi avec une trace intégrée à Eclipse avec une console dédiée.

Je n'ai pas essayer de faire fonctionner la trace avec le J-Link et avec OpenOCD. Mais je présume que les informations indiquées dans la section "Trace avec OpenOCD" sont valables.

ST-Link

La trace avec le ST-Link peut être visualisée à l'aide du logiciel ST-Link Utility. L'inconvénient est qu'il n'est pas possible de debugger la carte tout en utilisant ce logiciel.

Tous les environnements de développement que j'ai utilisé pour le STM32 repose sur l'utilisation de OpenOCD pour faire fonctionner le debugger ST-Link. Vous pouvez donc suivre les indications de la section "Trace avec OpenOCD" pour avoir une trace tout en debuggant.

ST-Link Clone

Les clones du ST-Link n'ont pas de pin SWO par defaut. Il convient donc de modifier le clone pour ajouter cette fonctionnalité. Les indications peuvent être trouvées sur le billet suivante : Ajouter une fonctionnalité de trace aux clones du ST-Link.

Pour l'utilisation de la trace, toutes les indications données dans la sous-section ST-Link s'appliquent aux clones du ST-Link.

Trace avec OpenOCD

OpenOCD permet d'utiliser la trace sur les STM32 au moyen de la commande tpiu config. Il suffit donc de l'ajouter avec les bons paramètres dans votre fichier de configuration OpenOCD. Dans mon cas, voici le résultat :

tpiu config internal /home/user/Documents/traceswo.log uart off 72000000 2000000

Et l'explication de cette commande :

• internal /home/user/Documents/traceswo.log : la trace est enregistrée dans le fichier local traceswo.log.
• uart : utilisation de l'encodage UART 8N1.
• off : désactivation du formatteur. J'avoue ne pas savoir de quoi il retourne mais la documentation indique de l'activer seulement si la trace est utilisé à la fois en ITM et ETM. Ce qui n'est pas mon cas.
• 72000000 : fréquence d'horloge du microcontrôleur embarqué sur ma carte.
• 2000000 : fréquence de la trace.

Pour plus d'information sur l'utilisation de cette commande OpenOCD, vous pouvez vous référer à la documentation. J'ai également ajouter à ce billet de blog mon fichier de configuration OpenOCD sous le nom de sparkcore.cfg.

Si vous essayer de lire le contenu du fichier généré par la trace OpenOCD, vous allez vite vous rendre compte que le contenu est illisible à cause des codes ASCII de fin de transmission ajoutés après chaque caractère. Heureusement j'ai trouvé un petit logiciel qui a été écrit pour filtrer tout ça et avoir une trace lisible :ARM SWO trace data listener/parser (linux et OSX seulement). Une fois compilé, vous avez plus qu'à lancer le programme depuis une console avec comme paramètre le fichier dans lequel OpenOCD enregistre la trace. Et l'option -t permet de voir seulement les nouvelles données avec un mode suivit, parfait pour debugger en direct !

Cela faisait un moment que je voulais me mettre à réaliser mes propres cartes électroniques. Ce ne sont pas les idées qui me manque mais juste que je n'avais jamais fait le pas, faute de temps et de motivation.

Je me suis donc lancé et j'ai créé cette première carte : DIABOLIGHTS.

Cette carte est délibérément très simple et je l'ai réalisée comme une ouverture, une découverte à la fabrication d'une carte électronique. Le but était de finaliser le projet pour une fois. Car je suppose que vous êtes comme moi : toujours à commencer des trucs à droite à gauche mais jamais à les terminer :-). Et puis en réalisant une première version simple ça laissera de la place pour une révision B voir C.

Le concept

Je possède depuis quelques années deux diabolos Finesse de Mister Babache, et je souhaitais pouvoir les utiliser dans le noir avec un kit lumineux. J'avais le choix entre :

• le kit de Mister Babache dont les avis sur internet semblait plutôt mitigés.
• un kit lumineux universel pour diabolo qui se monte comme une rondelle supplémentaire sur l'axe du diabolo. Ces kits n'exploitent donc pas le système de fixation des diabolos Finesse (deux écrous sont déjà montés dans les cônes intérieurs).
• réaliser moi même mon kit lumineux (que ceux qui disent que c'est une mauvaise idée sortent).

