TrueSTUDIOとSTM32CubeMXインストール方法、STM32G0xとSTM32F0xの差異

STM32G0x専用テンプレートのIDE:TrueSTUDIOを使った開発環境構築手順も、汎用STM32Fxテンプレートのそれと同じです。

本稿はSTM32G0x専用テンプレート開発用IDE TrueSTUDIOとスタンドアロン版STM32CubeMXのインストール方法を示し、インストールしたSTM32CubeMXを使って同じ汎用MCUでもSTM32G0xとSTM32F0xのどこが違うかを具体的にまとめます。

STM32G0x専用テンプレートIDE:TrueSTUDIOを使った開発環境構築手順

2017年5月投稿のSW4STM32のIDE構築手順が左側、これがTrueSTUDIOに変わると右側になります。

表1 TrueSTUDIOとSTM32CubeMXインストール手順とSW4STM32構築時の比較
手順 SW4STM32で構築(2017年5月) TrueSTUDIOで構築(本稿)
1 SW4STM32インストールとUpdate TrueSTUDIOインストールとUpdate
2 STM32CubeMXプラグインとUpdate STM32CubeMXスタンドアロン版とUpdate
3 評価ボードMCUコアのライブラリダウンロード STM32G0パッケージのダウンロード
4 ライブラリのファイル構成確認 同左(しかし、当面見合わせ)
5 評価ボードデモソフト説明と構築環境の動作検証 同左(しかし、当面見合わせ)

差分はIDEと、STM32CubeMXスタンドアロン版をインストールする点、評価ボードがNucleo-F072RBからNucleo-G071RBに変わったので、STM32CubeMXへダウンロードするMCUパッケージにSTM32G0を加える点です。

前半で手順1~5の簡単な説明、後半は、インストールしたSTM32CubeMXを使って同じ汎用MCUグループのSTM32G0xとSTM32F0xが、電源ピン数やデフォルト使用周辺回路が異なることを示します。

手順1 TrueSTUDIOインストールとUpdate

Atollic TrueSTUDIO for STM32 9.3.0(2019/2/22リリース)は、atollicサイトからダウンロードボタンのクリックで入手できます。以後、Windows版で説明します。

ダウンロード後、インストーラを実行すると言語選択ダイアログが現れます。日本語を選択するとインストール後のTrueSTUDIOメニューも自動的に日本語化されます。
インストール後、ヘルプ(H)>更新の検査、をクリックしTrueSTUDIO を最新状態にします。

※TrueSTUDIOインストール検討中の方は、手順4を読んだ後に再検討してください。

手順2 STM32CubeMXスタンドアロン版とUpdate

コード生成ツールSTM32CubeMX V5.1.0は、SW4STM32と今回インストールするTrueSTUDIOの両方で使います。そこで、各IDEのプラグインではなく、スタンドアロン版としてインストールします。インストール方法は、UM1718 Rev28の3.2を参照してください。
インストール後、Help>Check for Updates、をクリックしSTM32CubeMXを最新状態にします。

※UM1718は、チュートリアルも豊富でSTM32CubeMXの重要マニュアルです。全356ページと分量は多いのですが、読む章を選択するなどして目を通すことをお勧めします。

スタンドアロン版はSTM32CubeMX更新が簡単で、1つのSTM32CubeMXで両方のIDEに生成ファイルを出力する時に便利です。

手順3 評価ボードMCUコアのライブラリダウンロード

評価ボードNucleo-G071RBのMCUコアは、Cortex-M0+です。STM32Fxと同じMainstream(≒汎用)MCUですが、新世代の汎用MCUです。
関連投稿:STM32G0x専用Edge MCUテンプレート開発

STM32CubeMXのHelp>Manage embedded software packagesでSTM32G0を選択し、最新版Package1.1.0をインストールします。

