Wenn Sie gerade erst Embedded-Systeme entdeckt haben und mehr über sie erfahren möchten, werden Sie häufig den Namen STM32 hören. STM32 ist jedoch kein Konzept; es ist ein Markenname. Lassen Sie uns erkunden, was STM32 ist und warum es so beliebt ist. Wichtig ist dabei: Erlernen Sie die Grundlagen.

Als ich in den 80er anfing, etwas über Mikrocontroller zu lernen, waren die 8086 von Intel und 68000 von Motorola die beliebteste Wahl. Dieser Trend beliebter Mikrocontroller-Familien (MCU) setzt sich bis heute fort. Damals hieß es „Intel oder Motorola-Programmierung“. Jetzt dreht sich alles um die STM32-Programmierung.

Mikrocontroller sind seit Anfang der 2000er Jahre deutlich komplexer geworden. Vergleichen Sie beispielsweise das Datenblatt des Atmega 328P (verwendet in Arduino Uno) mit dem des STM32F407. Letztere können über mehr als 3.000 Seiten umfassende Benutzerhandbücher verfügen, was für Anfänger entmutigend sein kann. Hier ein Tipp: Niemand (fast, ich habe das Z80-Handbuch in Englisch mal in einem Urlaub komplett gelesen) liest alle 3000 Seiten auf einmal. Der Schlüssel liegt darin, zu wissen, wo man anfangen soll.

• STM32: Eine Mikrocontroller-Familie von STMicroelectronics. Die „32“ gibt eine 32-Bit-Architektur an.
• ARM: Ein Unternehmen, das für die Entwicklung von CPU-Architekturen bekannt ist, die häufig in STM32-MCUs verwendet werden. ARM lizenziert seine Architekturen an andere Unternehmen wie STMicroelectronics (dem Hersteller der STM32).
• CPU (Zentraleinheit): Das Gehirn von Computern, für dessen Funktion externe Komponenten wie RAM, Speicher und ein Motherboard erforderlich sind.
• MCU (Mikrocontroller-Einheit): Ein „Ein-Chip-Computer“ mit integriertem RAM, ROM (Flash-Speicher) und anderen Peripheriegeräten. MCUs sind weniger leistungsstark als CPUs, aber für viele eingebettete Anwendungen ausreichend.

Um effektiv mit Mikrocontrollern arbeiten zu können, benötigen Sie Grundkenntnisse in mehreren Bereichen:

• Mikrocontroller-Architektur und Grundlagen
• Grundlegende Computerarchitektur
• C-Programmierung (oder C++, Python, etc.)
• Softwaretools (IDEs, Compiler, Debugger)

Der Einstieg in komplexe Mikrocontroller wie STM32 kann ohne Verständnis dieser Grundlagen eine Herausforderung sein.

Schritte zum Start mit STM32

• C-Programmierung lernen: Machen Sie sich mit Datentypen, Funktionen, Zeigern usw. vertraut.
• Wählen Sie einen einfachen STM32-Mikrocontroller: Beginnen Sie mit der STM32F0- oder C0-Serie. Kaufen Sie ein STM32 Nucleo- oder Discovery-Board mit integriertem Debugger.
• Installieren Sie STM32CubeIDE: Diese integrierte Entwicklungsumgebung vereinfacht die Entwicklung. Oder ein kleines Entwicklerboard von Aliexpress: WeAct STM32G0B1CBT6 STM32G0B1 STM32G0 STM32 Core Board Demo Board – AliExpress 7
• Erstellen Sie ein Basisprojekt: Beginnen Sie mit einem einfachen LED-Blinkbeispiel, um praktische Erfahrungen zu sammeln.

