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【看完就懂】GD32替代STM32全过程记录

读完这一篇文章,你能获得的知识点:

  • GD32与STM32基本区别
  • STM32CubeMX程序修改后移植到GD32
  • GD32程序下载方式
  • 移植后一些外设的测试

一、前言

最近半导体行业出现的缺货浪潮,各种芯片价格飙升,像一些常用芯片如STM32F103C8T6,从去年的5块一片涨价到现在的65一片,涨幅17倍!!!在这种情况下,大家纷纷在找一些国产芯片来替代ST的芯片,而在国产中做的比较好的芯片就是兆易创新的GD32芯片了,我最近也本着学习的心态研究了一下GD32快速替换STM32的方式,使用GD32F303VCT6替换STM32F103VCT6,以此为例做一些记录分享给大家

二、GD32与STM32

  • 什么是GD32

GD32是由北京兆易创新开发的国产32位MCU,基于Arm Cortex- M3/M23/M4内核以及RISC-V内核的32位通用微控制器,与STM32相比,CPU主频更高,内存更多,外设更丰富。其众多产品是以STM32芯片为模板,基于STM32的底层寄存器地址进行正向研发,部分产品可以直接PIN TO PIN替代STM32的芯片,部分型号可以直接以STM32的程序做部分修改后直接烧入进GD32中运行,例如GD32E103、GD32F10x、GD32F30x都是和STM32F10x系列是完全PIN TO PIN兼容的,内部地址寄存器完全兼容,唯一区别只是内核不同,但在使用外设时影响不会很大,下面的文章我也围绕GD32替代STM32F10x系列的芯片展开叙述

  • GD32F10x/F30x和STM32F10x资源对比

选项 GD32F10x系列特性 GD32F30x系列特性 STM32F10x系列特性
CPU及Flash特性 高达108MHz主频 高达3M Flash 前256K Flash零等待 高达120MHz主频 高达3M Flash 前256K Flash零等待 72M主频,512KFlash
片内外设特性 高达3个12位ADC; 高达2个12位DAC; 高达10个通用16位定时器,2个基本定时器和2个增强型定时器; 高达3个SPI、2个I2C、5个USART/UART、2个I2S、2个CAN、1个全速USBD、1个全速USBFS、1个以太网MAC 高达3个12位ADC; 高达2个12位DAC; 高达10个通用16位定时器,2个基本定时器和2个增强型定时器; 高达3个SPI、2个I2C、5个USART/UART、2个I2S、2个CAN、1个全速USBD、1个全速USBFS、1个以太网MAC 3个ADC,2个DAC,4个通用TIM,2个高级TIM,2个基本TIM,3个SPI,2个I2C,5个USART,1个USB,1个CAN,1个SDIO
其他特性 36~144 PIN;具有SDIO模块; 36~144 PIN 具有SDIO模块; 36~144 PIN 具有SDIO模块;
  • GD32F10x/F30x与STM32F10x软硬件设计对比

相同点

  1. 芯片的型号命名方式相同,而且相同信号的引脚定义基本相同,具体命名规范如下

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  1. 函数库文件基本相同:因为GD32正向研发,对于PIN TO PIN的芯片,内部寄存器地址和STM32完全相同,所以STM32的库文件编译后的文件可以直接下载

  2. 编译工具相同如keil、IAR都相同

不同点

  1. 工作电压有所不同,STM32的工作电压在2.03.6V或1.653.6V,GD32的工作电压在 2.6~3.6V,工作范围相对要窄。

  2. GD32F303/F103主频比STM32F103主频要高,适合一些更快的计算中

  3. GD32提高了相同工作频率下的代码执行速度,所以GD32的_NOP()时间比STM32更加短,所以不使用定时器做延时时要注意修改

  4. GD32的flash擦除时间要比STM32更长

  5. 功耗上GD32的功耗要相对高一点

  6. GD32的BOOT0必须接10K下拉或接GND,ST可悬空,这点很重要。

  7. RC复位电路必须要有,否则MCU可能不能正常工作,ST的有时候可以不要。

  8. GD的swd接口驱动能力比ST弱,可以有如下几种方式解决:
    a、线尽可能短一些;
    b、降低SWD通讯速率;
    c、SWDIO接10k上拉,SWCLK接10k下拉。

  9. GD对时序要求严格,配置外设需要先打开时钟,在进行外设配置,否则可能导致外设无法配置成功;ST的可以先配置在开时钟。

  10. 修改外部晶振起振超时时间,不用外部晶振可跳过这步。
    原因:GD与ST的启动时间存在差异,为了让GD MCU更准确复位(不修改可能无法复位)。

三、程序下载方法

在使用GD的标准库开发时,可以使用J-Link、DAP在编译器内可以进行下载程序和在线仿真

在使用STM32的库进行开发时,因为芯片不对应,无法进行仿真,但在程序验证之后可以直接移植到对于芯片PIN TO PIN的GD芯片之中,具体下载方式有通过J-LinkFlash或者GD-Link下载hex,或者跳过FlyMCU经过USB转TTL和串口1连接下载程序,还有一种跳过DFU下载这个我没有尝试过,下面我就具体讲一下J-Link下载和FlyMCU串口下载到GD32(该下载方法对ST和GD都有效)