STM32G0インストール
STM32G0 MCU Packegae 1.1.0のインストール

手順4 ライブラリのファイル構成確認

STM32CubeMXは優れものソフトウェアで、IDEプラグインからスタンドアロン版へ途中変更してもデフォルトRepositoryディレクトリ(C:\Users\ユーザ名\STM32Cube\Repository)を変えなければ、プラグイン版Packagesの各MCUパッケージがスタンドアロン版へそのまま引き継がれます。

ただし今回のSTM32G0は、ライブラリファイル構成がSTM32F0/F1をインストールした時と一部異なります。

Repository/STM32Cube_FW_G0_V1.1.0\Projects\NUCLEO-G071RB\Templatesフォルダ内にTrueSTUDIOフォルダが無いのです(EWARM/MDK-ARM/SW4STM32は以前と同様有るが、UM1718にもTrueSTUDIO説明無し)。

残念ながら、手順3でインストールしたSTM32G0は、TrueSTUDIOへ生成コードを現状は出力できないようです😴。

SW4STM32の必然性
TrueSTUDIOではなくSW4STM32の必然性を示す結果となった

という訳で、手順4と5以降は、STM32G0がTrueSTUDIOへ対応した後に検証を行います。Communityによると次版のSTM32G0で対応予定だそうです。

STM32G0x専用テンプレート開発IDEに、SW4STM32からSTM買収後のAtollic TrueSTUDIOへの変更必要性を示すつもりが、今現在は、SW4STM32の使用を続ける必然性を示す結果となりました😴。

STM32CubeMXを使ったSTM32G0xとSTM32F0xの差異まとめ

TrueSTUDIOへ生成コードを出力しなければSTM32CubeMXに問題はないので、(個人的にはマルチOS対応SW4STM32が好きですし……気を取り直して…)、STM32CubeMXを使いSTM32G0xとSTM32F0xの違いをまとめます。

STM32G0xもSTM32F0xも共にMainstream、つまり、汎用MCUに属します。しかし、STM32CubeMXを使うと、評価ボード実装の同じ64ピンパッケージでも、電源ピン数やデフォルト利用の周辺回路が異なることが良く判ります。

Nucleo-G071RBとNucleo-F072RB差異
Nucleo-G071RB(左)とNucleo-F072RB(右)の利用ピン差異

Tips:STM32G0 1.1.0では、評価ボードNucleo-G071RB使用中のLD4(PA5)とB1(PC13)がPinout & Configurationに表示されません。その理由は不明ですが、手動で追加設定する必要があり上左図は設定済みのものを示しています。ちなみに、上右図Nucleo-F072RBは、LD2とB1がデフォルトで表示されます。

電源ピン(VDD/VSS)数

STM32G0xは、黄色で示された電源ピン(VDD/VSS)が1組、一方STM32F0xは4組あります。STM32G0xのCortex-M0+コアと70nmプロセスの結果、電力供給1組でも十分動作します。

不要になった電源ピンは、GPIOに変更し同じ64ピンパッケージでもSTM32F0xよりも多くの外部制御が可能です。

パッケージのピン配置

STM32G0xシリーズのパッケージピン配置が下図です。将来リリース予定の4パッケージピン配置は一貫しています。これにより、基板アートワークや周辺部品の配置も一貫した設計計画が立てられます。

電源ピンはどのパッケージでも1組で、左辺中央です。

STM32G0xシリーズパッケージピン配置(出典:STM32G0 and CubeMX Webinar)
STM32G0xシリーズのパッケージピン配置(出典:STM32G0 and CubeMX Webinar)

デフォルト利用周辺回路

STM32G0xのConnectivity(通信処理)は、デフォルトでLPUART1(Low Power UART、Stopモードからの再起動可)ですが、STM32F0xはUSARTです。STM32G0xもUSARTを実装していますが、低電力動作に適したLPUARTを推薦しているためと思います。

LPUARTとUSARTの差異(出典:STM32G0オンライントレーニング)
LPUARTとUSARTの差異(出典:STM32G0オンライントレーニング)

その他の差異

これら以外にも、STM32G0xは、USB Type-C™ Power Delivery controllerや2.5MspsのADC、メモリープロテクションなどIoT Edge MCU向きの周辺回路を実装済みです。

