UART受信について

今回はSTM32でのUART受信処理について紹介します。

環境はこれまで同様、

・STM32F303K8

　+SW4STM32(System Workbench for STM32)

　+STM32CubeMX(F3_1.6.0)

です。

STM32F3系でなかなかUartの受信ができず、

DMAを使うしかないかなと諦めかけていましたが、

原因が分かったため、紹介します。

(This report is wrote about

　　not called HAL_UART_RxCpltCallback probrem)

CubeMXのUart設定でNVIC Settingの

USART Global InterruptをEnableにするとUART受信で

HAL_UART_RxCpltCallback

という関数が呼び出されます。

ただ、HALライブラリのバグで呼び出せないという不具合がありました。

不具合ではなく、最終的に関数の呼び出しが必要と判明しました。

対処方法#1で受信できるようになります。

対処方法#1は下記の通りです。

(The coping process　#1 is following)

�@HAL_UART_RxCpltCallbackを追加。

　　(ADD HAL_UART_RxCpltCallback func.)

char UART1_Data;

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *UartHandle)
{
     if(UartHandle->Instance==USART1){
          HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t*) &UART1_Data, 1);      
    }
 }

�Amain関数内の初期化後にUartの設定と割り込み有効化

　(Set Uart variable and enable interrupt after init.)

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t*) &UART1_Data, 1);

while(1)

{

~~~

以上の設定を行うことで

1文字受信毎にHAL_UART_RxCpltCallbackが呼び出されました。

【参考　reference】

対処方法#2は下記の通りです。

(The coping process #2 is following)

�@HAL_UART_RxCpltCallbackを追加。

　　(ADD HAL_UART_RxCpltCallback func.)

char UART1_Data;

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *UartHandle)
{
     if(UartHandle->Instance==USART1){
          HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t*) &UART1_Data, 1);      
    }
 }

�Amain関数内の初期化後にUartの設定と割り込み有効化

　(Set Uart variable and enable interrupt after init.)

　//Initially pointer is not set!

  huart1.pRxBuffPtr=(uint8_t *)&UART1_Data;  //IMPORTANT!!

　huart1.RxXferCount=1;  //IMPORTANT!!
  huart1.Mask=255;  //If not set, lost first string.

  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE);

while(1)

{

~~~

�Bstm32f3xx_it.c内のUSART1_IRQHandler関数を修正

　(Fix USART1_IRQHandler　func in stm32f3xx_it.c)

void USART1_IRQHandler(void)
{
  huart1.RxState=HAL_UART_STATE_BUSY_RX;  //IMPORTANT!!
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}

math関数使用時のエラー対処

今回はSTM32でのmath関数使用時のエラー対処について紹介します。

以前にご紹介したDSP処理の前設定2でも同じようなエラーがでましたが、

以前はDSPを使用した関数でした。

今回はDSP関数は使用せず、math関数使用時のエラー対処方法です。

環境はこれまで同様、

・STM32F303K8

　+SW4STM32(System Workbench for STM32)

　+STM32CubeMX(F3_1.6.0)

です。

main.c関数中でpowなど使う分には問題ありませんでしたが、

読み込んだヘッダやドライバ系にpow関数を使うと

下記のようなエラーが発生してコンパイルできませんでした。

w_pow.c:(.text.pow+0x): undefined reference to `__errno'
collect2.exe: error: ld returned 1 exit status
make: *** [STM32F.elf] Error 1

Eclipseのプロジェクトから

「C/C++ Build」→「Settings」→「ToolSettings」→「MCU GCC Linker」

「Libraries」に下記のように

m

を追加します。

上記のようなエラーに遭遇するパターンがいくつかあるため、

今回はmの追加で回避できました。

DSPによるFFT処理

今回はSTM32でのDSPによるFFTについて紹介します。

環境はこれまで同様、

・STM32F303K8

　+SW4STM32(System Workbench for STM32)

　+STM32CubeMX(F3_1.6.0)

です。

プロジェクトのDSPライブラリ設定等はこちらを参照してください。

ちょっとしたFFT処理であれば、精度よりも速さ重視なことが多いため、

今回はあえてFloatでなくQ15でのFFTを紹介します。

q_15をf32に置き換えればFloatと同じように使えます。

FFT処理は使用するライブラリの関数によって

配列の渡し方や複素数の扱いが異なるため、

間違えて配列オーバーなどしてしまいがちです。

長さに注意しながらコーディングが必要です。

ARMのFFTコード例は下記の通りです。

一部抜粋です。

#define LENGTH_SAMPLES     256　//Num of Real & Img

#define ifftFlag         0
#define doBitReverse    1
#define fftSize            LENGTH_SAMPLES/2

#define FFTLen arm_cfft_sR_q15_len128

q15_t FFT_Input[LENGTH_SAMPLES];
q15_t FFT_Output[LENGTH_SAMPLES/2];

enum{ WAIT,RUN};

//実部と虚部で256個でAD変換値は実部のため、サイズは128

enum{ ADC_BUFFER_LENGTH = LENGTH_SAMPLES/2 };

//DMA転送でHalfWordにつき16bit長で定義
static uint16_t g_ADCBuffer[ADC_BUFFER_LENGTH];

