پروگرامر و دیباگر ST-link V1.3

پروگرامر و دیباگر ST-Link یک ابزار سخت‌افزاری است که برای پروگرام و دیباگ میکروکنترلرهای خانواده STM32 طراحی شده است. این ابزار توسط شرکت STMicroelectronics ارائه می‌شود و امکان ارتباط با میکروکنترلر از طریق رابط‌های استاندارد مانند SWD (Serial Wire Debug) یا JTAG را فراهم می‌کند.
کاربردهای ST-Link

پروگرام کردن میکروکنترلر:
با استفاده از ST-Link می‌توانید کدهای باینری یا هگز را روی حافظه فلش میکروکنترلر STM32 آپلود کنید.
این فرآیند از طریق نرم‌افزارهایی مانند STM32CubeProgrammer یا ST Visual Programmer (STVP) انجام می‌شود.

دیباگ کردن کد:
ST-Link امکان دیباگ کدهای اجرایی روی میکروکنترلر را با استفاده از محیط‌هایی مانند Keil uVision، STM32CubeIDE یا IAR Embedded Workbench فراهم می‌کند.
قابلیت‌هایی مانند مشاهده مقادیر رجیسترها، متغیرها و توقف برنامه (Breakpoints) برای بررسی مشکلات در برنامه‌نویسی قابل استفاده هستند.

ارتباط با نرم‌افزارها:
از طریق ST-Link می‌توانید داده‌ها را با میکروکنترلر رد و بدل کنید. این امکان در مواقع تست، عیب‌یابی و تغییر مقادیر پارامترهای در حال اجرا بسیار مفید است.

خواندن و نوشتن حافظه فلش و EEPROM:
می‌توانید محتوای حافظه فلش یا EEPROM داخلی میکروکنترلر را بخوانید یا تغییر دهید.

پیکربندی فیوز بیت‌ها و تنظیمات اولیه:
با ST-Link می‌توانید تنظیمات خاصی مانند بوت مود (Boot Mode) یا سرعت کلاک را روی میکروکنترلر اعمال کنید.

انواع ST-Link

ST-Link/V2:
نسخه‌ی متداول و پراستفاده که از پورت USB برای ارتباط با رایانه استفاده می‌کند.
قابلیت پشتیبانی از خانواده‌های STM32 را دارد.

ST-Link/V3:
نسخه‌ی جدیدتر با سرعت بیشتر و قابلیت‌های پیشرفته‌تر.
شامل پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف و امکان استفاده در سیستم‌های حرفه‌ای.

ST-Link on-board:
در برخی بردهای توسعه (مانند Nucleo و Discovery) یک نسخه‌ی داخلی ST-Link تعبیه شده است که نیازی به ابزار خارجی ندارد.

مزایای استفاده از ST-Link

سرعت بالای پروگرام و دیباگ.
پشتیبانی از طیف وسیعی از میکروکنترلرهای STM32 .
سهولت استفاده با نرم‌افزارهای متنوع.
قابل اعتماد و استاندارد برای پروژه‌های حرفه‌ای.

نحوه اتصال ST-Link به میکروکنترلر

از طریق پین‌های SWD یا JTAG:
SWCLK (Clock): پین کلاک سریال.
SWDIO (Data): پین داده.
GND: زمین.
VCC: تغذیه (برای تشخیص ولتاژ کاری).

با این ابزار، فرآیند توسعه و عیب‌یابی نرم‌افزارهای مبتنی بر STM32 بسیار ساده‌تر و سریع‌تر می‌شود.

پایه SWO (مخفف Serial Wire Output) یکی از پایه‌های رابط SWD (Serial Wire Debug) است که در میکروکنترلرهای STM32 و برخی دیگر از تراشه‌های مشابه استفاده می‌شود. این پایه برای ارسال داده‌های دیباگ به صورت سریال و در زمان واقعی (real-time) از میکروکنترلر به کامپیوتر به کار می‌رود.
کاربرد پایه SWO

نمایش داده در زمان واقعی:
از طریق SWO می‌توانید مقادیر متغیرها، لاگ‌ها و پیام‌های دیباگ را در هنگام اجرای کد روی میکروکنترلر مشاهده کنید.
این امکان به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند بدون وقفه در اجرای برنامه، داده‌ها را بررسی کنند.

پروفایلینگ و تحلیل عملکرد:
از SWO برای ثبت و مشاهده اطلاعات زمان‌بندی و رویدادهای سیستم می‌توان استفاده کرد. به عنوان مثال:
اندازه‌گیری مدت زمان اجرای توابع.
ثبت زمان وقوع وقفه‌ها.
نظارت بر مصرف پردازنده (CPU load).

مانیتورینگ داده‌ها:
SWO برای مانیتور کردن مقادیر رجیسترها یا وضعیت داخلی سیستم استفاده می‌شود. این ویژگی برای یافتن خطاهای منطقی یا بهینه‌سازی کد بسیار مفید است.

ارسال داده از طریق printf:
با تنظیم درست محیط توسعه، می‌توانید از تابع printf برای ارسال داده‌ها به کامپیوتر استفاده کنید. این داده‌ها از طریق SWO ارسال می‌شوند و در پنجره دیباگ IDE قابل مشاهده هستند.

نحوه کار SWO

پایه SWO بخشی از پروتکل SWD است و از ITM (Instrumentation Trace Macrocell) برای ارسال داده استفاده می‌کند.

ITM یک ماژول داخلی در میکروکنترلرهای ARM Cortex-M است که امکان ارسال داده‌های مربوط به دیباگ و ردیابی (Trace) را فراهم می‌کند.
داده‌ها از طریق SWO به ابزار دیباگ (مانند ST-Link) منتقل می‌شوند و سپس توسط نرم‌افزارهایی مانند STM32CubeIDE یا Keil نمایش داده می‌شوند.