また、Nucleo-G071RB評価ボードのUSBはMicro-Bコネクタ、Nucleo-F072RBはMini-Bコネクタです。

USB Micro-BとMini-Bコネクタ(出典:ウィキペディア)
USB Micro-BとMini-Bコネクタ(出典:ウィキペディア)

まとめ

STM32G0x専用テンプレート開発に使うTrueSTUDIOとSTM32CubeMXインストール方法を示し、そのSTM32CubeMXを使ってSTM32G0xとSTM32F0xの差異を示しました。

STM32CubeMXは2重起動可能です。STM32G0xとSTM32F0xそれぞれのSTM32CubeMXプロジェクトファイルを同時に開いて比べると、各デバイスのデータシートで比べるより差異が早く良く判ります。

STM32G0x専用テンプレート開発IDEには、当面、筆者が好きなSW4STM32が適していることも判りました。



守備範囲が広いSTM32G0

2018年12月のSTM32マイコンマンスリー・アップデートのトップページに、先日投稿した新汎用MCU STM32G0の概要とブロック図が記載されました。また、12月18日のEDN JapanにもIoT機器を小型化効率化する32ビットマイコンとしてSTM32G070(48ピン/ROM128KB)が約69セントと安価であることが紹介されています。

STM32G0シリーズブロック図
STM32G0シリーズブロック図(出典:マンスリー・アップデート2018年12月トップページ)

本稿は、これら新MCU STM32G0記事を整理し、開発ベースとして最適なアクセス・ライン製品STM32G71と評価ボードの入手性、価格について示します。

3製品:バリュー・ライン、アクセス・ライン、アクセス・ライン&エンクリプション

STM32G0の説明がある時、3製品のどれを説明しているかを区別、意識する必要があります。というのは、STM32G0のアプリケーション守備範囲が、とても広いからです。3製品の特長をまとめたのが下表です。

STM32G0の3製品特徴
製品ライン 型番例 特徴
バリュー・ライン STM32G70 コスト最重視のエントリクラス製品
アクセス・ライン STM32G71 ハードウェアセキュリティ搭載の標準製品
アクセス・ライン&エンクリプション STM32G81 アクセス・ラインに暗号化機能搭載製品

EDN Japan記事のSTM32G070(48ピン/ROM128KB)の69¢は、バリュー・ラインのことです。マンスリー・アップデートのブロック図は、3製品機能をAND表示したものです。

3製品差を理解するには、STMサイトのSTM32G0製品シリーズと、オンライントレーニング資料STM32G0 Series Presentation P2が役立ちます。

STM32G0製品シリーズ
STM32G0製品シリーズ(出典:STMサイト)
STM32G0の3製品差
STM32G0の3製品差(出典:STM32G0 Series Presentation P2)

現在供給中の3製品差と、今後のラインナップを整理すると以下になります。

供給中デバイスと開発予定ラインナップ
供給中デバイスと開発予定ラインナップ(出典:STM公式ブログ)

バリュー・ライン(灰色)
アナログフロントエンド向きのアプリケーションに特化した2.5Mspsの高速12ビットADC実装のバリュー・ライン(STM32G070)は、価格最重視のエントリ製品でEDN Japan記事のように1$以下の調達ができます。また、供給中と今後のラインナップの図から、8/20ピンなどの小ピン&小ROM製品が予定されていることも解ります。

アクセス・ライン(水色)
バリュー・ラインと同様小ピン&小ROM製品に加え、100ピン&大ROM製品の予定もあります。アプリケーションに応じてDAC、USB-PO、CAN FDなどの周辺回路が実装可能です。さらに、1.65-3.6Vと他製品より低電圧側への広い動作も特徴です(Presentation P2参照)。

これらの仕様の幅広さから、STM32G0の最も標準的なベースMCUと言えます。アクセス・ラインでプロトタイプ開発しておけば、内蔵周辺回路が同じシリーズのバリュー・ラインやアクセス・ライン&エンクリプションへそのまま応用・適用できるからです。

