原料
硬件：STM32H743最小系統板，顯示屏（7寸，型號7016），SW下載器，PC，
軟件：CUBEMX4.26.0 (軟件包1.3.2), MDK5 (軟件包版本2.3.1)
①環境配置
1-時鍾配置
時鍾來源是外部25MHZ的晶振，系統配置后，CPU運行主頻400MHZ，其余各個外設的時鍾如配置圖所示
2-外設配置
根據我們需要用到的硬件設備，配置相應的外設。我們工程中需要用到的硬件設備有：超聲波探針-輸出模擬信號；7inch RGB顯示屏(1024*600)-LTDC接口；wifi模塊-UART；開發板自拓展的W9825G6KH(SDRAM)。因此需要用到的外設有：一個ADC，一個串口，FMC(擴展SDRAM)，LTDC，其他一些IO口-用於指示燈之類的。OK，了解目標以后，我們的配置就明確多了：
（1）配置SDRAM：
首先在Pinout界面進行如下的配置
再進入configuration界面后，對FMC進行一定的配置（具體為什么這么配置參考FMC使用手冊），IO映射沒有問題，無需改動。點擊Connectivity-FMC
這是CUBEMX幫我配置的驅動，但是對於具體的硬件使用，這是不夠的，我們還要對工程添加自己的驅動，再工程中添加以下一些文件，SDRAM部分主要是發送初始化序列。
之后我們打開工程驗證一下。我們定義一個1024*1024的u8類型數組（大小為1MB），地址分配在0XC00000000（SDRAM地址起始位置），並在main中對其使用（賦值即可），可以發現，如果不使用外擴的內存，僅僅依靠芯片本身的1056MB（其中包含僅CPU和DMA訪問的內存，並且地址不連續）的SRAM，系統是無法運行的，因為運行內存不夠，但是經過我們外擴SDRAM后，內存擴展了32MB，此時可以滿足運行條件，系統正常工作。
至此，我們的SDRAM已經配置完成，可以將其用於液晶顯示屏的顯存運行內存。
（2）配置LTDC：
用CUBEMX幫我們配置的外設IO引腳和我們實際接口有出入（重映射），需要我們手動更改引腳配置以滿足實際需求。我們對比正點原子寫的驅動配置和CUBEMX的驅動配置：
發現主要需要改動的引腳有：
-
-
- 引腳轉換 功能
- PA8 -> PG11 LTDC_B3
- PA5 -> PH10 LTDC_R4
- PA6 -> PH13 LTDC_G2
- PC9 -> PH14 LTDC_G3
- PB10 -> PH15 LTDC_G4
- PH4 -> PI0 LTDC_G5
- PI11->PI1 LTDC_G6
- PA10 -> PI4 LTDC_B4
- PA3 -> PI5 LTDC_B5
- PB8 -> PI6 LTDC_B6
- PB9 -> PI7 LTDC_B7
-
把所有的IO速度都配置為GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH，最后再添加PB5用於控制顯示屏的背光，直接配置為OUTPUT即可
其實到這一步，我們的配置是不完整的，我們再添加正點原子官方寫的驅動，稍作修改，即完成配置（這里解釋一下既然用的是別人的驅動，為什么上面還要這么復雜的配置：是因為CUBEMX生成工程文件后，我們的初始化中用到HAL_LTDC_MspInit函數存在重復定義，因此我們舍棄原子哥寫的函數，不然每次都要再fmc.c中添加__weak，太麻煩了，所以我們對上面的IO配置后，相當於讓軟件配置的HAL_LTDC_MspInit代替原子哥的函數）。
至此，我們完成了LTDC接口的全部配置，在atk_ltdc.c中，我們聲明了一個長度為1024*600的u16類型的二維數組（2*600*1024B=1200KB=1.2MB），用於RGB顯示屏的運行顯存，這也就體現了為什么使用RGB顯示屏一定要先拓展內存的理由。
（3）QSPI
QSPI是一種高速SPI，一共有6個線（4根信號線，1根時鍾線，1根片選線），我們用該方式實現與FLASH的通訊。先在CUBEMX面板進行配置
同樣，需要更改一下默認的配置，包括參數配置和IO配置，具體如下：
IO修改如下：
1：QUADSPI_BK1_NCS PB10 -> PB6
2：QUADSPI_BK1_IO2 PE2 -> PF7
（4）USB_OTG_FS
這個外設服務於上層軟件USB_DEVICE使用的，這里只需簡單配置即可，在CUBEMX的界面打開他的配置：
一切都按系統給我們默認配置即可，無需更改。改外設對應的IO為：
PA12: USB_OTG_FS_DP
PA11: USB_OTG_FS_DM
（5）Timer, RNG (太簡單，不介紹)
3-軟件
（1）嵌入式操作系統
在一個復雜的嵌入式應用中，操作系統的使用可以極大提高系統運行的魯棒性和效率，整個系統各任務的執行可以不用再拘泥於中斷，事件等。本次實驗是為了以后研發產品做基礎，因此，操作系統的嵌入式是非常有必要的。小型嵌入式操作系統種類有很多，比如FREERTOS,UCOSII,UCOSIII,RTThread等，CUBEMX軟件可以幫我們搭建FREERTOS的框架，只需要在圖形配置界面簡單操作，即可省區繁瑣的系統驅動移植過程。下面就介紹如何在CUBEMX中配置我們的嵌入式操作系統。