راه‌اندازی SWO

اتصال سخت‌افزار:
پایه‌های SWDIO، SWCLK و GND برای دیباگ استاندارد ضروری هستند.
پایه SWO باید به ابزار دیباگ (مانند ST-Link) متصل شود.

پیکربندی نرم‌افزار:
در IDE (مانند Keil یا STM32CubeIDE) باید:
دیباگ را روی حالت SWD تنظیم کنید.
پایه SWO و ITM را فعال کنید.
سرعت کلاک سیستم را تنظیم کنید.

نمایش داده‌ها:
از بخش Trace در IDE برای مانیتور کردن داده‌های ارسال‌شده از SWO استفاده کنید.

مزایای استفاده از SWO

ارسال داده‌ها با کمترین تأخیر.
اشغال نکردن منابع اضافی (مانند UART).
امکان تحلیل رویدادها و ثبت داده‌های پیچیده در زمان واقعی.
ساده‌تر کردن فرآیند دیباگ و بررسی عملکرد سیستم.

محدودیت‌ها

پایه SWO تنها در حالت دیباگ SWD فعال است و در JTAG در دسترس نیست.
برخی میکروکنترلرها ممکن است از این قابلیت پشتیبانی نکنند.
برای استفاده به ابزار دیباگ مناسب (مانند ST-Link) نیاز است.

با تنظیم و استفاده صحیح از این پایه، می‌توانید فرآیند دیباگ و توسعه سیستم را بهبود دهید.

پروگرامر ST-Link توسط نرم‌افزارهای مختلفی پشتیبانی می‌شود که برای پروگرام و دیباگ میکروکنترلرهای STM32 و STM8 طراحی شده‌اند. در زیر فهرستی از نرم‌افزارهای محبوب که از ST-Link پشتیبانی می‌کنند آورده شده است:
1. STM32CubeProgrammer

کاربرد: پروگرام کردن و مدیریت میکروکنترلرهای STM32.
ویژگی‌ها:
پروگرام حافظه فلش داخلی و خارجی.
مدیریت بوت‌لودر.
خواندن و نوشتن داده روی حافظه.
پشتیبانی از رابط‌های SWD، JTAG و UART.
جایگزین ST-Link Utility: این نرم‌افزار به عنوان جایگزین رسمی ST-Link Utility ارائه شده است.

2. STM32CubeIDE

کاربرد: یک محیط توسعه یکپارچه (IDE) برای برنامه‌نویسی، دیباگ و پروگرام کردن STM32.
ویژگی‌ها:
ابزار دیباگ داخلی با پشتیبانی از ST-Link.
پشتیبانی از پایه SWO برای مشاهده داده‌های Trace.
یکپارچگی با ابزارهای دیگر ST.

3. Keil uVision (MDK-ARM)

کاربرد: محیط توسعه محبوب برای برنامه‌نویسی و دیباگ میکروکنترلرها.
ویژگی‌ها:
دیباگ با استفاده از ST-Link.
پشتیبانی از SWD و JTAG.
قابلیت استفاده از SWO برای Trace داده.

4. IAR Embedded Workbench

کاربرد: محیط توسعه حرفه‌ای برای میکروکنترلرها.
ویژگی‌ها:
پشتیبانی از ST-Link برای دیباگ و پروگرام.
ابزار پیشرفته برای Trace و پروفایلینگ.
قابلیت مشاهده داده‌های SWO.

5. Atollic TrueSTUDIO (ادغام شده در STM32CubeIDE)

کاربرد: قبلاً یک IDE مستقل برای STM32 بود، اما اکنون با STM32CubeIDE ادغام شده است.

6. STVP (ST Visual Programmer)

کاربرد: مخصوص پروگرام کردن میکروکنترلرهای STM8.
ویژگی‌ها:
پروگرام و پاک کردن حافظه.
تنظیمات Fuse و Option Bytes.

7. OpenOCD (Open On-Chip Debugger)

کاربرد: یک ابزار متن‌باز برای دیباگ و پروگرام میکروکنترلرها.
ویژگی‌ها:
پشتیبانی از ST-Link برای دیباگ ARM Cortex-M.
مناسب برای توسعه‌دهندگان لینوکس و سیستم‌های متن‌باز.

8. Segger Ozone (با تبدیل ST-Link به J-Link)

کاربرد: ابزار دیباگ پیشرفته برای میکروکنترلرها.
ویژگی‌ها:
نیاز به تبدیل ST-Link به J-Link.
ابزار قدرتمند برای Trace و پروفایلینگ.

9. PlatformIO

کاربرد: یک محیط توسعه متن‌باز و چندپلتفرمی.
ویژگی‌ها:
پشتیبانی از ST-Link برای پروگرام و دیباگ.
مناسب برای توسعه‌دهندگان آردوینو و میکروکنترلرهای حرفه‌ای.

10. PyOCD

کاربرد: ابزار متن‌باز برای دیباگ و پروگرام ARM Cortex-M.
ویژگی‌ها:
سبک و قابل استفاده در پروژه‌های Python.
پشتیبانی از ST-Link.

11. Flash Loader Demonstrator

کاربرد: ابزاری برای پروگرام میکروکنترلرهای STM32 از طریق UART.
ویژگی‌ها:
نیازی به ST-Link ندارد، اما در صورت استفاده از آن، اتصال آسان‌تر می‌شود.

این نرم‌افزارها به شما کمک می‌کنند تا با استفاده از ST-Link فرآیند پروگرام و دیباگ را به صورت حرفه‌ای انجام دهید. انتخاب نرم‌افزار مناسب بسته به نیاز شما (مانند پروگرام ساده، دیباگ پیشرفته یا توسعه نرم‌افزار) متغیر است.