アクセス・ライン&エンクリプション(紺色)
IoTアプリケーションでは必須になるハードウェア暗号化機能をアクセス・ラインに追加しています。

STM32G0の幅広いMCUコア性能

これも先の投稿で示したSTM32FxとSTM32G0の違い図から、STM32G0はSTM32F0より低い消費電力と、STM32F1並みの高性能をハイブリッドしたMCUであることが解ります。つまり、STM32G0(Cortex-M0+/64MHz)で、F0~F1のMCUコア性能範囲をカバーできるのです。

STM32G0のGは、アプリケーション守備範囲の広さを示すGlobal、またはGeneral(汎用性)を表しているのかもしれません。STM32FxのFは、Flexibilityでしょうか?

STM32G0のサンプルソフトウェア

アクセス・ラインSTM32G071RB(64ピン/ROM128KB)実装の評価ボードNUCLEO-G071RBは、STMの公式サンプルソフトウェア数が159個(AN5110参照)と現在最も多く、STM32G0のアプリケーション開発に適していると思います。

この評価ボードとサンプルソフトを活かして開発したソフトは、バリュー・ラインやアクセス・ライン&エンクリプションへも同じシリーズですので、容易に応用・流用が可能です。

また、暗号化機能搭載のアクセス・ライン&エンクリプションSTM32G081RB搭載の評価ボードSTM32G081B-EVAL board:$382を使えば、暗号化認証手順や鍵管理などのセキュリティ関連が効率的に習得できるハズ(?)です。
※セキュリティ関連は、ホストとスレーブの2役が必要など、筆者自身不明な点も多いため、今後別途調査したいと考えています。

STM32G0の入手性と価格

ネット通販が盛んになったおかげで、近頃は新発売後1ヶ月も経っていない最新デバイスであっても、個人で1個から入手できます。

2018年12月24日現在、Mouser(マウサー日本)のアクセス・ラインSTM32G071RB(64ピン/ROM128KB)と、評価ボードNUCLEO-G071RBの価格表です。もちろん代理店経由なら、この価格よりも安く入手できるでしょう。

STM32G0の価格(2018年12月調査)
Mouser入手の場合 数量 価格(JPY
STM32G071RB 1 398
10 360
100 298
1000 213
NUCLEO-G071RB 1 1,203

STM32G0は、たとえ個人でも、入手性良く低価格で入手できると言えるでしょう。

まとめ

新発売STM32G0は、従来メインストームSTM32F0~STM32F1で開発していた広いアプリケーション範囲をカバーできる汎用MCUです。またIoTエッジMCUに必要になる暗号化機能をハードウェアで実装済みの製品もあります。

3種ある製品のうち、アクセス・ラインのSTM32G071RB(64ピン/ROM128KB)実装の評価ボードNUCLEO-G071RB は、STM公式サンプルソフトウェア数が現時点で最も多く、STM32G0の汎用性、広範囲アプリケーション対応性を活かした開発のベースに最適と評価しました。

これら評価ボードとSTM32G071RBデバイスは、個人でも比較的安価に入手できることも分かりました。

マイコンテンプレート活用プロトタイピング開発(4)

マイコンテンプレートへ機能を追加するには、既に枠組みが出来上がっているテンプレートへ、追加機能名のファイルを新規作成し、追加機能をこのファイル内で記述、テンプレートのLauncher()で起動すれば完成です。長文であった第3回を、一口で言えばこうなります(トホホ… Orz)。

Basic Form of Embedded Software (Initial Setting and Repetitive)
無限ループ前に1回実行する初期設定処理と、無限ループ内の繰返し処理の2つから構成される「組込みソフトの基本形」

これは、Arduino IDEの新規作成ファイル画面です。このsetup()とloop()の構造は、Arduinoに限らず全ての「組込みソフトの基本形」です。つまり、無限ループ前に1回実行する「初期設定処理」と、無限ループ内の「繰返し処理」の2つから構成されます。

