stm32-baremetal

STM32 裸机开发（CMSIS，无 HAL）

目的

指导 Agent 使用 CMSIS 设备头文件和启动代码，构建精简的 STM32 裸机项目，不使用 STM32 HAL；内容涵盖时钟设置、链接脚本集成、外设寄存器访问，以及适用于 STM32F/G/H/L 系列的可复现构建布局。

适用场景

• 在不依赖 Cube HAL 的情况下启动 STM32 固件开发
• 将厂商示例移植为寄存器级驱动
• 与 skills/baremetal/baremetal-startup 和 skills/embedded/linker-scripts 集成
• 调试 STM32 时钟或 Flash 放置问题
• 在使用 RTOS 或 Zephyr 之前学习 STM32 寄存器级开发

工作流

1. 最精简的项目布局

stm32-bare/
├── startup_stm32f407xx.s   # vector table + Reset_Handler
├── system_stm32f4xx.c      # SystemInit(), SystemCoreClockUpdate()
├── stm32f407xx.h           # CMSIS (from ST pack or copy)
├── linker.ld               # FLASH/RAM regions
├── main.c
└── Makefile

使用 CMSIS-Core（core_cm4.h）和 ST CMSIS pack 或开源 pack 中的设备头文件（例如 stm32-cmsis-device-f4）。

2. 时钟配置（RCC）

STM32 在使用高速外设之前，需要显式设置 HSE/HSI 和 PLL：

/* system_stm32f4xx.c — simplified PLL from 8 MHz HSE */
void SystemInit(void)
{
    RCC->CR |= RCC_CR_HSEON;
    while (!(RCC->CR & RCC_CR_HSERDY)) {}

    RCC->PLLCFGR = RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE | (8 << 0) | (336 << 6) | (0 << 16) | (7 << 24);
    RCC->CFGR   |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV2 | RCC_CFGR_PPRE2_DIV1 | RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
    RCC->CR     |= RCC_CR_PLLON;
    while (!(RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY)) {}

    FLASH->ACR = FLASH_ACR_LATENCY_5WS;
    RCC->CFGR  |= RCC_CFGR_SW_PLL;
    while ((RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS) != RCC_CFGR_SWS_PLL) {}

    SystemCoreClockUpdate();
}

务必根据参考手册中的表格，使 FLASH_ACR 等待状态与电压范围和 SYSCLK 匹配。

3. MMIO 操作前启用外设时钟

#define RCC_AHB1ENR_GPIOAEN (1U << 0)

static inline void gpioa_clock_enable(void)
{
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;
    (void)RCC->AHB1ENR; /* AHB read-after-write — required on STM32 */
}

4. 构建标志（arm-none-eabi-gcc）

MCU      = -mcpu=cortex-m4 -mthumb -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard
CFLAGS   = $(MCU) -Wall -Wextra -ffunction-sections -fdata-sections -g3
LDFLAGS  = $(MCU) -T linker.ld -Wl,--gc-sections -specs=nano.specs -lc -lm -lnosys

5. Flash 映射（典型 F4）

区域	地址	说明
Flash	0x08000000	启动时的向量表
SRAM1	0x20000000	栈、堆、.data/.bss
CCM	0x10000000	仅限 F4——并非所有主设备都能通过 DMA 访问

引导加载程序应用通常链接到 0x08010000，并在入口处设置 SCB->VTOR = 0x08010000。

6. QEMU 说明

QEMU STM32 机器（stm32vldiscovery、netduinoplus2 等）使用的 MCU 与 F407 不同，且不支持 GPIO/DMA/I2C，详见 QEMU STM32 文档。使用 skills/qemu/qemu-embedded-simulation 进行仿真；F4 固件需在硬件上验证。

7. Agent 用法

/stm32-baremetal Scaffold CMSIS-only STM32F407 project with USART2 printf

常见问题

症状	原因	修复方法
卡在 SystemInit	未安装 HSE / PLL 配置错误	初始启动时使用 HSI；检查晶振
外设无响应	RCC 时钟门控已关闭	启用 AHB/APB 位；读取 RCC 寄存器确认
启动时发生 HardFault	栈位于错误的区域 / VTOR 设置错误	检查 linker.ld 中的 _estack
波特率错误	SystemCoreClock 过期	PLL 配置后调用 SystemCoreClockUpdate()
DMA 无法工作，数据位于 CCM	CCM 不在 AHB 矩阵通路上	将 DMA 缓冲区放在 SRAM1

相关技能

• skills/baremetal/baremetal-startup — 向量表和 .data/.bss
• skills/baremetal/mmio-and-bit-manipulation — 寄存器访问模式
• skills/baremetal/bootloaders-embedded — 应用偏移和 VTOR 重定位
• skills/embedded/linker-scripts — FLASH/RAM MEMORY 块
• skills/embedded/openocd-jtag — 通过 ST-Link 烧录和使用 GDB