我們在MiddleWares中Enable一下FREERTOS
將一個定時器配置為操作系統的滴答時鍾，比如下面的配置中我們用的是TIM6，因為這個定時器功能最少，少一個也沒什么影響
進入configuration界面，點開freertos，進入配置界面，配置如下：
紅色框中的參數建議修改一下，這些分別是：單個任務配置的stack空間大小，任務名最大長度，是否使能計數信號量，操作系統總內存。其他參數按照默認的就行了，然后我們就可以開心的添加任務了，再配合信號量，計時器，互斥量等工具，就可以順利地讓操作系統運行起來了。
比如在我地另一個嵌入式應用中，我一共創建了十幾個任務，通過共享一些信號量，可以保證整個進程有條不紊地運行，關於操作系統的工作原理，建議百度簡單了解一下。
另外，我們還可以看到FreeRTOS中內存的分配情況，提醒一下，有些任務可能需要的運行內存較大，比如你在里面定義了一個長數組，如果分配的內存不足的話，系統運行會出現問題。
好了，現在我們添加兩個任務，簡單控制一下兩個LED的Blink：
最后再生成工程文件，打開進入freertos.c中，再任務函數中簡單加入控制LED的代碼
void LED0Blink(void const * argument) { /* USER CODE BEGIN LED0Blink */ /* Infinite loop */ for(;;) { osDelay(500); LED1_Toggle; } /* USER CODE END LED0Blink */ } /* LED1Blink function */ void LED1Blink(void const * argument) { /* USER CODE BEGIN LED1Blink */ /* Infinite loop */ for(;;) { osDelay(200); LED0_Toggle; } /* USER CODE END LED1Blink */ }
可以看到整個框架已經幫我們搭好了，加深的代碼就是我們添加的控制代碼。
至此，我們的嵌入式操作系統已經配置完了。
（2）FATFS文件系統
文件系統可以讓我們數據規范化的保存和傳遞，對於一般的小型嵌入式應用，如果需要實現數據可視化，一個好的文件系統可以提供極大的幫助。舉個例子，比如我們做了一個記錄空氣溫度，濕度的設備，數據記錄后上傳給服務器，再在后台處理，傳遞的方式一種是直接通過一些通訊方式，比如USART,SPI,IIC等，但是這些都會涉及到通訊協議，還有一種方式是直接將存有數據的文件，比如CSV,TXT文件，傳遞給后台。顯然，傳遞文件的形式肯定更受歡迎，相應的API也方便調用，這就是使用文件系統的必要性。
說起文件系統，就必須要談到內存的問題了，這個內存不是我們之前說的運行內存（RAM），因為這些內存掉電以后數據就消失了，而是硬盤內存。然而，STM32H743自帶的FLASH只有2M，還要考慮到程序和常量的存放問題，所以我們一般是需要外部擴展內存的。這里需要用到QSPI接口拓展一個32MB的FLASH（NAND FLASH和SD卡也是不錯的選擇，這里選擇SPI FLASH的原因是我們的最小系統板已經幫我們擴展好了這樣一塊內存，就直接拿來用了，當然你再買一塊SD卡插在SD卡槽里也是沒有問題的，外設需要再相應的配置一下）
在CUBEMX的幫助下，我們配置FATFS文件管理系統的效率將會大大提升：
首先，在主界面，將FTAFS配置為User-define，這樣一來，我們就可以自定義接口操作了。
然后進入configuration界面，對FATFS進行詳細配置：
這當然還沒結束，我們現在僅僅是把這個框架搭了起來，打開工程文件后，我們還要在user-diskio.c里面配置我們的讀寫API接口，顯然，這里我們要將文件管理系統和SPI FLASH聯系起來，因此，具體操作如下：
1 ... ... 2 /* USER CODE BEGIN DECL */ 3 4 /* Includes ------------------------------------------------------------------*/ 5 #include <string.h> 6 #include "ff_gen_drv.h" 7 8 #include "atk_w25qxx.h" 9 #define SPIFLASH_SECTOR_SIZE 512 10 #define FLASH_SECTOR_COUNT 1024*25*2 11 #define FLASH_BLOCK_SIZE 8 12 /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/ 13 /* Private define ------------------------------------------------------------*/ 14 15 /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ 16 /* Disk status */ 17 static volatile DSTATUS Stat = STA_NOINIT; 18 19 /* USER CODE END DECL */ 20 ... ... 