弊社マイコンテンプレートもこの基本形に則っています。但し、機能追加がし易いように、無限ループがLauncher()に変形し、複数のユーザ関数を起動できるように工夫しているだけです。

従って、最も安直(!?)な機能追加の方法は、追加機能のサンプルソフトを見つけることです。あとはテンプレートのLauncher()でこのサンプルソフトを起動すれば、テンプレートへ機能追加ができるのです。

今回の目標は、テンプレートへのSDカード機能の追加です。そこで、このSDカード機能追加に最適と思うサンプルソフト:Developing Applications on STM32Cube with FatFs:UM1721を解説します。

UM1721: Developing Applications on STM32Cube with FatFs

2014年6月版 UM1721では、STM32Cubeと記述されていますが、これはSTM32CubeMX(以下CubeMX)のことです。また、STM32F4xxとSTM32CubeF4で記述されていますが、全てのSTM32デバイスとCubeMXに置換えて読めば使えます。

FatFsは、ユーザアプリケーションと下層HAL(Hardware Abstraction Layer)の間で機能するミドルウェアで、主目的は、開発するアプリケーションが読書きするデータと、物理ストレージファイルの割付(領域管理)です。パソコンなどでは、本来WindowsなどのOSが行う機能を代行するのがFatFsと考えれば良いでしょう。また、FatFs自体はMCUハードウェアには依存しないので、本稿STマイクロエレクトロニクス以外のマイコンでも使えます。

FatFs Middleware module architecture (Source:UM1721)
FatFs Middleware module architecture (Source:UM1721)

もっと知りたい方は、UM1721の2章までに詳しく記述されています。本投稿は、FatFsを使うサンプルソフトが目的ですので読み進めると、3.3のサンプルソースが見つかります。

FatFsサンプルソフト

FatFs Sample Software (Source:UM1721)
FatFs Sample Software (Source:UM1721)

懇切丁寧なサンプルソフトとは言えませんが、必要最低限で記述しているのでしょう。一見、組込みソフトの基本形と違うと思われるかもしれませんが、初期設定処理はCubeMXが自動生成し、別の場所にソースコードを出力するため(おそらく)省略しています。また、ファイルアクセスは低速なので、繰返し回数を1で処理すると考えれば、このサンプルソフトも基本形に則っています。

サンプルソフトから、FatFsを使うAPI(Application Programming Interface)が5種、FatFsとLow Level Disk I/O Driversをリンクする2種のAPIを使えば、SDカードへの読書きができることが解ります。
※書込み:f_write()を、f_read()に置換えれば読込みができます。

FatFsサンプルソフトで使用するAPI
用途 API
FatFsとアプリケーション間

f_mount()

f_open()

f_close()

f_read()

f_write()

FatFsとLow Level Disk I/O Driversリンク間

FATFS_LinkDriver()

FATFS_UnLinkDriver()

FatFsサンプルソフトAPI動作テスト

このサンプルソフトを、第3回で使用したレファレンスプロジェクトへ挿入し、各APIの動作を確認します。

FatFs Sample API Test Source
レファレンスプロジェクトへ挿入したFatFsサンプルソフト。

結果は、FatFsとアプリケーション間5種全てのAPIで正常動作が確認できました。つまり、レファレンスプロジェクトでは、このサンプルソフトを使いSDカードへの読書きができます。その結果、SDカードへwtext[] = “text to write logical disk”のデータを、ファイル名STM32.txtとして保存できました。

FatFs Write Test to SD Card
FatFsサンプルソフトを使い、SDカードへ書込んだファイルSTM32.txtと書込みデータ。

レファレンスプロジェクトは、Low Level Disk I/O Driversリンク側のAPI相当を、エキスパートが自作しているのでコメントアウトしています。

STM32CubeMXでFatFs機能追加

第3回と同様、シンプルテンプレートをRenameし、機能追加用のSPI1FatFs_Sdプロジェクトを作成し、CubeMXでSPI1とFatFs機能を追加します。また、SdCard.cファイルを作成し、この中に前章で動作確認したサンプルソフトを挿入します(プロジェクトやファイル作成の詳細は、第3回を参照)。

