1. 简介
现代的嵌入式系统中，为了提高系统的性能和可靠性，常常采用分布式处理和多线程技术。其中，STM32是一款常用的微控制器，在很多嵌入式系统中都有应用。Linux则是一种优秀的操作系统，其开源的特性和强大的功能很好地满足了系统发展的需要。本文将介绍如何通过32linux和STM32的协同来提升嵌入式系统的性能。
2. STM32的特点
2.1 硬件特点
STM32是一款基于ARM Cortex-M内核的微控制器。它集成了丰富的外设和接口，包括多个串口、SPI接口、I2C接口、USB接口、CAN总线等等。这些特点使得STM32非常适合用于嵌入式设备的控制和数据处理。
2.2 软件开发
STM32的软件开发主要使用C语言和汇编语言进行。它支持标准的C库和一些常用的开发框架，如ST底层驱动、FreeRTOS和CMSIS等。这些框架可以帮助开发者快速实现系统的功能，并提升开发效率。
3. Linux的特点
3.1 开源和自由
Linux是一种免费且开源的操作系统，可以自由地获取并修改其源代码。其内核和大多数软件都遵循GPL（GNU通用公共许可证）条款，具有强大的可定制性和可扩展性。通过Linux，开发者可以将系统功能不断丰富扩展，以满足各种不同的需求。
3.2 多线程和安全性
Linux支持多线程，并提供了对线程的良好支持。多个应用程序在同一时间共享CPU和内存，大大提高了系统的运行效率。此外，Linux还具有良好的安全性，可以保护系统免受病毒和黑客攻击。
4. 32linux和STM32的协同
4.1 通信协议
32linux和STM32之间的通信可以采用SPI接口、I2C接口、UART接口、USB接口等多种方式。其中，SPI和I2C接口速度快、通信稳定，因此在实际应用中比较常用。在通信过程中，可以采用各种协议进行数据传输。比如，SPI接口可以使用SPI协议、I2C接口可以使用I2C协议等等。
4.2 系统架构
32linux和STM32的协同可以使用两种架构：Master-Slave和Peer-to-Peer。Master-Slave架构中，32linux作为主控，STM32作为从控。32linux控制系统的整体逻辑，而STM32负责执行具体的操作。Peer-to-Peer架构中，32linux和STM32都是平级的，分别控制系统的不同部分。这种架构可以提高系统的并行性和实时性，但要求开发者具有大量的经验和技术。
5. 应用案例
下面是一个使用32linux和STM32协同的实际案例。该系统以32linux为主控，STM32为从控，通过SPI接口通信，控制一组温度传感器的读取和控制。
5.1 系统硬件
本系统的主控为32linux，使用Raspberry Pi 4 Model B型号。从控为STM32F103C8T6型号，使用四个温度传感器，分别采用DS18B20型号，连接方式如下图所示：
+-----+ +-----------------+
| | | DS18B20-1 |
| | | +----------+ |
| | +----|----------|------+---+
+--| | | | DQ VDD GND |
| | | | +----------+---+----+
| +-----+ | |
| | +-----------+-----------+
| | | DS18B20-2 |
| | | +-----------><------+---+
| +----+----|----------|-------------+
| | | | DQ VDD GND |
| | | +----------+---+----+ |
| | | | |
| | | +-----------+ | |
| | | | DS18B20-3 | |
| +----+----+----|----------|---+ |
| | | | | DQ VDD GND |
| | | | +----------+---+ |
| | | | |
| | | | +-----------+ |
| | | | | DS18B20-4 |
+-------------+----+----+-------->|----------|---+
| DQ VDD GND|
+---------------+
5.2 系统软件
主控使用32linux操作系统，并安装了WiringPi库，使其可以通过SPI接口与STM32通信。从控使用STM32CubeMx进行驱动配置，使用HAL库进行开发。主控和从控之间的通信协议采用SPI协议，主控作为主设备，从控作为从设备。主控通过SPI通信向从控发送读取命令，从控读取温度值并通过SPI通信返回结果。主控接收到结果后将其存储在内存中，用户可以通过Web界面查看温度值。
下面是主控的代码：
void readTemp(int fd, unsigned char *data, int len)
{
digitalWrite(CS, 0); //启动传输
wiringPiSPIDataRW(fd, data, len);
digitalWrite(CS, 1); //停止传输
}
int main()
{
int fd;
unsigned char data[10] = {0x01, 0x02}; //控制字节
unsigned char temp[10];
if(wiringPiSetup() == -1) //初始化WiringPi
return 1;
pinMode(CS, OUTPUT);
digitalWrite(CS, 1);
if((fd = wiringPiSPISetup(0, 500000)) == -1) //初始化SPI接口
return 2;
while(1)
{
readTemp(fd, data, 2); //发送读取命令
delay(100); //等待从控返回结果
readTemp(fd, NULL, 2); //读取从控返回结果
printf("temperature: %.1f\n", temp[0] + temp[1]/10.0); //打印温度值
delay(1000); //间隔一秒钟读取一次
}
return 0;
}
下面是从控的代码：
float readTemp()
{
float temp;
uint8_t ROM[8]; //存储传感器唯一标识码
DS18B20_ReadROM(ROM); //读取唯一标识码
/* 省略搜索传感器并进行温度测量的过程 */
return temp;
}
6. 总结
本文介绍了如何通过32linux和STM32的协同来提升嵌入式系统的性能。我们讨论了STM32的硬件和软件特点、Linux的开源和安全特性，以及32linux和STM32之间的通信协议和系统架构。最后，我们给出了使用32linux和STM32协同的一个实际案例，并介绍了其软硬件实现。通过本文的介绍和案例分析，相信读者已经了解了32linux和STM32的协同应用的具体操作方法，以及如何通过它们来提高系统的性能和可靠性。