ARMマイコンSTM32の学習におすすめの開発環境【初心者必見】

マイコンの学習を始めようとしてマイコンを選択した後の課題がマイコンの開発環境についてです。

具体的には以上のことではないでしょうか。
筆者も組み込みを始めた当初、マイコンをSTM32にターゲットを絞り、具体的に開発するためのツールに関する情報を集めるには結構苦労しました。

マイコンSTM32シリーズの開発環境は世界的に見ても人気のあるマイコンのため選択肢がないのではなくむしろ多すぎるため自分に最も適した開発環境がどれかを絞ることが難しかったからです。

今でも開発環境についての情報は便利なツールも含め更にふえたので入門者ではどれから始めたらよいのかますます困難でしょう。これまで筆者がたどってきた選択のポイントを顧みながら今では当面はこれを使っておけばよいといったものを紹介しましょう。

筆者は使用制限のない開発環境を構築したくフリーの総合開発環境のプラットフォームであるEclipseをベースにしたSTM32開発環境の構築もしてきました。自由度があり一度安定したものは自己満足感満載で使いやすくよかったのですが、マイコン仕様変更の際にはプロジェクト再構築やコンパイラの指定などが結構煩わしくとにかく手間ひまかかりました。

手作りで開発環境を構築するのが趣味であればよいかもしれませんが仕事や学習などを優先させたい場合は貴重な時間を技能習得などに割くべきで開発環境を自分で構築するのは避けたほうがよいでしょう。

STM32シリーズでは以前よりスタンダードペリフェラルライブラリ（SPL）と呼ばれるファームウェアライブラリが利用できます。このライブラリはよくできており、インターネット、書籍でも解説記事は多いので使い方に関しての情報は十分取得できます。ハードウェア寄りで具体的なものだからマイコンの学習にはこちらをすすめます。

対して、最新の開発環境ツールではファームウェアライブラリは最新のマイコンにも対応できるように一新（SPLに対してHAL、LLと呼ばれるライブラリ）されているため、今後新しいマイコンの新規開発ではこちらを使うべきなのですが、HALとLLファームウェアライブラリのまとまった解説情報はあまりない状況です。

また、HALコードは抽象化されているためSPLで理解したあとで使用することをすすめます。今後はこちらが主流となるため、解説記事なども増えて使いやすくなるのでしょうが、入門者には敷居が低くなったようにも見えますが向いていないように感じられます。SPLでマイコンの基礎を十分に身に着けてから使用するとHAL、LLには容易に移行できますのでまずじっくり腰を据えて基礎固めに徹してください。

実際のところツールになにを選べばよいかの話に戻りますが、STM32専用開発環境のIDE（総合開発環境）がよくSTマイクロ社公式のIDEであるTrueSTUDIOが最強です（正確にいえば最強でした）。Eclipseベースでとても使いやすい環境です。機能制限がなく、コンパイラからデバッガまですべてオールインワンでプログラム作成からプログラム転送まで簡単に実現できる開発環境です。

このIDEとの組み合わせで視覚的に周辺機能などの機能を選択するとコードを自動生成してくれるアプリであるSTM32CubeMXもありますが学習段階では自動生成は使う必要はないでしょう。

この原稿を作成している現在は、IDEのTrueSTUDIOと自動生成ツールSTM32CubeMXを統合したSTM32CubeIDEがSTマイクロ純正のIDEとして主流となっています。同時にTrueSTUDIOは新規開発には非奨励対象となりました。

STM32CubeIDEはコード自動生成などの最新のツールも含まれています。ただし、生成されるコードはHALライブラリですのでファームウェアライブラリSPLが使用できる開発環境でSTM32の基礎技能を一通り習得した段階でこのツールを使うと大いに便利でしょう。

いきなりすべての機能を使いこなすのは困難でツールに振り回されます。最新ツールを使うのはインターネットで使いこなすための十分な情報がでるようになってからでもよいでしょう。楽しみはあとにとっておいてください。