Vous l'aurez donc devinez, cette carte est donc un kit lumineux pour diabolo Finesse.

Je n'ai pas choisi la simplicité la plus extrême, qui aurait consisté à seulement allumer quelques LEDs de chaque coté du diabolo mais j'ai décidé de faire clignoter les LEDs. Oui ce n'est pas beaucoup plus complexe mais j'ai déjà expliqué que c'était un projet simple pour débuter.

Le schéma

Pour faire clignoter des LEDs il suffit de réaliser un oscillateur. Et un exemple simple dans lequel peuvent s'insérer facilement des LEDs est le Multivibrateur. En ajoutant une LEDs sur chaque branche, on se retrouve avec deux LEDs qui clignotent inversement l'une par rapport à l'autre.

Pour les piles, mon choix s'est tourné vers les CR2032 car elles sont courantes et donc il est facile de s'en procurer et elles ne sont pas chères. Et comme je ne voulais pas me limiter sur le choix de la couleur des LEDs, une seule de ces piles ne suffisait pas car elles ont une tension de 3V, tension supérieur à la tension directe de bon nombre de LEDs. Par exemple, les LEDs bleues, vertes et blanches ont une tension directe d'environ 3.2V.

Nomenclature

Le schéma étant très simple et robuste, la tolérance des composants n'a que peu d'importance. J'ai donc pris les éléments que j'avais sous la main.

Pour les transistors NPN j'ai pris les premiers que j'ai trouvé. Ceux-ci m'ont été fournis par mon entreprise.

Les piles CR2032, les LEDs et les DIPSwitch ont été achetés sur Aliexpress. Et les supports de pile CR2032 sont des 712-BAT-HLD-001, achetés chez Mouser.

Le PCB

Design

La contrainte principale d'un kit pour diabolo est l'équilibre et donc la répartition du poids. J'ai donc cherché à symétriser un maximum la carte autour de son point central.

Le perçage central permet d'accéder aux écrous de l'axe central du diabolo même quand le kit est monté.

Achat

Pour le PCB j'ai avant tout cherché à minimiser le coût. Après quelques recherches rapides, j'ai fini par me tourner vers le site EasyEDA. Le service fonctionne très bien et permet d'avoir les PCB en environ deux semaines.

La qualité des PCB reçus est plutôt bonne mais pas excellente. Le plus gros défaut, pour moi, vient de la mauvaise qualité de la colle entre le cuivre et l'époxy. Si la durée de chauffe d'une pastille s'éternise, ou après plusieurs soudure/dessoudure, celle-ci fini par ce décoller. Enfin beaucoup plus rapidement que sur d'autres PCB avec lesquels j'ai eu l'occasion de travailler. Cependant le rapport qualité/prix reste à mon avis très intéressant.

Résultat

Rien de mieux que quelques photos pour vous montrez le résultat final.

Les plus attentifs d'entre vous auront remarqués que les supports de pile sont inversés et décalés par rapport à leur empreinte. Et oui ! Comme cela devait arriver, j'ai réalisé une bonne boulette en designant cette carte (oui oui c'est possible sur une carte aussi simple !). J'ai sous-estimé l'effet de la force centrifuge qui s'exerce sur les piles. Après seulement une petite accélération, elles se retrouvent éjectées ! J'ai donc inversé le sens des connecteurs et j'ai dû les écartés au maximum pour que les piles puissent être insérées par le centre.

La seule réparation de cette erreur pourrait conduire à une nouvelle version. Mais ce serait oublier toutes les améliorations possibles. Si je réalise une seconde version, je pense mettre un microcontrôleur avec des LEDs RGB pour pouvoir réaliser des enchaînements lumineux personnalisables. Le paramétrage peut tout à fait être réalisé en flashant le microcontrôleur, par bluetooth ou par NFC. On peut également imaginer un capteur permettant de mesurer la vitesse de rotation et les à-coups tel qu'un lancé pour modifier la lumière en conséquence.