STM32CubeIDE’de Canlı Değişken Takibi: Debug Sürecini Güçlendiren İpucu

STM32CubeIDE, STM32 mikrodenetleyici projelerinde hem geliştirme hem de hata ayıklama süreçlerini kolaylaştıran güçlü bir araç. Ancak çoğu kullanıcı, debug sürecini sadece breakpoint koyup değişkenleri tek tek kontrol ederek geçiriyor. Oysa ki “Live Expressions” (canlı ifadeler) özelliği ile, debug sırasında gerçek zamanlı değişken değişimlerini izleyerek çok daha verimli bir şekilde sorunları analiz edebilirsiniz.

Bu yazıda, STM32CubeIDE’de canlı değişken takibi nasıl yapılır, ne gibi avantajlar sağlar ve bunu bir örnek proje üzerinden nasıl kullanabileceğinizi adım adım anlatacağım.

---

Nedir Bu "Live Expressions"?

Live Expressions penceresi, kodunuz çalışırken belirli değişkenleri (ya da ifadeleri) sürekli gözlemlemenizi sağlar. Kod breakpoint’te durmasa bile, değişkenlerin değerleri anlık olarak güncellenir. Bu, özellikle zamanla değişen sayıcılar, PWM duty cycle’ları veya sensör değerleri gibi dinamik verileri takip etmek için çok faydalıdır.

---

Neden Kullanmalısınız?

Live Expressions ile şunları kolaylıkla yapabilirsiniz:

• Kod kesintiye uğramadan değişkenleri takip edebilirsiniz.

• Belirli bir algoritmanın anlık çıktısını grafiksel ya da sayısal olarak izleyebilirsiniz.

• Delay’lerle uğraşmadan, breakpoint koymadan performans sorunlarını veya mantıksal hataları yakalayabilirsiniz.

• Gerçek zamanlı sistemlerde, kod akışını bozmadan değerlerin nasıl değiştiğini görme imkânı sağlar.

---

Uygulamalı Örnek: ADC ile Sıcaklık Ölçümü

Diyelim ki bir STM32F103RB mikrodenetleyici ile dahili sıcaklık sensöründen ADC kullanarak sıcaklık değeri okuyoruz. Kodumuz şöyle:

c
#include "main.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;
float temperature = 0;

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    if (hadc->Instance == ADC1) {
        uint32_t adc_val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        temperature = ((float)adc_val) * 3.3f / 4096.0f;  // Voltaj
        temperature = ((temperature - 0.76f) / 0.0025f) + 25; // Sıcaklık (yaklaşık hesap)
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_ADC1_Init();
    HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);

    while (1) {
        HAL_Delay(500); // Sıcaklık değerini yarım saniyede bir güncelliyoruz
    }
}

---

Adım Adım: Live Expressions Kullanımı

1. Debug Moduna Geçin

Projeyi build ettikten sonra Debug moduna geçin (F11 veya üstteki bug ikonuna tıklayarak).

2. Live Expressions Panelini Açın

Debug görünümüne geçtikten sonra:

• Menüden Window > Show View > Expressions yolunu izleyin.

• Açılan panelin ismi "Expressions" olabilir ama bu panel canlı güncelleme desteği sunar.

3. Değişken Ekleyin

• Expressions paneline sağ tıklayın ve Add Watch Expression seçeneğine tıklayın.

• Açılan kutuya temperature yazın.

• Enter’a bastığınızda, değişken panelde belirecek.

4. Canlı Güncellemeyi Görüntüleyin

• Kod hala çalışırken (pause durumda değilken!) temperature değerinin saniyede iki kez güncellendiğini göreceksiniz.

• Değer sürekli güncelleniyorsa, sisteminizde herhangi bir kesinti olmadan anlık sıcaklık verisini izleyebiliyorsunuz demektir.

---

İleri Seviye: İfade Takibi (Expression Tracking)

Bu panelde sadece değişken değil, ifade de yazabilirsiniz. Örneğin:

temperature > 30

şeklinde yazarsanız, bu ifade true veya false olarak sürekli değerlendirilir. Bu da debug sürecinde koşul kontrollerini anında görmek için ideal bir yöntemdir.