21 DSTATUS USER_initialize ( 22 BYTE pdrv /* Physical drive nmuber to identify the drive */ 23 ) 24 { 25 /* USER CODE BEGIN INIT */ 26 Stat = STA_NOINIT; 27 Stat = RES_OK; 28 return Stat; 29 /* USER CODE END INIT */ 30 } 31 ... ... 32 DSTATUS USER_status ( 33 BYTE pdrv /* Physical drive number to identify the drive */ 34 ) 35 { 36 /* USER CODE BEGIN STATUS */ 37 Stat = STA_NOINIT; 38 Stat = RES_OK; 39 return Stat; 40 /* USER CODE END STATUS */ 41 } 42 ... ... 43 DRESULT USER_read ( 44 BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber to identify the drive */ 45 BYTE *buff, /* Data buffer to store read data */ 46 DWORD sector, /* Sector address in LBA */ 47 UINT count /* Number of sectors to read */ 48 ) 49 { 50 /* USER CODE BEGIN READ */ 51 for(;count>0;count--){ 52 W25QXX_Read(buff,sector*SPIFLASH_SECTOR_SIZE,SPIFLASH_SECTOR_SIZE); 53 sector++; 54 buff+=SPIFLASH_SECTOR_SIZE; 55 } 56 return RES_OK; 57 /* USER CODE END READ */ 58 } 59 ... ... 60 DRESULT USER_write ( 61 BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber to identify the drive */ 62 const BYTE *buff, /* Data to be written */ 63 DWORD sector, /* Sector address in LBA */ 64 UINT count /* Number of sectors to write */ 65 ) 66 { 67 /* USER CODE BEGIN WRITE */ 68 /* USER CODE HERE */ 69 for(;count>0;count--){ 70 W25QXX_Write((u8*)buff,sector*SPIFLASH_SECTOR_SIZE,SPIFLASH_SECTOR_SIZE); 71 sector++; 72 buff+=SPIFLASH_SECTOR_SIZE; 73 } 74 return RES_OK; 75 /* USER CODE END WRITE */ 76 } 77 ... ... 78 DRESULT USER_ioctl ( 79 BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber (0..) */ 80 BYTE cmd, /* Control code */ 81 void *buff /* Buffer to send/receive control data */ 82 ) 83 { 84 /* USER CODE BEGIN IOCTL */ 85 DRESULT res = RES_ERROR; 86 switch(cmd){ 87 case CTRL_SYNC: 88 res = RES_OK; 89 break; 90 case GET_SECTOR_SIZE: 91 *(WORD*)buff = SPIFLASH_SECTOR_SIZE; 92 res = RES_OK; 93 break; 94 case GET_BLOCK_SIZE: 95 *(WORD*)buff = (WORD)FLASH_BLOCK_SIZE; 96 res = RES_OK; 97 break; 98 case GET_SECTOR_COUNT: 99 *(DWORD*)buff = FLASH_SECTOR_COUNT; 100 res = RES_OK; 101 break; 102 default: 103 res = RES_PARERR; 104 break; 105 } 106 return res; 107 /* USER CODE END IOCTL */ 108 } 109 ... ...