マイコンへのプログラム転送書き込みでは数種類の方法があるなかでSWD方式のST-Link/V2を使用します。詳細は「開発環境構築」および「実装」で解説します。当サイトで教材ボードとして使用するNUCLEO-F103RBにはST-Link/V2が含まれています。

ここでは、このサイトの教材(Nucleo-STM32F103RB)を使用するための開発環境として、SPLおよびFreeRTOSを組み込んだ仕様を構築します。STM32CubeIDEの開発環境仕様として最も軽快なものではないでしょうか。

初めの手間はかかりますが、一度プロジェクトを構築して無事動作すればアプリごとに転用できます。
このサイトでは使用しませんが、STM32CubeIDEにはコード自動生成機能もありますので、ある程度慣れてきてから挑戦してみてはいかがでしょうか。

STM32マイコンの開発環境として使用するSTM32CubeIDEのダウンロードからインストールまでに関しましてはインターネットで十分な情報が得られますので詳細は割愛します。インストール半ばでST-Link関連のコンポーネントチェック選択箇所がありますのでチェックを入れておいてください。SEGGER-Jlinkドライバは使用しないのでチェックを外しておいてもよいです。

Cコードでのソース・ファイルが完成したあとはビルド(build)を行い、コンパイル・リンクを経て実行ファイルを作成します。
メニュー「Project」-「Build Project」の順にクリックすると実行ファイルまで作成してくれます。

コンパイルとはCコードで記述されたソース・ファイルをオブジェクトコードのファイルに変換することです。変換されたファイルの拡張子は.oで、プロジェクト内の「Debug」フォルダ内に格納されます。

エラーもなくビルドが無事成功するとプロジェクトツリー内で「Binaries」フォルダが作成されて拡張子elfのファイルがあるはずです。同時に拡張子binのバイナリ実行ファイルも作成されています。ここまでくれば後はデバッガST-Linkでマイコンに実行ファイルを転送するだけです。

ビルドで作成された実行ファイルをマイコンのフラッシュメモリに転送（書き込み）して初めてマイコンが機能するようになります。転送用ツールはST-LINKデバイスを使用します。

マイコン側とデータのやり取りにARM通信規格のSWD方式を採用しています。SWDとは2本の信号（SWCLKとSWDIO）でデータを書き込む方式です。

転送用ツールのST-LINK(V2)はPC側にはUSB、マイコン側にはSWDの信号線2本およびGNDの合計3本を接続すれば構成は完成です。ST-LINKはV1ではSTM32CubeIDEで機能しないためV2以上が必要です。

以上で、STM32マイコンの開発環境構築からプログラム転送まで解説してきました。あとは実際に動作させてみて順調に転送書き込みが正常に完了するまである程度の試行錯誤を繰り返しながら経験してみてください。

プログラムも含めて、初回で転送まで成功することはないものですが、なんらかの不具合には必ず原因がありますので、自力で原因を探しあてて解決できるようになるのもスキルの一つです。

STM32CubeIDEの具体的な操作方法（コンパイラ・ビルドおよび転送方法）に関しましては、ここでは詳細は解説しませんが、これに関しましてはインターネットで豊富な情報がありますのでそちらを参考にしてください。STM32CubeIDE はeclipseベースですのでeclipse関連の情報が役に立つのではと思います。

組み込み開発環境でよく使われる用語について解説しておきます。知っておかなければならない用語でもないのですが、よく耳にする言葉なのでいちど理解しておいてください。

セルフ環境とは開発環境と実行環境が同じもので例えばPCでVisual C#などをつかってアプリケーション開発を行う環境です。対して、クロス環境は開発環境と実行環境が別でそれ自体に開発環境を持たない組み込み機器で動かすアプリケーションを別のパソコン上で開発する環境のことです。組み込み機器ではさまざまなCPUやOSが使用されるためクロス環境で開発が行われます。