🛠 Bare-metal sur le STM32F401 : clignoter LD2 en écrivant les registres GPIO

Objetivos

Eliminar HAL, los encabezados de dispositivo CMSIS y el archivo de arranque, y hacer parpadear LD2 escribiendo directamente en los registros GPIO. Esta es la forma más rápida de entender qué está haciendo cada abstracción por encima — y muestra lo que el Cortex-M4F a 84 MHz te ofrece por el precio de una placa Nucleo-64.

Hardware

• 1× Nucleo-F401RE + cable micro-USB (el ST-LINK integrado realiza la programación)
• Cadena de herramientas arm-none-eabi-gcc

El mapa de memoria (RM0368)

• Base de GPIOA 0x4002_0000: MODER en el desplazamiento 0x00, ODR en el desplazamiento 0x140.
• RCC_AHB1ENR en 0x4002_3830, el bit 0 habilita el reloj de GPIOA — cada error de GPIO que tengas alguna vez comienza aquí.
• LD2 es PA5 (encabezado de variante): los bits 11:10 de MODER seleccionan el modo del pin, el bit 5 de ODR lo controla.
• Sin configuración de reloj, el núcleo funciona con el HSI predeterminado de 16 MHz — el parpadeo es lento pero honesto.

Código

/* blink_bare.c — arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m4 -mthumb -O2 -nostdlib */
#define GPIOA_MODER (*(volatile unsigned int *)0x40020000u)
#define GPIOA_ODR   (*(volatile unsigned int *)0x40020140u)
#define RCC_AHB1ENR (*(volatile unsigned int *)0x40023830u)

static void busy_wait(void) { for (volatile int i = 0; i < 2000000; ++i) {} }

void Reset_Handler(void)
{
    RCC_AHB1ENR  |= (1u << 0);   /* enable GPIOA clock (default HSI 16 MHz) */
    GPIOA_MODER  &= ~(3u << 10);
    GPIOA_MODER  |=  (1u << 10); /* PA5 -> general-purpose output           */
    while (1) {
        GPIOA_ODR ^= (1u << 5);  /* toggle LD2                              */
        busy_wait;
    }
}

Pasos

1. Escribe un script de enlace mínimo que coloque la tabla de vectores en 0x0800_0000: puntero de pila inicial, seguido de la dirección de Reset_Handler.
2. Compila: arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m4 -mthumb -O2 -nostdlib -nostartfiles -T flash.ld blink_bare.c -o blink_bare.elf
3. Programa a través del ST-LINK integrado con STM32CubeProgrammer (o coloca el binario en la función de almacenamiento masivo del ST-LINK).
4. Pulsa RESET: LD2 cambia de estado.

Resultado esperado

Un latido constante en PA5 con un binario de unas pocas docenas de bytes. Cada HAL_GPIO_WritePin que hayas escrito alguna vez es esto, más árboles de reloj, más la tabla de vectores, más un archivo de arranque — la llamada HAL oculta la contabilidad, no la magia.

Errores comunes

• Olvidar habilitar el reloj de GPIOA: las escrituras en MODER no hacen nada silenciosamente.
• Escribir en MODER con = en lugar de lectura-modificación-escritura: sobreescribes los otros pines de PA.
• Sin tabla de vectores o script de enlace incorrecto: el cargador de arranque ROM o basura se ejecuta en lugar de tu código. > SIN VERIFICAR: la lista de interfaces del cargador de arranque ROM (USART/SPI/I2C/USB DFU) proviene del manual de referencia RM0368, que no se pudo analizar automáticamente durante la investigación.
• Dejar la FPU inactiva: añade -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard cuando quieras la FPU de precisión simple y las instrucciones DSP que ofrece el Cortex-M4F.