STM32 ST-Link Utility入门：掌握关键功能

STM32微控制器以其高性能和丰富的外设，在嵌入式开发领域占据着举足轻重的地位。而ST-Link Utility作为STMicroelectronics官方提供的烧录、调试和固件升级工具，是STM32开发者不可或缺的利器。本文将详细介绍ST-Link Utility的入门使用，帮助您掌握其关键功能，从而更高效地进行STM32开发。

1. 什么是ST-Link Utility？

ST-Link Utility是一款基于图形用户界面（GUI）的软件，专为配合ST-Link调试器使用而设计。ST-Link调试器是STMicroelectronics推出的一系列硬件调试工具，用于连接PC与STM32目标芯片。ST-Link Utility则提供了与ST-Link调试器通信的软件接口，允许用户执行以下操作：

程序烧录（Flash Programming）：将编译好的二进制文件（如.hex, .bin文件）下载到STM32微控制器的Flash存储器中。
内存查看与修改（Memory View/Edit）：实时查看和修改目标芯片的RAM、Flash等内存区域。
芯片擦除（Chip Erase）：擦除整个Flash存储器，清空所有用户程序和数据。
选项字节配置（Option Bytes Configuration）：配置STM32芯片的各种选项字节，如读保护、写保护、看门狗等。
固件升级（Firmware Upgrade）：升级ST-Link调试器自身的固件。
外部加载器配置（External Loader Configuration）：为外部Flash芯片（如QSPI Flash）配置加载器。

2. 环境搭建与安装

在开始使用ST-Link Utility之前，您需要进行以下准备工作：

ST-Link调试器：获取一个ST-Link/V2、ST-Link/V2-1或ST-Link/V3调试器。许多STM32开发板（如Nucleo、Discovery系列）都集成了ST-Link/V2-1或V3。
STM32目标板：准备一块STM32开发板或您的自定义STM32电路板。
安装ST-Link Utility：
- 访问STMicroelectronics官方网站。
- 搜索 “ST-Link Utility” 或 “STM32CubeProgrammer”（新版本ST-Link Utility的功能已集成到STM32CubeProgrammer中，推荐使用后者以获得更全面的支持）。
- 下载并安装适合您操作系统的版本。安装过程通常是直观的，按照提示进行即可。
- 驱动安装：在安装过程中，确保ST-Link驱动程序也一同安装。如果遇到驱动问题，可以尝试手动安装或更新驱动。

3. 连接与识别

安装完成后，接下来是连接您的硬件：

连接ST-Link与PC：通过USB线将ST-Link调试器（或集成ST-Link的开发板）连接到您的PC。
连接ST-Link与STM32目标板：
- SWD接口：这是最常用的连接方式。SWD（Serial Wire Debug）接口通常包含4根线：SWDIO（数据）、SWCLK（时钟）、GND（地）和VDD（电源）。确保正确连接这些引脚。
- JTAG接口：较旧或部分芯片可能使用JTAG接口，其引脚数量较多。
- 供电：确保您的STM32目标板已正确供电。可以通过ST-Link供电（如果支持且设置正确），也可以通过外部电源供电。
打开ST-Link Utility（或STM32CubeProgrammer）：
- 启动软件后，在界面的左上角或连接设置区域，选择“ST-LINK”作为连接方式。
- 点击“Connect”（连接）按钮。
- 如果一切正常，软件将成功识别到您的STM32芯片，并在界面上显示芯片的型号、Flash大小等信息。如果连接失败，请检查连线、供电和驱动程序。

4. 关键功能详解

4.1 程序烧录（Flash Programming）

这是ST-Link Utility最核心的功能之一。

加载文件：
- 点击“Open File”（打开文件）图标或菜单选项。
- 选择您编译好的.hex、.bin或.elf格式的固件文件。
- 文件加载后，您可以在“File Content”或类似的区域看到文件的内容和起始地址。
烧录选项：
- 通常，您可以选择“Erase before programming”（编程前擦除）选项，确保Flash被清空后再写入新程序。
- “Verify after programming”（编程后校验）选项非常重要，它会读取Flash中的内容并与原文件进行比对，以确保烧录的正确性。
开始烧录：
- 点击“Program Verify”（编程校验）或类似的按钮。
- 软件将开始将固件下载到STM32芯片的Flash中。烧录过程通常会显示进度条和日志信息。
- 烧录完成后，软件会提示成功或失败。

