STM32F407_FreeRTOS Project 생성 및 디버깅

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STM32F407_FreeRTOS Project 생성 및 디버깅

이번 포스팅은 STM32F407 Discovery kit를 이용한 FreeRTOS Project 생성과 디버깅 Setup에 대한 내용을 정리하였습니다.

Project 생성은 Code Generator인 STM32CubeMX를 활용하였습니다.

Project 생성 후 총 3개의 LED를 각 각의 Task로 제어하는 간단한 동작을 확인하였습니다.

Uart TTL to USB 를 이용한 Log 입출력을 이용한 디버깅과 Keil의 Logic Analyzer 를 이용한 디버깅이 동작됨을 확인하였습니다.

앞으로 FreeRTOS를 공부하면서 쭈욱 활용해야하기 때문에 따로 정리하고자합니다.

0. STM32F407_관련 라이브러리

아래의 링크 참고. STM32F4 계열 MCU로 개발 시 참고하면 좋은 라이브러리 모음들.

STM32F4_All_Library

1. STM32F407_FreeRTOS Project 생성

따로 설치법 등에 대한 내용은 생략하였습니다.

1.1 STM32CubeMX

처음 ‘STM32CubeMX’를 실행하시면 아래와 같은 화면이 나옵니다.

아래의 사진과 같이 ‘File’ 탭의 ‘New Project…‘를 클릭합니다.

좌측 상단의 Board Selector를 누르시고 바로 아래에 있는 ‘Commercial Part Number’에 Discovery kit의 모델명을 입력합니다.
그러면 Boards List에 Discovery kit의 정보가 나타납니다.

Boards List에 나타난 Discovery kit를 더블클릭하시면 위와 같은 창이 나오는데
모든 peripherals를 default Mode로 초기화의 여부를 뭍는 창이 나옵니다. Yes를 눌러줍니다.

Yes를 누른 후 기다리시면 아래와 같은 창이 뜨면서 여러 요소들에 대해 Configuration을 시작할 수 있습니다.

FreeRTOS를 Enable하기 위해 좌측 하단의 ‘Middleware’의 ‘FREERTOS’를 누르고 나타나는 화면의 중단 상단의 Interface를 ‘CMSIS_V1’으로 설정하시면 아래와 같이 FreeRTOS 사용을 위한 Configuration을 할 수 있습니다. 각 각의 요소들에 대한 설명은 추후 공부하면서 자세하게 다루어볼 것입니다.

FreeRTOS의 기본 동작을 확인하기 위해 아래와 같이 3개의 Task를 생성하였습니다. Task에 대한 각 각의 요소들은 모두 기본적인 값들로 설정하였습니다.

추가적으로 FreeRTOS를 사용하고자한다면 Tick(Timebase)를 ‘systick’ 이 아닌 ‘TIM1’ 과 같은 Timer로 설정해야합니다.
FreeRTOS의 스케쥴러는 ISR의 호출로 Context Switching을 해줘야하는데 여러 ISR 중 Tick(Timebase) ISR도 포함됩니다.
결론적으로, Tick(Timebase)를 이용해 주기적으로 ISR를 호출하고 Context Switching을 하여 Multitasking 기능을 수행할 수 있게 됩니다.
systick를 사용하지 못하는 이유는 ARM-Cortex Achitecture에서의 대부분의 RTOS는 systick의 우선순위를 낮게 강제로 설정되기 때문입니다.(STM32CubeMX user manual의 ‘Setting HAL timebase source’ 항목 참고)
자세한 내용은 추후 FreeRTOS를 공부하면서 정리해보겠습니다.

‘Clock Configuration’ 의 내용입니다. 전체적인 Clock들에 대한 Setting Value를 보실 수 있습니다.
XTAL 8Mhz를 입력 받아 PLL Source Mux를 통해 STM32F407에서 지원하는 최대 클럭인 168Mhz로 만들어지는 모습입니다.
항상 Timer,SPI,UART,ADC 등 과 같은 기능을 사용 시, 각 기능이 어떠한 클럭을 이용하고 그 클럭이 무슨 값인지 확인해야합니다.

마지막으로 ‘Project Manager’에서 저는 Keil MDK-ARM V5 IDE를 쓰기 때문에 ‘Generator’항목에 내용에 맞게 변경하였습니다.

우측 상단의 ‘GENERATE CODE’를 누르시면 Project가 생성 됩니다.
모두 완료 후 해당 폴더에 가면 Project가 생성된 것을 확인할 수 있습니다.

1.2 IDE(Keil)

아래의 사진은 Project가 생성되고 Keil로 실행한 모습입니다.
NonRTOS Project에서 RTOS 구동을 위한 소스파일들이 추가된 구조입니다.

생성된 Project가 이상이 없는지 확인하기 위해 ‘Project’-> ‘Rebuild all target files’를 눌러 컴파일을 진행합니다.

아래와 같이 나오면서 정상적으로 컴파일을 성공하였습니다.

2. STM32F407_FreeRTOS Project 디버깅 Setup

본격적으로 FreeRTOS를 공부하면서 활용하는 디버깅에 대한 Setup을 진행합니다. STM32CubeMX를 추후 사용하지 않는 다면 상관없지만

코드를 수정하면서 STM32CubeMX를 활용하신다면, 아래의 규칙은 무조건 지켜주셔야합니다.

항상 내가 작성한 코드는 아래의 ‘USER CODE BEGIN’과 USER CODE END’ 사이에 넣기
```
/* USER CODE BEGIN ... */
(요기)
/* USER CODE END ... */
```

2.1 Uart TTL to USB, printf()를 이용한 Log 입출력

시중에 아래의 사진과 비슷한 Uart TTL to USB tool을 구매할 수 있습니다.

