STM32F407VG+CubeMX+Simulink硬件在环(HIL)使用

hudaren43

我们很多时候使用的STM32单片机型号无法与官方硬件支持包自带的型号一一对应上，而matlab 2021b版至最新版本可以支持 F4xx系列单片机+CubeMX自定义型号配置使用，本篇以“STM32F407VGT6”型号为例如何创建硬件在环工程

? 温馨提示：2021b版本Matlab只支持F4xx以上型号使用CubeMx自定义配置功能，而F4xx以下（F1x、F0x等）则只能使用官方开发板支持包方式开发。

CubeMX版本：6.2.0

Matlab版本：2021b

STM32CubeProgrammer版本：2.6.0

3.0 软件版本验证

     创建simulink模型前需要先检查下硬件支持包和相关软件是否安装正确，主要是验证CubeMX和STM32CubeProgrammer版本是否正确，不然后期使用过程中会出现一些意想不到的问题。

       在MATLAB主页面中找到“附加功能->管理附加功能“，点击打开，如图3.0.0所示



图3.0.0 “管理附加功能”位置

在”附加功能管理器中“找到如图3.0.1所示位置，点击右侧的齿轮设置图标



图3.0.1 ”附加功能管理器“页面

进入到”Hardware Setup“弹窗，保持默认，然后点击"Next>"，如图3.0.2所示



图3.0.2 选择要检查的选项

       进入到”STM32 Tools Information“页面，如图3.0.3所示，两个软件都没有安装，可以根据实际情况进行安装，但是STM32CubeMX是必须要安装的，且版本要对应上，而STM32CubeProgrammer如果用不到STLINK方式下载代码则可以不安装，然后点击"Next>"。



图3.0.3 软件版本详情

       验证STM32CubeMX版本是否可用，找到STM32CubeMX的安装位置，点击”Validate“，如图3.0.4所示，如果软件可用则会出现一个绿色的勾，并显示验证成功信息，如图3.0.5所示



图3.0.4 选择STM32CubeMX安装位置



图3.0.5 验证STM32CubeMX版本是否可用

        验证STM32CubeProgrammer是否可用，同样找到该软件的安装位置，然后点击”Validate“，如图3.0.6所示，验证版本可以使用结果显示如图3.0.7所示，该设置到此处就可以了，如果读者朋友想进行后面的设置验证可以继续点击”Next“这里就不过多赘述。

?温馨提示：Simulink中STM3CubeProgrammer只是作为STLINK的下载工具使用，如果用不到STLINK下载工具可以不安装该软件



图3.0.6 选择STM32CubeProgrammer安装位置



图3.0.7 STM32CubeProgrammer验证有效

3.1  CubeMX工程创建与配置

       首先打开STM32CubeMX软件，创建新工程，然后搜索“STM32F407VGT6”单片机型号并选中，如图3.1所示。



图3.1 搜索寻找需要使用的单片机型号

       在“Pinout & Configuration”栏中找到“RCC”将“High Speed Clock(HSE)”设置为“Crystal/Ceramic Resonator”，如图3.2所示。



图3.2 设置高速晶振为外部时钟

     找到“SYS”选项将“Debug”设置为“Serial Wire”，将"Timebase Source"设置为“TIM5”(?此处设置很重要，需要引起特别注意?)，如图3.3所示。



图3.3 设置调试器类型和基础时钟源

设置要控制的LED(作者板子上的是PC13)引脚为“GPIO_Output”，如图3.4所示



图3.4 设置要控制的LED引脚

       设置硬件在环通信串口“USART3”Mode为“Asynchronous”模式，“Prarameter Settings”处参数保持默认，对应的引脚为PB10、PB11, 如图3.5所示

?温馨提示：这里只示范USART3作为硬件在环通信接口用，而实际在simulink参数设置中可以选择其他串口（USART1~USART5），读者朋友可以根据个人实际情况进行设置。



图3.5 设置USART3模式为异步通信方式

       切换到“DMA Settings”栏，点击“Add”添加两个选项并将其分别选择为“USART3_RX”和“USART3_TX”，如图3.6所示（?此处设置也是非常重要的，一定不要漏掉，不然可能通信不成功?）



图3.6 USART3的DMA传输设置

时钟设置没有太多要求，只要设置正确即可，作者这里使用的是外部8MHz晶振，具体设置如图3.7所示



图3.7 使用外部8MHz时钟树设置

       切换到“Project Manager”，填写“Project Name”,并选择文件存放位置“Project Location”，其中“Application Structure”处需要将“Do not generate the main()”勾选上，"Toolchain/IDE"处选择为“SW4STM32”，“Generate Under Root”前面的勾选去掉，如图3.8所示



图3.8 “Project”参数设置

       在“Advanced Settings”处将“Driver Selector”全部设置为“LL”，而“Generated Function Calls”的“Visibility(Static)”勾选项全部去掉，如图3.9所示，设置完后保存文件即可。

??注 意：设置完后不要点击“GENERATE CODE”，“CTL+S”或点击保存文件即可??