這時我們的文件管理系統才算配置完成，但是如果想要運行，還需要對這個磁盤格式化，也就是說，讓我們操作的最小扇區大小和磁盤格式化的單元大小一致（512B），我們通過將SPI FALSH以USB的方式連接到PC上，再在PC上對其格式化。
（3）USB DEVICE
USB_DEVICE屬於中間層的軟件，基於底層的外設USB_OTG_FS或者USB_OTG_HS，由於后者需要額外配置高速的物理層，在本應用中我們使用前者，該軟件可以配置為多種應用，本應用中我們配置為大容量存儲設備MSC（最后一個），這樣配合文件管理系統可以方便的管理我們設備中的數據和文件。
在configuration界面也無需對其進行更改，按照默認的參數即可。但是運行USB_DEVICE軟件必須用較大的堆內存（heap）支持，否則會運行失敗，因此在生成文件的設置中，我們將heap的內存由512B 增大為8KB.
生成軟件后，我們還需要配置對應的接口，將USB與SPI FLASH聯系起來，具體接口在usbd_storage_if.c文件里，主要是讀寫接口的配置，另外最好在使用之前使能USB電壓檢測。
... ... int8_t STORAGE_Read_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len) { /* USER CODE BEGIN 6 */ W25QXX_Read(buf,blk_addr*512,blk_len*512); return (USBD_OK); /* USER CODE END 6 */ } ... ... int8_t STORAGE_Write_FS(uint8_t lun, uint8_t *buf, uint32_t blk_addr, uint16_t blk_len) { /* USER CODE BEGIN 7 */ W25QXX_Write(buf,blk_addr*512,blk_len*512); return (USBD_OK); /* USER CODE END 7 */ } ... ...
在usb_device.c中使能電壓檢測：
void MX_USB_DEVICE_Init(void) { /* USER CODE BEGIN USB_DEVICE_Init_PreTreatment */ /* USER CODE END USB_DEVICE_Init_PreTreatment */ /* Init Device Library, add supported class and start the library. */ USBD_Init(&hUsbDeviceFS, &FS_Desc, DEVICE_FS); USBD_RegisterClass(&hUsbDeviceFS, &USBD_MSC); USBD_MSC_RegisterStorage(&hUsbDeviceFS, &USBD_Storage_Interface_fops_FS); USBD_Start(&hUsbDeviceFS); /* USER CODE BEGIN USB_DEVICE_Init_PostTreatment */ HAL_PWREx_EnableUSBVoltageDetector(); /* USER CODE END USB_DEVICE_Init_PostTreatment */ }
最后測試后我們獲得：
可以看到，我們的上層應用USB DEVICE和FATFS都運行正常，windows系統下查看其目錄：
這兩個文件就是我們剛才在STM32中創建的。
（4）觸摸屏驅動
我們的顯示屏與MCU是通過40-pin軟排線連接起來的，這40根線中，除了控制顯示屏必須的LTDC接口線外，還有IIC線，用於完成觸摸屏的位置讀取功能。顯示屏的型號是7016，這種顯示屏的觸摸驅動芯片是GT911，對此，我們需要編寫專門的驅動軟件，好在已經有人寫過相關的控制例程，我們只需要把里面的驅動軟件拷貝過來即可。
我們將這幾個文件復制到工程目錄下，atk是指開發作者為正點原子團隊，ctiic是IO驅動，里面包含了IIC控制總線的驅動程序，gt911是觸摸驅動芯片GT911的驅動軟件，主要是配置芯片的初始化程序以及信號IO配置等，touch是較上層的驅動軟件了，也是我們開發時主要需要參考的文件。
文件加入工程后，我們在程序中運行觸摸屏的初始化代碼（先要初始化顯示屏），再運行觸摸屏的測試程序：
②硬件
我們再復習一下上面提到的各種硬件設備，並附圖：
1-顯示屏