---

İpuçları & Dikkat Edilmesi Gerekenler

• Optimization seviyeleri yüksekse (-O2, -O3) bazı değişkenler derleyici tarafından optimize edilebilir ve debug sırasında görünmeyebilir. Geliştirme aşamasında -O0 (optimizasyon kapalı) kullanmanızı öneririm.

• Eğer değişken global değilse, yani fonksiyon içindeyse ve static değilse, Live Expressions’da gözükmeyebilir. Bu durumda değişkenin kapsamını değiştirin.

• volatile tanımlaması, anlık değişen donanım temelli değişkenlerde kritik öneme sahiptir. Bu sayede değer her seferinde RAM’den okunur.

---

Sonuç: Canlı Takiple Daha Akıllı Debug

Live Expressions, STM32CubeIDE’nin az bilinen ama çok etkili bir özelliği. Özellikle gömülü sistemlerde, zamanla değişen verileri izlemek ve mantıksal hataları tespit etmek için oldukça kullanışlıdır.

Her debug seansında breakpoint koymak yerine, bu özelliği kullanarak sisteminizi çalışır haldeyken analiz edebilir, daha kısa sürede daha isabetli çözümler üretebilirsiniz.

---

Eğer bu özelliği daha önce kullanmadıysanız, bir sonraki debug seansınızda denemenizi kesinlikle tavsiye ederim. STM32CubeIDE’nin sunduğu bu ve benzeri küçük araçlar, geliştirme sürecinizde büyük farklar yaratabilir.

C dilinde, İyi Yazılmış, Taşınabilir Bir Sensör Sürücü Paketi İncelemesi

Bu yazıda gömülü sistemlere düşük seviyede sürücü geliştiren kişilere referans niteliğinde olan, BOSCH'un  sıcaklık, nem ve basınç sensörü BME280 için geliştirdiği, github üzerinden yayınladığı açık kaynak kütüphaneyi [1] inceleyeceğiz. Başlıkta da belirttiğim gibi kütüphane gerçekten çok modüler bir şekilde oluşturulmuş. Geliştirilen kütüphane platform-bağımsız olduğu için herhangi bir altyapıya adapte edilebilir. Bu yapıyı herhangi bir mikrodenetleyicide veya OS ile çalışan bir gömülü yapıya entegre edebilirsiniz.

Kütüphane geliştirilirken low-coupling, high-coherence kavramlarını başarılı bir şekilde uygulamış. Kütüphane içerisinde herhangi bir dış bağımlılık olmadığı gibi kendi içerisindeki fonksiyon ve veri setleri de tam olarak amaca yöneliktir.

Öncelikle kütüphanenin güzel bir README.md dosyası var. İçerisinde bu kütüphanenin nasıl kullanılabileceği detaylı bir şekilde anlatılmıştır.

Bu yazıda, ilgili kütüphaneyi SPI üzerinden nasıl kendi sisteminize entegre edeceğinizi yine README.md deki örnek üzerinden ele alacağız.

Kütüphane bme280_dev structure'ı üzerinden çalışıyor. Bu yapı aşağıda verilmiştir.

Bu yapıda öncelikle ilgili sensörün hangi arayüz ile hangi modda kullanılacağı çeşitli değişkenlerle seçilir. Bu seçimler değişken isimleri ve gerekli yorumlarla desteklenmiş ve açık bir şekilde belirtilmiştir.

Bunun haricinde taşınabilirlik açısında bizim en çok işimize yarayan kısım fonksiyon pointer yapılarıdır. SPI örneği üzerinden devam edecek olursak bme280_dev yapısı içerisinde okuma yazma fonksiyonları için dev.read ve dev.write fonksiyon pointerlarına ilgili platforma ait SPI yazma okuma fonksiyonları atanır. SPI okuma ve yazma fonksiyonları kendi içerisinde CS operasyonunu gerçekleştirmelidir. Fonksiyonel olarak yazılmış sensör sürücüsü soyutlanmış okuma, yazma fonksiyonları üzerinden çalışır. Bu iki fonksiyona ek olarak kütüphane içerisinde kullanmak üzere 1 ms çözünürlüklü bir delay fonksiyonunun da pointerı structure'a atanır.