4.2 内存查看与修改（Memory View/Edit）

此功能对于调试和分析程序运行时的数据非常有用。

打开内存窗口：
- 在工具栏或菜单中找到“Memory & File Edit”或“Memory View”选项。
- 输入您想要查看的内存地址（如Flash的起始地址0x08000000，SRAM的起始地址0x20000000）。
- 选择要读取的字节数。
读取与修改：
- 点击“Read”（读取）按钮，软件会从指定地址读取内存内容并显示。
- 您可以直接在内存窗口中修改数据，然后点击“Write”（写入）按钮将其写回目标芯片（通常只能写入RAM区域，写入Flash需要特殊操作）。

4.3 芯片擦除（Chip Erase）

当您需要完全清空STM32芯片的Flash内容时，可以使用此功能。

选择擦除方式：
- 在“Target”或“Erase”菜单中，选择“Full Chip Erase”（全芯片擦除）。
- 有些芯片还提供“Sector Erase”（扇区擦除）选项，允许您擦除特定的Flash扇区。
执行擦除：
- 点击“Erase”（擦除）按钮。
- 软件会提示您确认操作，因为擦除是不可逆的。确认后，Flash将被清空。

4.4 选项字节配置（Option Bytes Configuration）

选项字节是存储在Flash中的特殊配置寄存器，用于控制芯片的硬件行为，例如：

读保护（Read Out Protection, ROP）：防止外部工具读取或修改Flash内容，保护代码安全。
写保护（Write Protection, WRP）：防止特定Flash区域被擦除或写入。
看门狗（Watchdog）：配置独立看门狗（IWDG）或窗口看门狗（WWDG）的启动状态。
启动模式（Boot Mode）：配置芯片上电后的启动方式（从Flash、SRAM或系统存储器启动）。
读取选项字节：
- 在界面上找到“Option Bytes”（选项字节）或“OB”选项卡。
- 点击“Read Options Bytes”（读取选项字节），软件将显示当前芯片的选项字节配置。
修改与写入：
- 根据您的需求，修改相应的选项字节设置。例如，将读保护从“Level 0”（无保护）设置为“Level 1”（保护）。
- 修改后，点击“Apply”或“Program Option Bytes”（编程选项字节）按钮，将新的配置写入芯片。
- 注意：修改某些选项字节（尤其是读保护）可能需要重新连接芯片或进行复位操作。一旦设置了读保护，您可能需要执行一次全芯片擦除才能解除它（这会导致程序丢失），因此请务必谨慎操作。

4.5 固件升级（Firmware Upgrade）

ST-Link调试器自身的固件也需要定期更新，以支持新的STM32芯片、修复bug或提升性能。

打开固件升级工具：
- 通常在ST-Link Utility的“ST-Link”菜单中，有一个“Firmware Update”或“ST-Link Upgrade”的选项。
- 点击后会启动一个独立的固件升级程序。
执行升级：
- 程序会自动检测当前ST-Link的固件版本和是否有可用的新版本。
- 点击“Upgrade”按钮，按照提示完成固件升级。

5. 高级功能与提示

脚本化操作：STM32CubeProgrammer提供了命令行接口（CLI）和Python API，允许您编写脚本来自动化烧录、配置等操作，这对于生产测试或持续集成非常有用。
外部加载器：对于包含外部Flash（如QSPI Flash）的STM32芯片，您需要配置外部加载器才能对其进行烧录。ST-Link Utility（STM32CubeProgrammer）提供了相应的工具来加载和管理这些外部加载器。
调试器设置：在连接选项中，您可以调整SWD/JTAG的时钟频率，这有助于在调试高频或低频目标时提高稳定性。
STM32CubeProgrammer：再次强调，如果您是新用户，强烈建议直接使用功能更全面、支持更广泛的STM32CubeProgrammer，它集成了ST-Link Utility的所有功能并提供了更多高级特性。

总结

ST-Link Utility（或STM32CubeProgrammer）是STM32开发中不可或缺的工具。通过掌握其程序烧录、内存查看、芯片擦除、选项字节配置和固件升级等关键功能，您将能够更高效、更灵活地进行STM32微控制器的开发和调试。熟练运用这些工具，将极大地提升您的嵌入式项目效率和成功率。希望本文能帮助您顺利迈出STM32开发的第一步！