來(lái)源：beningo.com

作者：Jacob Beningo 

編譯：付斌

為STM32開發(fā)板設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的編程適配器

幾乎每個(gè)開發(fā)板都帶有內(nèi)置的編程工具，不同的供應(yīng)商可能是PE Micro，SEGGER J-Link OB，甚至是供應(yīng)商自己的工具，如ST-Link。

大多數(shù)情況下，板載編程器的功能相當(dāng)有限，使用外部編程器則是很有意義的一件事。連接編程器通常需要使用從編程器到開發(fā)板進(jìn)行跳線，這個(gè)過(guò)程可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的接線，更有甚者還連成了“老鼠窩”。

一天，我與IAR的美國(guó)東海岸FAE Aaron Bauch談及此處時(shí)，他創(chuàng)建了一塊電路板來(lái)使他的I-Jet編程器JTAG / SWD連接適應(yīng)ST Microelectronics所采用的6針單排連接大多數(shù)板子。這是一個(gè)好主意，但不幸的是，Aaron無(wú)法分享他的電路板或設(shè)計(jì)。所以在這篇文章中，將向您介紹如何創(chuàng)建自己的適配器。

過(guò)程的第一步是選擇一個(gè)帶有6針連接器的開發(fā)板。碰巧在我的幾個(gè)課程中使用STM32F429I-Disco板，所以這個(gè)板子是這次的主角。由于這個(gè)適配器板非常簡(jiǎn)單，只是從一組引腳到下一個(gè)引腳的路由跟蹤，我決定啟動(dòng)Altium并創(chuàng)建一個(gè)帶有單個(gè)原理圖表的SWDAdapter項(xiàng)目。

查看開發(fā)板上6針SWD連接器是一個(gè)很好的著手點(diǎn)，但從連接器來(lái)看，僅可看出它是一個(gè)1×6，標(biāo)準(zhǔn).100的連接器，我還見過(guò)百萬(wàn)次標(biāo)準(zhǔn)連接器。通過(guò)打開STM32F429I-Disco板的用戶手冊(cè)，在文檔中搜索了描述SWD頭的頁(yè)面。我發(fā)現(xiàn)下表描述了每個(gè)引腳的作用：

快速瀏覽一下這張表，你注意到有什么問(wèn)題嗎？我會(huì)給你一個(gè)提示，看看針腳1 ...... 它是VDD_Target，即應(yīng)用程序的VDD。這個(gè)引腳不提供目標(biāo)電源供程序員檢測(cè)，而是充當(dāng)內(nèi)置ST-Link的感應(yīng)線！這意味著這些引腳實(shí)際上是為了對(duì)不在開發(fā)板上的部件進(jìn)行編程而設(shè)計(jì)的！

如果我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)外部編程器適配器，那么適配器也需要一種方法來(lái)檢測(cè)微控制器電壓。由于VCC不在6針連接器上，我決定將另一個(gè)雙針連接器添加到適配器，這將為我提供一個(gè)未使用的引腳，然后將MCU VCC跳線到外部編程器，雖然不是一個(gè)理想的解決方案，但至少比跳6線好太多了。為了確保我沒(méi)有忘記引腳或者引腳1未被使用，我復(fù)制了引腳表并將其粘貼到我的原理圖表上。

最后，唯一需要查閱的就是找出我的J-Trace Pro for ARM Cortex-M處理器的引腳。我找到了官方的數(shù)據(jù)表，然后在我的原理圖中添加了一個(gè)2×5標(biāo)準(zhǔn).100連接器，并再次粘貼了一份引腳。為什么我會(huì)使用10針頭而不是第一張圖像中的20針。這樣做的原因是因?yàn)槲矣幸粋€(gè)20針到10針的適配器，使用這個(gè)較小的尺寸可以讓PCB也保持小尺寸。

現(xiàn)在所有連接器都在板上，我花了幾分鐘連接所有連接。將原理圖放在一起時(shí)，我在制作這個(gè)過(guò)程時(shí)候喜歡做這些工作來(lái)讓我制作效率更高：