Bu noktada önemli bir parantez olarak ilgili fonksiyon pointerları mevcut altyapınızla birebir uyumlu olmayabilir. Hatta muhtemelen farklıdır. Bu noktada sizin altyapınız ile kütüphane arasına bir adaptör katmanı yazmanız gerekebilir. Örnek olarak aşağıdaki fonksiyon incelenebilir. myusleep fonksiyonu platform tabanlı bir fonksiyondur. Örnek olarak ms gecikmesi için STM32 altyapısında HAL_Delay fonksiyonunu düşünebilirsiniz. Arduino altyapısında buna delay fonksiyonu karşılık gelir. Biz her iki platformda da mevcut fonksiyonun adresini aşağıdaki gibi bir adaptör vasıtasıyla bme280_dev yapısına atanır. Böylece kütüphane fonksiyonları platform bağımsız çalışır.

Bu kütüphane kullanılarak oluşturulmuş tam bir örneğe aşağıdaki linkten erişebilirsiniz. En başta da ifade ettiğim gibi gömülü sistemlerde sürücü seviyesinde yazılım geliştiriyorsanız bu kütüphaneleri hiç bir zaman başka bir platformda kullanmayacaksanız bile bu yaklaşımla geliştirmenizi öneririm. Kodun okunabilirliği, güncellenebilirliği ve bakım yapılabilirşliği açısından da oldukça faydalı olacaktır.

https://github.com/BoschSensortec/BME280_driver/blob/master/examples/bsd_userspace.c

Referanslar

[1] https://github.com/BoschSensortec/BME280_driver/

Lineer/Proportional/Oransal Çıkışlı Bir Analog Sensörün Okunması, Sensör Okuma ile ilgili Temel Mantıklar

 Sensör verilerinin okunması ve anlamlandırılması kontrol sistemleri için en temel girdiyi oluşturur. Sensör bilgileri, sensörün tipine, iç yapısına, ölçtüğü fiziksel niteliğin davranışına göre farklılık gösterebilir. Sensör çıkışları lineer veya bir polinoma bağlı olabilir.

Bu yazı kapsamında lineer çıkışlı sensörler hakkında detaylı bir açıklama yaptıktan sonra polinomsal çıkışlı bir sensör hakkında da kısa bir yorum yapıp bitireceğim.

Lineer çıkışlı analog bir sensöre örnek olarak SS495B ve LM35 üzerinden ilerleyeceğiz. Aşağıda gördüğünüz görselde SS495B'nin gauss/çıkış voltaj grafiği verilmiştir. Bu sensörün ölçüm yaptığı fiziksel nitelik ile çıkış voltajının lineer olduğu grafikten bellidir. Çıkış gerilimi gauss değerine göre lineer olarak artıp azalır.

SS495B Çıkış Karakteristiği

Bu şekilde çıkış veren sensörler çok basit bir matematiksel formülle tanımlanır. ADC değerini okuyup voltaja çevirdikten sonra, gerilim değerinden ilgili fiziksel değere geçilir. Bu örnekte o değer gauss'tur.

Grafikten görüldüğü gibi sensör 0.5V-4.5V arasıda tanımlıdır. Aralık dışıda bir değer okunması halinde uygulamanın çeşidine göre bir senaryo planlanır. Bu aralıkta da direkt bir eğik doğru formülü ile tanımlanır. Bu formül;

Gauss = ( Vout - 2.5 ) * ( 640 / 4.5 )

şeklindedir. Bu formüldeki ( 640 / 4.5 ) ifadesi grafiğin eğimidir. Bu değer sayısal olarak sadeleştirilip sadece bir çarpım ifadesi şeklinde de yazılabilir.

LM35 sensörü de sıcaklığa bağlı lineer çıkış veren bir sensördür. Bu sensörün datasheetinde çıkış aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir. Sensör 2°C-150°C aralığında her bir derece için 10mV çıkış verir.