  • J-Link下载

准备条件:

  1. 首先我们有一个STM32F103VCT6的点灯工程hex,通过CubeMX配置,具体教程看我之前的文章:点灯连接,这里因为要移植到GD32,需要修改工程里面的HSE超时时间,具体位置在生成代码的如下位置,把值改大就行,不改大会影响复位正常运行!!!改完生成新的hex文件

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  1. JFlashARM.exe软件

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  1. J-Link连接电脑与GD32F303

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操作步骤:

  1. 打开软件,点击设置,进入工程设置

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  1. 设置下载模式,这里我用的SWD下载

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  1. 设置下载的目标对象-STM32F103VCT6

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  1. 设置Auto下载时的操作

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  1. 设置完成回到主界面,点击open打开hex文件

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  1. 点击连接,连接jlink和芯片

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  1. 点击auto进行下载程序

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  1. 下载后可能出现ERROR: Could not start CPU core. (ErrorCode: -1)报错,但是不影响,只要出现下面框选的内容就代表程序下载完成,出现报错可能的原因是因为我使用的M3内核程序下载到M4内核单片机,软件复位启动后会报错,但实际上已经自动复位完成了,如果不想出现报错,把auto里面最好一个选项取消勾选,就不会有报错了,但这样需要自己硬件复位程序。还有一个注意点,每次hex重新生成后需要重新再打开一次hex文件,可能是JFlash版本问题。

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  • FlyMcu下载

准备条件:

  1. USB转TTL模块连接GD32单片机

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  1. FlyMcu下载软件

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  1. 一个STM32F103VCT6的点灯工程hex和上面的相同

操作步骤:

  1. 将USB转TTL与单片机串口1连接,同时保证两边共地,及USB转TTL的TX接PA10,RX接PA9,GND与GND连接VCC可接可不接,但如果接了电压要接到相同的,不要接错,接完将USB转TTL插到电脑上
  2. 打开FlyMcu,选择串口连接,波特率设置为115200,过高不稳定,过低下载慢,根据自己需求来

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  1. 选择打开hex文件

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  1. 选择STMISP,同时配置模式为不使用RTS和DTR,因为我的USB转TTL是直接连接到单片机串口1的,其他的模式需要配合一些电路设计,具体可以百度

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  1. 将单片机的Boot0拉高Boot1拉低,原因(参考百度):这样设置启动方式为系统存储器启动方式,从系统存储器启动,该模式的启动程序功能是由厂家设置的。一般来说,这样的启动方式用的比较少。系统存储器是芯片内部一块特定的区域,GD32在出厂时,由GD在这个区域内部预置了一段BootLoader,也就是我们常说的ISP程序,这是一块ROM,出厂后无法改动。一般来说,我们选用这样的启动模式时,是为了从串口下载程序,由于在厂家提供的BootLoader中,提供了串口下载程序的固件,能够通过这个BootLoader将程序下载到系统的Flash中。该下载方式须要下面步骤:

    1. 将BOOT0设置为1,BOOT1设置为0,然后按下复位键,这样才干从系统存储器启动BootLoader

    2. 最后在BootLoader的帮助下,通过串口下载程序到Flash中

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6.在FlyMcu中点击下载,之后按下开发板复位按键,程序显示下载,下载完成如下

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  1. 将boot0插回低电平,复位芯片运行程序

GD32直接下载STM32 Hal库开发的程序运行完成

四、使用CubeMX开发GD32测试

这一栏是我用STM32CubeMX进行开发,并下载到GD32F303VCT6的芯片上运行,观察移植效果的一些记录,测试会一直更新,并且将我遇到的反馈效果记录下来,给后面同学做参考

  • HAL库开发测试GPIO输出,1S灯的电平反转一次

测试效果:完美运行,示波器看了电平变化间隔,精度挺高

  • HAL库开发测试串口1输出数据,1S发送一次信息

测试效果:时间戳观察,符合预期现象,下次使用逻辑分析仪看一下具体波形和STM32做对比!

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因为笔者水平原因,文章有错误或者改进之处希望大佬可以在评论区提出来,或者私信我,万分感谢!!!

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