我們用的顯示屏類型為RGB顯示屏，色彩配置為RGB565（如果是ARGB8888，那需要的運行內存就要大一倍，小的嵌入式應用沒有這個必要，565色彩已經很豐富了），大小為7inch，型號為7016（像素1024*600），通過LTDC接口與CPU交流，接線中通過40-pin的軟排線連接
2-內存
（1）SDRAM
該內存主要用於申請顯示屏的運行內存，也是我們的最小系統板幫我們拓展好的（貼心），大小32MB（實際只用到1.2MB左右），內存地址0XC0000000，通過FMC接口與CPU交流
下圖我們程序的運行內存，可以看到，運行內存差不多也就1.2MB多一點，和我們的理論值差不多
（2）SPI FLASH
這部分的內存是給我們的文件系統的，或者存放中文字庫也可以，可以用SD Card或者其他內存盤代替。所用硬件為W25Q256，通訊方式為SPI，大小32MB
（3）SD Card
等我什么時候買了SD卡再更新吧
3-USB
由於該最小系統板只集成了最基礎的USB硬件，沒有集成高速物理芯片，因此我們只能使用USB_OTG_FS功能。
4-傳感器
③數據處理
本設計中用到了DSP，先簡單介紹一下DSP：DSP全稱Digital Signal Process，數字信號方法，我們在獲取一段數字信號后，經常會對這段信號進行一些處理，比如濾波，提取特征，時頻域轉換等，這些操作當然也可以通過自己編寫代碼的方式實現，但是DSP芯片的出現就大大加速了中間的計算速度，這都要歸功於DSP芯片對於數據處理方式，比如一般我們處理兩個32位數的相乘可能需要幾個機器周期，但是，在DSP指令集的幫助下，只需一個周期即可完成該運算。
DSP芯片指的是包含了DSP指令集的微處理器，STM32F1,F3系列的芯片是Cortex-M1和Cortex-M3架構，不包含DSP指令集，我們用的芯片是STM32H743，是Cortex-M7架構的，包含了FPU運算單元（一種加快浮點數運算的物理單元）和DSP指令集，另外，已有現成的DSP庫可供我們使用，這些庫中包含了很多方便的信號處理算法：
我們重點需要用到最后一個庫，TransformFunctions。包括復數 FFT（CFFT）/復數 FFT逆運算（ CIFFT）、實數 ）、實數 FFT（RFFT）/實數 FFT逆運算（ RIFFT）、和 ）、和 DCT（離散余弦變換）和配套的初始化函數。
使用相關的庫需要我們手動將庫文件添加進工程中，並且添加全局宏定義ARM_MATH_CM7,__CC_ARM,ARM_MATH_MATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING：
配置完后，我們就可以調用其中的函數對我們的數據處理了。這里我們自己利用三角函數創建一個波形
即：A(t) = 10sin(w1*t)+30*sin(w2*t)+5*cos(w3*t)，然后利用STM32的硬件隨機數添加噪聲，產生的時域波形在顯示屏上表現為：
圖中，上面的是波形圖，下面的是頻譜圖，可以看到，在頻率等於2，5，10三個位置，頻譜的能量遠大於其他頻率的能量值。通過仿真器我們可以進一步讀出頻率段的能量值：
在仿真器中，我們可以看到傅里葉變換結果中，頻率為0，2，5，10的能量值尤為突出，但0頻率值我們一般不予考慮（多由於環境因素造成），而且這三個能量的比值為5108:15392:2607，和我們在時域上定義的值10：30：5剛好對應，證明了DSP庫函數的科學性。在這里，我們還可以用定時器統計進行一次傅里葉轉換所需要的時間：
配置一個通用定時器（工作頻率200MHZ），分頻系數設置為199(每1us計數一次)，通過讀取CNT寄存器的數值，可以計算代碼運行時間：
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim7,0); HAL_TIM_Base_Start(&htim7); FFT_Transform_test(); HAL_TIM_Base_Stop(&htim7); sprintf(ForPrint,"time(us):%5d",__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim7)); LCD_ShowString(300,500,200,24,24,ForPrint);
我們可以得到，計算一次傅里葉轉換+波形顯示所需要的時間大約為8ms，因而在我們的嵌入式實時操作系統中，可以設置較低的刷新頻率（10HZ左右），以實現實時計算頻譜。
④GUI界面設計
相信到這一步，基本工作已經做完了，后面的工作就比較有趣了，主要是在FreeRTOS框架下編寫GUI庫，設計界面。