• 留下記錄，以便我記得為什么我做了一些事情

• 使用易于識(shí)別的信號(hào)描述標(biāo)記每個(gè)網(wǎng)絡(luò)

• 自動(dòng)指定部件

• 使用No ERC符號(hào)標(biāo)記任何未使用的引腳

結(jié)果如下：

結(jié)果很好，下一步是開發(fā)PCB，對(duì)構(gòu)建這些簡(jiǎn)單適配器板的成本進(jìn)行一些分析。

PCB布局以及原型設(shè)計(jì)：BOM和成本

完成原理圖后，只需按一下按鈕，即可將組件和網(wǎng)絡(luò)推入PCB文檔。在鋪設(shè)電路板時(shí)，過(guò)程遵循以下幾點(diǎn)：

• 將組件排列在空白紙上

• 自動(dòng)路由以確保存在有效的路由解決方案

• 定義板輪廓（在這種情況下~1英寸乘0.75英寸）

• 路由任何電源信號(hào)（VCC等）

• 設(shè)定返回路徑和地面的策略

• 路由信號(hào)

• 添加多邊形填充

• 添加版權(quán)，備注等

• 檢查布局

• 進(jìn)行任何調(diào)整

• 生成生產(chǎn)文檔

在元件布置階段，確保連接器方向正確至關(guān)重要。

如圖所見，使用兩層，路由這些信號(hào)非常簡(jiǎn)單，無(wú)需添加任何過(guò)孔即可實(shí)現(xiàn)！

在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，我喜歡查看生成的電路板，了解它在3D渲染中的樣子。執(zhí)行此操作時(shí)，可以為連接器添加3D模型，然后可以將其導(dǎo)出給機(jī)械工程師，以便使用電子模型構(gòu)建外殼和其他工作。對(duì)于這個(gè)簡(jiǎn)單的電路板，我沒(méi)有花時(shí)間添加這些連接器模型。最終電路板的外觀如下所示：

從上往下看這個(gè)模型，在左側(cè)，10針連接器將與兩個(gè)針式公連接器一起安裝在頂部。P3是連接到目標(biāo)的母連接器，實(shí)際上將放置在電路板的底部。

電路板的材料清單（BOM）也非常簡(jiǎn)單。主板選擇了以下組件：

這里有幾點(diǎn)需要注意：

1. 對(duì)于開發(fā)人員來(lái)說(shuō)，組件P2可能會(huì)有很大不同，這取決于他們?cè)诰幊唐魃鲜褂玫牟季€。我選擇使用舊式IDC連接器。

2. 連接器BOM成本不超過(guò)1.50美元。

3. 我添加了一條IDC電纜，以防我沒(méi)有，將外部編程器連接到適配器板。

4. 此處未列出PCB的定價(jià)。

事實(shí)證明，如果進(jìn)行小型電路板運(yùn)行，PCB成本是最大的費(fèi)用。我統(tǒng)計(jì)了一下，發(fā)現(xiàn)包括運(yùn)費(fèi)在內(nèi)的約100美元，可以生產(chǎn)大約50塊板子。如果你打算制造這些設(shè)備這是很棒的，但我只對(duì)設(shè)計(jì)板子過(guò)程感興趣?？偟膩?lái)說(shuō)，每個(gè)適配器將花費(fèi)我25美元左右。

我可以做的更便宜嗎？當(dāng)然可以了！我本可以購(gòu)買幾條1.11美元的電纜，切斷連接器，然后直接將電纜焊接到P3連接器上。不過(guò)仍然需要添加VCC跳線，布線可能已經(jīng)建成了，加上烙鐵大約5美元。但說(shuō)實(shí)話，這樣就沒(méi)有設(shè)計(jì)布局一個(gè)PCB那么有趣了。

檢驗(yàn)成果

轉(zhuǎn)接板到貨了，正如前兩部分中討論的那樣，大多數(shù)開發(fā)板附帶的板載調(diào)試器都是可用的，但通常提供的遠(yuǎn)不如專業(yè)調(diào)試器。我們一直在探索如何為ST Microelectronic開發(fā)板創(chuàng)建適配器板，以便我們輕松使用外部調(diào)試器。接下來(lái)讓我們檢查最終的結(jié)果！