KakaoTalk_20210308_165833410

총 4개의 선이 있는데 각 사양은 아래와 같습니다. ```
빨 : 5V
초 : (tool기준)TXD
흰 : (tool기준)RXD
검 : GND ```
연결 시, 주의사항
- 절대로 ‘빨’은 보드에 연결하시면 안됩니다. 보드의 TTL 레벨이 3.3V이기 때문입니다.
- ‘초’는 보드의 RXD핀, ‘흰’은 보드의 TXD핀에 연결해야합니다. 기본적으로 데이터의 흐름은 TXD–>RXD 입니다.

KakaoTalk_20210308_165833246

아래와 같이 소스코드를 추가하였습니다.
printf()를 사용하기 위해 ‘main.h’에 헤더파일을 추가하였고
‘main.c’에 printf()안에서 사용되는 fputc() 선언 및 내용과 보드에 전원 인가 후, 경과 시간을 계산하기 위한 함수도 추가하였습니다.

111

경과 시간을 계산하기 위해 Tick ISR Handler에서 1ms단위로 계산하도록 작성하였습니다.
main()에서 RTOS init 동작전에 printf()로 PCLK1과 PCLK2의 값을 출력하도록 작성하였고
보드의 User Button을 누를 시(Level LOW->HIGH, Rising Edge), 계산한 경과 시간을 출력하도록 작성하였습니다.

222

소스 작성 후, 컴파일 및 보드 다운로드 후 시리얼 터미널 창에서 동작됨을 확인하였습니다.

2.2 Keil의 logic analyzer를 이용한 디버깅

‘main.c’에서 아래의 사진과 같이 생성한 3개의 Task에 사용할 변수들을 선언해줬습니다.
아래의 변수들은 모두 logic analyzer에 출력할 변수들입니다.

‘main.c에서 각 각의 Task에 아래와 같이 소스코드를 작성하였습니다.
각 Task의 일정 시간 경과 후 LED Toggle 동작.
일정시간 경과 값 및 LED동작 값.

소스 작성 후, 컴파일 및 보드 다운로드 후 오실로스코프를 이용하여 LED의 동작을 확인하였습니다.
오실로스코프의 채널이 2개인 관계로, Task1(500ms)과 Task2(1000ms)만 측정하였습니다.

TEK00001

측정 값이 약간의 오차가 있는 것 같습니다. 스코프 측정 특성인지 보드 자체 오차인지는 추후 Scheduling Latency Test로 고찰해볼 계획입니다.

오실로스코프에서 확인한 바와 같이 logic analyzer에서도 측정되는지 확인해보겠습니다.
먼저, ST-LINK의 SWO를 사용 시, 아래의 파일을 작성하여 프로젝트 폴더 내에 ‘STM32_SWO.ini’ 파일로 저장합니다.

FUNC void DebugSetup (void) {
// <h> Debug MCU Configuration
// <o1.0> DBG_SLEEP <i> Debug Sleep Mode
// <o1.1> DBG_STOP <i> Debug Stop Mode
// <o1.2> DBG_STANDBY <i> Debug Standby Mode
// <o1.5> TRACE_IOEN <i> Trace I/O Enable
// <o1.6..7> TRACE_MODE <i> Trace Mode
// <0=> Asynchronous
// <1=> Synchronous: TRACEDATA Size 1
// <2=> Synchronous: TRACEDATA Size 2
// <3=> Synchronous: TRACEDATA Size 4
// <o1.8> DBG_IWDG_STOP <i> Independant Watchdog Stopped when Core is halted
// <o1.9> DBG_WWDG_STOP <i> Window Watchdog Stopped when Core is halted
// <o1.10> DBG_TIM1_STOP <i> Timer 1 Stopped when Core is halted
// <o1.11> DBG_TIM2_STOP <i> Timer 2 Stopped when Core is halted
// <o1.12> DBG_TIM3_STOP <i> Timer 3 Stopped when Core is halted
// <o1.13> DBG_TIM4_STOP <i> Timer 4 Stopped when Core is halted
// <o1.14> DBG_CAN_STOP <i> CAN Stopped when Core is halted
// </h>
_WDWORD(0xE0042004, 0x00004027); // DBGMCU_CR
}

DebugSetup();                       // Debugger Setup
 
FUNC void OnResetExec (void)  {        // executes upon software RESET; Use the function name as is
  DebugSetup();                       // call the initialization function
}

Keil 에서 ‘Flash’-> ‘Configure Flash Tools…‘을 클릭하면 아래와 같은 창이 뜹니다.
먼저 ‘output’탭에서 아래와 같이 되어 설정합니다.

‘Debug’탭에서 우측 상단의 ‘Settings’를 클릭하면 아래와 같은 창이 뜹니다.
아래의 사진과 똑같이 설정합니다.(SWV세팅)

좌측 상단의 ‘Trace’를 누르고 아래의 사진과 똑같이 설정합니다.

가끔가다가 Keil이 강제종료가 할 때가 있습니다. 그러면 꼭 위의 'Trace'의 설정이 맞게 되어있는지 확인해주세요.

설정 후 꼭 ‘확인’을 눌러줍니다.
다시 돌아와서 우측 중간에 ‘Edit…‘을 눌러 처음에 작성했던 ‘STM32_SWO.ini’을 추가해줍니다.
꼭 ‘OK’를 눌러 종료합니다. 여기까지가 logic analyzer 처음 사용 시, Setting 방법이였습니다.
Keil 에서 ‘Debug’-> ‘Start/Stop Debug Session’을 클릭하여 아래의 사진과 같이 Debug mode로 진입합니다.