图3.9 “Advanced Settings”设置

3.2 Simulink模型创建与参数设置

       接下来创建simulink模型，切换到3.1节中创建的”F407_Test.ioc“文件保存位置，然后点击”Simulink“图标开始创建模型，如图3.10所示



图3.10 matlab 2021b主页面

进入到Simulink起始页面，点击创建”空白模型“，如图3.11所示



图3.11 Simulink起始页

将刚刚创建的simulink模型保存到"F407_Test.ioc"所在的文件夹，并命好名字，如图3.12所示



图3.12 保存Simulink模型

切换到“建模”栏，点击“模型设置”按钮，如图3.13所示



图3.13 ”模型设置“按钮位置

在“配置参数”对话框中找到“硬件实现”并点击，然后在“Hardware board”中选择“STM32F4xx Based”，如图3.14所示



图3.14 “Hardware board”选择

找到“Target hardware resources”点击展开，找到“Build options”点击，然后点击“Browse...”找到并选中“F407_Test.ioc”文件，如图3.15所示。



图3.15 选择"xx.ioc"文件

选择好“F407_Test.ioc”后的效果如图3.16所示，“Build options”其他部分保持默认即可



图3.16 “Build options”设置好效果

       找到“Connectivity”并点击，“USART/UART:”栏选择“USART3”，“Serial port”选择你电脑上的COM端口，作者这里选择的是COM47，??这一步很关键??，如图3.17所示。

?温馨提示：作者这里为了方便使用的是STLINK 2V1带串口一体下载器，读者如果使用单独的USB转串口模块也是可以的，注意连线正确即可(USART3:PB10,PB11)



图3.17 选择硬件在环通信串口

       找到“STM32Fxx Based Boards”点击，放置“Digital Port Write”模型，并将端口设置为PC13，如图3.18，3.19所示



图3.18 放置“Digital Port Write”模型



图3.19 设置“Digital Port Wriet”参数

?错误提示处理：File or directory C:\Program Files\STMicroelectronics\STM32Cube\STM32CubeProgrammer\bin\STM32_Programmer_CLI.exe not found. 回到3.0节中检查STM32CubeProgrammer该软件是否正确安装

??小技巧：如果串口不能正常通信，可以试着调换TX和RX，或试着换连接线解决下

3.3 模型硬件在环验证

     切换到“HARDWARE”栏，将“Stop Time”改为“inf”，然后点击“Monitor & Tune”按钮自动代码编译烧录连接，如图3.20所示。

??注 意：此处硬件在环只适用于STLINK下载器，其他下载器暂时无法使用此方法



图3.20 点击“Monitor & Tune”按钮

为了让硬件在环效果更明显，这里将“Pulse Generator”替换为“Constant”,继续点击“Monitor & Tune”按钮进入硬件在环连接，更改“Constant”的值来控制LED灯的亮灭，如图3.21所示。



图3.21 “Constant”值硬件在环控制LED亮灭
3.4 使用CMSIS-DAP下载烧录硬件在环程序

       由于市面上很多开发板或者学习板使用的下载器不是STLINK，这个时候我们需要将硬件在环模型的固件通过其他下载器烧录到开发板中，下面以CMSIS-DAP下载器为例进行演示。

      使用CMSIS-DAP烧录程序需要用到烧录上位机，其中有一个开源的OpenOCD需要使用指令方式下载，初学者使用不是很方便，这里就不做过多介绍了，感兴趣的读者可以去使用这个方法烧录试下。

OpenOCD官网连接：https://www.openocd.org/

这里另外介绍一款图形化界面的烧录软件 CooCox CoFlash，如何安装这里就不详细介绍了，直接双击下一步，下一步即可。

软件下链接：https://www.softpedia.com/get/Programming/Other-Programming-Files/CooCox-CoFlash.shtml

打开软件的主页面，选择单片机型号为“STM32F407VG”,“USB Adapter Setup->Adapter”处设置为“CMSIS-DAP”，其它地方保持默认即可，如图3.22所示



图3.22  CooCox CoFlash"Config"设置页

点击切换到“Command”栏，在“Program->Data File”处选择Simulink生成的“F407_test.bin”文件



图3.23 选择要下载的.bin文件

点击“Program”按钮烧录程序，如图3.24所示



图3.24 点击下载程序

程序烧录完后，点击“Monitor & Tune->Connect”按钮进行硬件在环通信连接，如图3.25所示

?温馨提示：此处要注意串口设置，如果读者使用其它串口一定要将其设置为你所在的COMx端口，否则无法进行正常硬件在环通信，参考图3.26设置方式。



图3.25 点击硬件在环连接



图3.26 硬件在环串口设置

正确连接通信后，可以看到在“HARDWARE”栏处有个绿色的“Start”按钮，点击该按钮，如图3.27所示。



图3.27 硬件在环启动按钮

然后跟3.3节中一样的操作方式，改变“Constant”值来控制LED亮灭，如图3.28所示。



图3.28 硬件在环控制LED亮灭

在线单片机开发环境ECloudIDE免费使用链接：