在打開并檢查我的板后，我發(fā)現(xiàn)它們看起來(lái)狀態(tài)良好。正如您在下面看到的那樣，該板看起來(lái)就像我們?cè)诘?部分中列出的那樣，測(cè)量尺寸大約在1英寸×1.25英寸：

在燒制我的烙鐵后，我將我的元件焊接到電路板上。JTAG / SWD和我的電源引腳在頂部，底部是6引腳SWD。組裝好的電路板如下所示：

在這個(gè)階段，我注意到兩個(gè)小缺陷：

1. 我從未測(cè)量過(guò)JTAG / SWD連接器尺寸，因此連接器略寬于電路板。

2. JTAG / SWD連接器太寬了，覆蓋了VCC和上面的一些絲印。

不過(guò)這些缺陷都不會(huì)影響適配器的運(yùn)行，考慮到這塊板設(shè)計(jì)速度很快，很多板尺寸都是估摸的，其實(shí)對(duì)板的結(jié)果還是非常滿意的。事實(shí)上，這些缺陷是如此微不足道，如果我沒(méi)有指出它們，甚至可能都不會(huì)引人注意。

隨著電路板的組裝，是時(shí)候測(cè)試它了，看看我是否真的可以用我的適配器編程一個(gè)微控制器。為了測(cè)試，我將適配器板連接到STM32F429I-Discovery板上的6針連接器。我還將一個(gè)20針到10針的IDC連接器連接到我的SEGGER J-Link Ultra +，并將我的新帶狀電纜連接到適配器板。在此階段，設(shè)置如下：

如果你還記得，我必須將VCC引腳放在電路板上，以便檢測(cè)目標(biāo)MCU是否通電。此時(shí)，我們需要將適配器板上的VCC引腳跳線到開發(fā)板上的VCC。為了做到這一點(diǎn)，我使用了Sparkfun母對(duì)母接頭，并連接到STM32429I-Discovery板上的3V引腳之一。最終設(shè)置如下：

真正的考驗(yàn)當(dāng)然是我是否可以編程微控制器。我將J-Link連接到我的電腦，并嘗試使用簡(jiǎn)單的RTOS LED閃爍程序?qū)﹄娐钒暹M(jìn)行編程。謝天謝地，一切都按預(yù)期工作！沒(méi)有給我更多的跳線（好吧，只是VCC的那個(gè)）。

如果有興趣下載此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)文件和gerber，請(qǐng)點(diǎn)擊下方“閱讀原文”下載

網(wǎng)友提問(wèn)：

最終工作的性能是否達(dá)到了預(yù)期？例如：基于SWO printf的調(diào)試，暫停和單步執(zhí)行代碼，mem監(jiān)視，分析（例如來(lái)自Atollic True Studio或simmilar），從STM Studio觀察變量，基本的mem讀寫操作（例如來(lái)自SMT32 ST-Link Utility ）？

看起來(lái)codeload確實(shí)有效。在代碼加載（啟動(dòng)代碼）后是否還需要按下目標(biāo)（ST發(fā)現(xiàn)）板上的物理重置按鈕來(lái)重置目標(biāo)？速度如何（例如，在寫入或讀取閃存內(nèi)容時(shí)）？

Jacob Beningo：

板載的調(diào)試器非常有限，因?yàn)槭蔷幊涛⒖刂破鞯淖钚〗鉀Q方案。如果查看數(shù)據(jù)表，ST-Link v2的連接速度約為15 kb / s，而J-Link EDU的速度約為1 mb / s。更高端的調(diào)試器可以獲得更快的速度。

通過(guò)此適配器接口使用外部程序員可以更快地完成所有操作。基于所使用的探測(cè)器也有改進(jìn)，例如無(wú)限斷點(diǎn)，同時(shí)訪問(wèn)多個(gè)總線的能力等等。