LM35 Çıkış Karakteristiği

Bu bilgilerden hareketle bu sensörün çıkışını santigrat derece şeklinde ifade etmek için aşağıdaki formül kullanılır.

Temperature = 2 + ( Vout / 0.01 ) = 2 + ( Vout * 100 )

İki ayrı sensör değerinin nasıl dijital veriye çevrildiğini bu iki örnekle özetlemiş olduk. Bir de polinomsal çıkış veren sensörler vardır. Bunlar için en yaygın örnekler NTC tipi sıcaklık sensörleri olabilir. Bu sensörlerin direnç değerleri sıcaklığa bağlı değişir ve en basit şekilde başka bir direnç ile seri bağlanarak orta noktanın gerilimi üzerinden bir dönüşüm yapılır. Burada ilk olarak basit gerilim bölücü mantığından sıcaklık sensörünün direnç değeri bulunur ve bu direnç değeri -nispeten- kopleks bir matematik denkleminden geçerek sıcaklık elde edilir. Bu denklem "Steinhart and Hart Equation" olarak adlandırılır. Burada yer alan A, B ve C sabitleri ilgili sensörün datasheetinde verilir. R değeri ise NTC'nin o anki direnç değeridir.

Bir NTC'nin direnç değerinin sıcaklığa bağlı değişimini gösteren grafikte aşağıdaki gibidir. Grafikte görünen PTC, NTC ile ters çalışan ama aynı amaçla kullanılan bir sensör türüdür.

Bu yazı kapsamında sensör okuma ve okunan değerleri fiziksel değere çevirme hakkında genel bilgiler vermeye çalıştım. Umarım faydalı olur. Çalışmalarınızda başarılar.

SPI Nedir?

Giriş

Serial Peripheral Interface (Seri Çevresel Arayüz) genel olarak devre üzeri haberleşme yapılarında kullanılır. Sensör, işlemciler arası haberleşme veya çeşitli haberleşme arayüz entegreleri ile SPI hattı üzerinden iletişim kurulabilir.

Temeller

Temel yapı olarak birimler arasında SPI hattı MOSI, MISO, SCK ve CS pininden oluşur. Full duplex olan bir haberleşmede pinler aşağıdaki gibi tanımlanır. SPI hattı bir master tarafından sürülür ve aynı hatta birden fazla slave olabilir. Her bir slave e özel CS pini bulunur. Bu koşulda master tarafında harcanan pin sayısı 3+(hattaki chip sayısı) kadardır. CS hattı genelde LOW aktiftir ancak bazı entegrelerde HIGH aktif CS olabilir.

• MOSI: Master Out Serial Input. Veri akışı Master’dan Slave’e doğrudur.
• MISO: Master Input Serial Output. Veri akışı Slave’den Master’a doğrudur.
• CLK: Clock. Her zaman Master’dan Slave’lere doğrudur.
• CS veya SS: Chip select. Her zaman Master’dan Slave’e doğrudur.

SPI hattı ile birlikte hat üzerindeki çiplerin de -özel bir izolasyon vs. yoksa- ground hatları birleştirilmelidir.

SPI’ın genel veri/frame yapısı aşağıdaki gibidir. Her bir clock darbesi ile bir bit veri transferi gerçekleşir. SPI yapısı senkron bir yapısı olduğu için megabit seviyesinde sorunsuz haberleşme imkanı sağlar. Bazı durumlarda, genellikle slave datasheetlerine göre pull-up direnç kullanmak gerekebilir. Pull-up dirençler sinyal zamanlamalarının doğru bir şekilde çalışmasını sağlar.

Kavramlar

• Master: SPI hattını süren ana yapıdır. Genellikle miroişlemci/mikrodenetleyicidir.
• Slave: SPI hattında bulunan slave entegrelerdir. Bir çok alternatif IC vardır. EEPROM, DAC, ADC, sensör, ekran sürücü, motor sürücü gibi çevre birimleri, CAN, Ethernet, Wifi gibi haberleşme arayüzü sağlayan entegreler SPI hattı ile çalıştırılır.

Görsel Kaynakları:

• https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/spi-serial-peripheral-interface/
• https://tr.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface