從繁至簡，顛覆傳統設計的云端開發――極具性價比的STM32F401 Nucleo開發板評測

曾聽一位前輩說過，在電子產業，原地踏步或是前行緩慢，實則是在退步，非常危險。如今看來，確實如此，摩托羅拉、諾基亞移動等都成了生動的例子。而作為更新周期較快的嵌入式半導體行業，競爭同樣激烈，前有Atmel 推出的Xplained Pro平臺生態圈，現又出現了意法半導體的Nucleo系列板卡。

Nucleo是意法半導體加入ARM embed項目后的又一個風格系列板卡，有兩個鮮明的特點：1.兼容Arduino UNO R3 Shield擴展板、2. 支持ARM embed項目。或許有人會有疑問，什么是ARM embed項目?mbed是一個面向ARM Cortex-M系列處理器的原型開發平臺，主要用于培育物聯網(IoT)的協作項目，包括了免費的軟件庫(SDK)，硬件參考設計(HDK)和在線工具(Web)三部分，為用戶提供簡單、方便快捷的基于ARM Cortex-M處理器的MCU開發、調試等操作。最近，也拿到了一款由貿澤電子提供的基于ARM Cortex-M4處理器的意法半導體Nucleo系列板卡——STM32F401 Nucleo，這是意法半導體不久前才推出的板卡，在驚嘆于貿澤電子能第一時間拿到貨源的同時也非常感謝貿澤電子將板子提供評測，讓廣大網友第一時間體驗ST的最新板卡。

STM32F401 Nucleo開發板

拿到STM32F401 Nucleo開發板第一感覺就是“改變了”，變好看了，同樣是STM32F系列板卡的包裝，但是板卡不再是最常見的綠色PCB板，這是一塊精致小巧的乳白色板卡，讓人過目不忘，在包裝盒上板卡的特點介紹中我們還能看到特別標注的mbed-enabled功能。

STM32F401 Nucleo開發板

從包裝中取出板卡，精致小巧，僅有成人的巴掌那般大小。板卡布局也一目了然，被很好的分為微控制器部分以及調試器部分，下面一起先了解下STM32F401 Nucleo板卡主要有哪些特點。

STM32F401 Nucleo開發板正面

STM32F401 Nucleo開發板反面

STM32F401 Nucleo開發板擴展IO接口定義圖

STM32F401 Nucleo開發板硬件原理框圖

STM32F401RET6微控制器，基于ARM Cortex-M4處理器，帶DSP，最高支持84MHz主頻

支持Arduino UNO R3 Shield擴展板，微控制器所有IO口引腳通過排針座引出

ST-LINK/V2-1調試器，支持對外部微控制器調試

3個LED：一個USB通訊LED、一個電源LED、一個用戶LED;兩個機械按鍵：復位、用戶

USB接口的3個不同功能：虛擬串口、容量存儲、調試接口

3種不同供電方式：mini USB接口供電、IO引腳用電、通過Arduino UNO R3 Shield接口供電

支持Keil、IAR、embed在線IDE的設計工具

帶FPU單元的微控制器STM32F401RE

STM32F401 Nucleo開發板包含了STM32F系列板卡慣有的機械按鍵、LED指示燈、mini USB調試接口，眾多IO口外設通過排針座引出等功能，除此之外，也有與眾不同之處，如兼容Arduino Shield接口，并且可以通過Arduino Shield擴展接口給板卡供電，板卡搭載了STM32F401RET6核心微控制器，基于32位的高性能ARM Cortex-M4處理器，帶FPU單元，最高能支持84MHz主頻，見下圖。

STM32F401RET6微控制器

STM32F401RET6微控制器硬件框圖

STM32F401RET6微控制器采用了1.7V~3.6V供電，集成了512KB Flash以及96KB SRAM，最大可支持擴展50個GPIO口，集成USB OTG功能，定時器*8、SPI*3、I2S*2、I2C*3、USART*3、SDIO*1、12位ADC*1等，更具有意法半導體獨有的自適應實時(ART)加速器，可以實現從512KB片上閃存執行代碼零等待狀態，這在愛板網先前評測的STM32F429I Discovery開發板的STM32F429ZIT6U微控制器中也有介紹，功能也是一樣的。

與STM32F429ZIT6U微控制器相比，MCU STM32F401RET6雖然基于同樣的M4處理器，但是無論是功能或者性能都有不少的差距，而且面向的領域不同。如果細細觀察則能發現其功能與愛板網評測過的Atmel SAMG53-XPRO板卡中的微控制器特點類似，同樣是面向傳感器集線器類的應用。

STM32F429ZIT6U微控制器傳感器集線器應用

當然，除此之外STM32F401RE微控制器同樣可以適用于其他不同的應用領域，如管理醫療和移動應用或現場總線驅動的工業傳感器模塊等領域。

STM32F401 Nucleo開發板上電使用

事實上，STM32F401 Nucleo開發板的硬件組成確實很簡潔，在基本了解其硬件原理后我們試著上電啟動玩玩。首先，老規矩，自己準備一根miniUSB線，連接電腦上電啟動。上電后，可以看到首先USB通訊LED點亮，其次電源LED點亮，緊接著，黃色用戶LED閃爍，此時按一下板卡上的用戶機械按鍵，用戶LED切換閃爍頻率，這是開發板自帶的出廠程序功能。

STM32F401 Nucleo開發板上電啟動

同時，電腦上會提示安裝驅動，主要是虛擬串口及ST-LINK的驅動，先不管放一邊，打開電腦上的計算機硬盤分配空間，發現多出一個可用空間為512KB 的Nucleo的盤符。

開發板內置528KB 存儲

Flash中的文件內容

點擊進入后發現有一個網頁鏈接以及一些系統文件(隱藏的)。此時可以打開網頁鏈接圖標，網頁鏈接指向的地址為ST Nucleo F401RE開發板的資料站，即STM32F401 Nucleo開發板，包括板卡基本資料信息、在線IDE工具，討論區等，要確保完美的使用這些功能，我們首先需要做的是注冊一個賬號，這個賬號也就是你在開發STM32F401 Nucleo板卡時候的云端賬號，可以保存你的云端資料信息及代碼開發等情況，非常重要。

注冊mbed通行證

注冊完賬號就可以盡情享用STM32F401 Nucleo開發板了，在網頁下面可以看到此時板卡的固件可以更新，點擊下載最新的V2.J20.M4固件。

STM32F401 Nucleo開發板V2.J20.M4固件

更新固件需要通過USB通訊接口，所以我們要安裝之前未安裝的驅動，在ST官方資料庫中下載STM32F401 Nucleo開發板的USB驅動。下載的壓縮包中包含了32位系統以及64位系統不同的驅動，根據自己電腦的系統信息安裝對應的驅動文件。

STM32F401 Nucleo開發板資料

STM32F401 Nucleo開發板驅動

安裝完USB驅動文件后，我們就能通過USB通訊接口更新固件，打開固件更新程序

STM32F401 Nucleo開發板更新固件

STM32F401 Nucleo開發板固件更新完成

更新完固件，那就是萬事具備了，此時我們可以暢享在線IDE設計工具mbed，見下圖。

打開mbed在線IDE設計工具

mbed編譯器打開的速度取決于你的網速，打開后可以選擇相應的例程或是新建例程，選擇完成點擊OK。

mbed編譯器界面

正式進入到mbed編譯器界面，非常簡潔，筆者以剛選的PWM例程實際體驗了一把，點擊編譯后，編程生成的bin會自動下載到電腦上，見下圖。

編譯下載bin文件

然后呢?這是要如何將bin文件燒錄到開發板中?超級簡單，找到剛下載好的bin文件，直接復制或者拖動到STM32F401 Nucleo開發板的存儲中(一開始介紹的512KB Flash)，復位一下板卡就自動運行程序了，若是要更換其他例程，只需將你所需求的bin文件再次拖進Nucleo開發板的盤符中就行了，它會自動覆蓋原程序。

接著筆者又試了下開發板的串口程序，編譯->復制進U盤->打開串口工具，設置9600波特率，正常輸出數據。

STM32F401 Nucleo串口程序代碼

相對于目前常用的Keil、IAR等軟件mbed要方面多了，首先，不需要下載安裝軟件，其次，一個賬號足以，無論何時何地只有有網絡就可以進行在線設計開發。不過mbed在實際使用中也存在一些不足，而且可以說是硬傷，mbed僅僅適用于代碼的編寫以及編譯下載操作，無法執行調試，對于簡單的代碼程序還好，對于復雜的代碼程序在調試時無疑是不足的，如果需要更深入的分析軟件程序運行還是需要用到Keil、IAR等專業的IDE設計工具中的調試功能。

不過由于STM32F401 Nucleo開發板剛出來不久，需要使用Keil、IAR等軟件調試功能的朋友最好還是下載最新的IDE設計工具(老版本的IDE設計工具可能找不到此微控制器的庫文件)，筆者這里使用的是Keil 5版本，STM32F401 Nucleo開發板的例程可以在ST的官方資料庫中找到。

Keil 5例程

通過keil軟件調試

通過對STM32F401 Nucleo開發板的使用，我們感受到了一種全新的設計體驗，方便好用的云端設計，一個賬號，一臺可以聯網的電腦，即可在不同的沒有安裝專業的IDE設計工具的電腦上執行代碼編譯、下載等操作。不過在方便的同時也存在了不少令人擔憂的隱患，如云端賬號的問題，假設一個公司或者企業的重要項目，在云端開發真適合嗎?最近小米論壇800萬用戶數據的泄密不得不讓人們重視這個問題，而這也是筆者無法下定論的，可能就是個仁者見仁智者見智的問題。

小結

體驗了意法半導體全新系列的STM32F401 Nucleo開發板，精致小巧乳白色外觀，帶FPU單元、功能性能強大的STM32F401RE微控制器，板卡兼容Arduino Shield、支持ARM mbed在線編譯器，方便的U盤式下載程序，讓人們耳目一新，這對于喜歡簡單、喜歡嘗鮮的朋友是個非常不錯的選擇，況且，STM32F401 Nucleo開發板目前在貿澤電子僅有 68 RMB的報價，極具性價比，有需要的朋友可以去看看。