Bei der Programmierung von Mikrocontrollern ist die Unterscheidung zwischen MCU- und CPU-Peripheriegeräten entscheidend. Unternehmen wie STMicroelectronics entwerfen MCUs mit ARM-CPU-Kernen und fügen ihre Peripheriegeräte hinzu. Stellen Sie sich das wie einen Autohersteller vor, der Motoren eines anderen Unternehmens verwendet. Die Herstellung des Autos und die Konstruktion des Motors sind also unterschiedliche Aufgaben! Wenn Sie wissen, dass es ein anderes Unternehmen gibt, das effiziente Motoren herstellt und diese für andere lizenziert, dann wäre es klug, es zu nutzen!

Dann bauen sie diese CPU ein und entwerfen die anderen Peripheriegeräte darum herum. Bei einer MCU handelt es sich im Wesentlichen um einen CPU-Kern, Peripheriegeräte, E/A und einige andere Komponenten in einem Chip. Dann könnten sie es als ein Paket verkaufen!

Es ist wichtig zu lernen, wie diese Komponenten interagieren.

Unternehmen stellen Softwarebibliotheken zur Verfügung, um die Konfiguration und Integration von Peripheriegeräten zu vereinfachen. Während es wichtig ist, zu verstehen, wie diese Bibliotheken unter der Haube funktionieren, können Anfänger damit beginnen, sie zu verwenden. Je mehr Erfahrung Sie sammeln, desto mehr können Sie sich mit den Details befassen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine solide Grundlage in den folgenden Bereichen von entscheidender Bedeutung ist:

1. CPU-Architektur
2. C-Programmierung
3. Software-Entwicklungstools
4. Peripheriegeräte und Treiberentwicklung

Heutzutage sind MCU-Peripheriegeräte komplexer denn je, daher versuchen Unternehmen, uns das Leben durch die Bereitstellung einiger Softwarebibliotheken zu erleichtern. Durch ihre Verwendung können Sie sie einfach konfigurieren und in Ihre Anwendungen integrieren. Natürlich ist es dennoch wichtig zu erfahren, wie sie unter der Haube arbeiten. Als Anfänger könnte man es aber auch später machen. Es ist auch eine persönliche Vorliebe: Manche Leute fangen lieber ganz von unten an, andere wollen erst sehen, wie es funktioniert, bevor sie ins Detail gehen.

Es ist wirklich schwer, alle Details auf einmal zu erfassen, aber wenn man konsequent an diesen Dingen arbeitet, wird es sich in Zukunft auszahlen. Das Verständnis der Grundlagen ist wirklich wichtig, um in jedem Bereich, der harte Arbeit erfordert, sicher zu werden! Eingebettete Systeme sind kein einfaches Feld, aber letztendlich erfordert alles, was sich im Leben lohnt, harte Arbeit.

Fazit

Das Erlernen eingebetteter Systeme, insbesondere unter Verwendung von STM32-Mikrocontrollern, stellt eine spannende Herausforderung dar, die jedoch tiefgehendes Verständnis für verschiedene grundlegende Konzepte und deren schrittweise Weiterentwicklung erfordert. Zu Beginn müssen Sie sich mit den grundlegenden Prinzipien der Mikrocontroller-Architektur, der Programmierung in C oder C++ sowie den Methoden der Hardware-Software-Integration vertraut machen. Ebenso wichtig ist es, ein solides Wissen über die Steuerung von Peripheriegeräten, Interrupts und die Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten zu entwickeln.

Mit kontinuierlicher Ausdauer, Geduld und einem strukturierten, zielgerichteten Ansatz können Sie sich Schritt für Schritt in dieses Thema einarbeiten und die zunehmende Komplexität meistern. Durch praxisorientierte Projekte und die konsequente Anwendung theoretischer Konzepte können Sie Ihr Verständnis vertiefen und praktische Fertigkeiten entwickeln. Es ist entscheidend, sich nicht von anfänglichen Schwierigkeiten entmutigen zu lassen, sondern kontinuierlich dazuzulernen und Lösungen für auftretende Herausforderungen zu finden. Wenn Sie diese Disziplin mit der richtigen Herangehensweise und Leidenschaft verfolgen, wird es Ihnen gelingen, Ihre Fähigkeiten auf diesem Gebiet auszubauen und langfristig erfolgreich zu sein.