//AD変換後に呼び出される

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* AdcHandle)
{
 
    HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim2);
    HAL_ADC_Stop_DMA(&hadc1);

    for(int i=0;i<LENGTH_SAMPLES/2;i++){
        int tmp;
        tmp= g_ADCBuffer[i];

        //dsPICのFFTは構造体で実部と虚部を格納するが、

        //ARMでは配列に実部と虚部を交互に格納する

        FFT_Input[2*i]=tmp;　　　//Real part
        FFT_Input[2*i+1]=0.0;   //Img part
    }
    fft_status=RUN;
}

int main(void)
{
　//~~初期化処理~~//

  while (1)
  {

 　　　　if(fft_status==RUN){

          　　　arm_cfft_q15(&FFTLen, FFT_Input, ifftFlag, doBitReverse);
          　　　arm_cmplx_mag_q15(FFT_Input, FFT_Output, fftSize);
          　　　arm_max_q15(FFT_Output, fftSize, &maxValue, &testIndex);

　　　　　　　　

　　　　　　　　//サンプル数は実部と虚部で256個

　　　　　　　　//fftsizeは128個

　　　　　　　　//FFT_Outputには0~127でFFT結果が格納されるが、

　　　　　　　　//64~127は対称の値が入っているだけ

　　　　　　　　//実際に使うのはFFT_Outputの中で0~63のデータ

　　　　　　　　for(int j=0;j<fftSize/2;j++){
             　　　 printf("%d, ",FFT_Output[j]);
　　　          }

                fft_status=WAIT;

          　　　HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, g_ADCBuffer, ADC_BUFFER_LENGTH);
          　　　HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

　　　　　}

　　　　　else{

          　　　//なぜか何かしらの処理を入れないとwhileに入らないのでnopを入れる

          　　　__asm volatile("nop");

　　　　　}

　}

}

N555で35kHz前後で発振させた信号を読み込むと

下記のように35kHz前後の結果となりました。

DMA転送で設定をHalf Wordにしているにも関わらず、

g_ADCBufferバッファ変数長さを32bitにしてしまい、

AD変換結果のバッファを破壊するというバグに気付かず、

意図したFFT結果を得るのに時間が掛かってしまいました...

HalfWordではuint16_t g_ADCBufferが正解です。

FFT処理をしているとSTM32F303K8では

RAMサイズが16kB(実質12kB)のため、

STM32F303CCなどの32kBや40kBの大容量なRAMが欲しくなります。

一方でRAMサイズが大きくなるとピン数が48ピンになるため、

扱いやピン配列が面倒になります...

32ピンでRAMサイズが大きなものが出てほしいなあと思う限りです。

タイマ割り込みADCサンプリング

今回はSTM32でのタイマ割り込みでADCのサンプリングを行う際の設定について紹介します。

環境はこれまで同様、

・STM32F303K8

　+SW4STM32(System Workbench for STM32)

　+STM32CubeMX(F3_1.6.0)

です。

　

STM32CubeMXでADCは下記のように設定します。

今回はTimer2をトリガにしてADCサンプリングを行います。

ポイントはContinuousConvModeをDisableにする点。

最初、通常のADCサンプリング同様に

ContinuousConvModeをENABLEにしていました。

この状態ではタイマによらず、

ADC側のタイミングで連続して変換されてしまい、

意図したタイミングになりませんでした。

STM32CubeMXでTimer2は下記のように設定します。

タイマのPrescalerとPeriodは適当に設定して

後から下記のようにコード上で書き換えます。

  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = (SystemCoreClock / 1000000) - 1;  // 1us Tick
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 10-1; // 10us (100kHz)
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;

上記の設定でPrescaleをクロックに応じた式にすることで

Periodをusとしてそのまま直感的に定義することが可能です。

ただ、秒単位の場合は変数の範囲を超えるため、

必要に応じてClockDivisioやPrescalerの変更が必要です。

DSP処理前設定2

今回はSTM32でのDSP処理の前設定2について紹介します。

環境はこれまで同様、

・STM32F303K8

　+SW4STM32(System Workbench for STM32)

　+STM32CubeMX(F3_1.6.0)

です。

前回紹介したDSP処理の前設定だけではsqrtなどの指数関数がコード上にあると

下記のようなエラー発生し、コンパイルできないという不具合に遭遇しました。

undefined reference to `__errno'

collect2.exe: error: ld returned 1 exit status

make: *** [*XXXX.elf] Error 1

ハードFPUで指数関数等を処理するためにgccの引数を追記します。

Eclipseのプロジェクトから

「C/C++ Build」→「Settings」→「ToolSettings」→「MCU GCC Compiler」

「Command」欄を「gcc -fno-math-errno」へ変更します。

「OK」で設定を保存してください。

これで、指数関数がハードウェアFPUで使用可能になります。

例

    arm_sqrt_f32(a,&b);
    b=sqrtf(a);

　　※sqrt()はソフトFPUとなるため、使いません。

また、以前紹介したようにfloatでprintfするためには下記も追記してください。

Eclipseのプロジェクトから

「C/C++ Build」→「Settings」→「ToolSettings」

→「MCU GCC Linker」→「Miscellaneous」

「Linker flags」の欄を

「-specs=nosys.specs -specs=nano.specs -u _printf_float」へ変更します。