FATFS and SPI1 Functions Add by STM32CubeMX
STM32CubeMXでFATFSとSPI1を追加。SPI1のピン割付は、実装シールド基板に合わせている。

Launcher()からサンプルソフトを起動し、1回のみ処理するように変更を加え、レファレンスプロジェクトと同様各APIのリターン値を確認しましたが、f_open()以降で正常動作しません。

初期設定処理を自動生成するCubeMXのFatFs設定に間違いが無ければ、SPI1FatFs_SdプロジェクトでもユーザデータをSDカードへ読書きできるハズです。UM1721には、FatFsの設定記述がないので、CubeMXのFatFsデフォルト設定にしましたが、お手上げです。

そこで、STM Communityを検索すると、例えばコチラのように現在のCubeMXのFatFsにはバグがあるようです。対策もCommunityにありますが、STMもバグ状況を把握していますのでCubeMXの改版を待つ方が良さそうです。

*  *  *

サンプルソフト自体は、レファレンスプロジェクトで動作確認済みです。CubeMXのFatFs初期設定生成に問題があることは間違いありません。つまり、組込みソフト基本形の初期設定以外の半分(50%)の処理をUM1721から獲得できたと言えます。

Tips: 動作サンプルソフトは、FatFsがMCUハードウェアに依存しないので、他社マイコンでも使えます。獲得した50%処理は、適用範囲が広いものです。

対策としては、STMによるCubeMX改版を待つこと、レファレンスプロジェクトからFatFs関連の初期設定を抜き出すこと、の2つあります。後者については、検討中です。

STM32マイコンへ深層学習実装、「走る」「歩く」動作判断

日刊工業新聞3月7日電子版掲載の日本で2桁成長を狙っているSTマイクロエレクトロニクス、このSTMが、STM32シリーズマイコンへディープニューラルネットワーク:DNN(深層学習)を実装し、マイコンの「走る」「歩く」状態を正確に判断するデモを展示しました。

STM32F7(Cortex-M7)搭載時計でユーザ動作を正確に判断(記事より)
STM32F7(Cortex-M7)搭載時計でユーザ動作を正確に判断(記事より)

マイコンDNN実装の3課題と解決ツール

記事によるとSTM32マイコンへDNNを実装する時の3つの課題、

  • マイコン実装のためのコードサイズ実現
  • ソフトウェア最適化
  • マイコンとクラウドの相互運用性

解決のため、STM32CubeMx.AI(現在αバージョンで2018年後半リリース予定)ツールを使うそうです。

このSTM32CubeMx.AIは、STM32CubeMXの機能拡張版だと思います。
現在のSTM32CubeMXも、全てのSTM32シリーズで共通に使えるAPIを自動生成します(STM32CubeMXのTipsはコチラの投稿も参照)。機種共通API生成とソフトウェア最適化は、既にSTM32CubeMXでも実現済みです。

従って、弊社STM32Fxテンプレートも、STM32CubeMXを使えばSTM32シリーズ全般にテンプレートが適用できるハズです(STM32F0とSTM32F1のみ実機検証済み。APIが共通なので機種差は、インクルードするヘッダーファイルなど数点のみ。他機種は未検証です念のため…)。

※STM32マイコンの開発環境は、弊社ブログのカテゴリで、“STM32マイコン”をクリックすると投稿がカテゴライズされ読みやすくなります。投稿ページの初めの方に開発環境構築方法などの投稿が集まっています。

STM32マイコン重点分野

電子版によるとSTM32マイコンは、自動車、産業用、スマートホームなどのIoT分野を重点にして市場拡大を狙うそうです。STM32マイコンに、上記クラウドAI技術が適用され、その開発環境の使い勝手も良いとなると、かなり期待ができます。