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.

Yapay Sinir Ağlarının Temel Bileşeni: Nöronlar

Yapay sinir ağları (YSA), biyolojik sinir sistemlerinin çalışma prensiplerinden esinlenerek geliştirilen ve makine öğrenmesi ile derin öğrenmenin temelini oluşturan matematiksel modellerdir. Bu sistemlerin çekirdeğini ise "nöronlar" oluşturur. Bu yazıda, yapay nöronların yapısı, fonksiyonları ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi vereceğiz.

Yapay Nöron Nedir?

Yapay nöronlar, biyolojik nöronları taklit eden matematiksel birimlerdir. Bir yapay nöron genellikle şu bileşenlerden oluşur:

1. Girdi (Input): Yapay nöron, birçok girdiyi (örneğin, x1, x2, x3 gibi) kabul eder. Bu girdiler, işlenmesi gereken verileri temsil eder.

2. Ağırlıklar (Weights): Her girdi bir ağırlıkla (örneğin, w1, w2, w3 gibi) çarpılır. Bu ağırlıklar, sistemin girdilere verdiği önemi ifade eder ve eğitim sürecinde optimize edilir.

3. Toplama (Summation): Girdi ve ağırlıkların çarpımları toplanarak toplam bir değer elde edilir. Bu işlem, biyolojik nöronlarda dendritlerin toplama işlevine benzer.

4. Aktivasyon Fonksiyonu: Toplam değer, belirli bir çıktı (output) oluşturmak için bir aktivasyon fonksiyonundan geçirilir. Bu fonksiyon, sistemin çıktısının lineer mi yoksa lineer olmayan mı olacağını belirler.

5. Çıktı (Output): Aktivasyon fonksiyonunun sonucu, nöronun çıktısıdır. Bu çıktı, bir sonraki katmana veya sisteme iletilir.

Aktivasyon Fonksiyonları

Aktivasyon fonksiyonları, yapay nöronların en önemli bileşenlerinden biridir. Bu fonksiyonlar, karmaşık veri modellerini çözmek için çıktıları dönüştürür. En yaygın aktivasyon fonksiyonları şunlardır:

• Sigmoid Fonksiyonu: Çıktıları 0 ile 1 arasında sınırlar. Genellikle iki sınıflı problemler için kullanılır.

• ReLU (Rectified Linear Unit): Pozitif girdileri aynen aktarırken, negatif girdileri 0 yapar. Hızlı ve etkin çalışır.

• Tanh (Hyperbolic Tangent): Çıktıları -1 ile 1 arasında dönüştürür ve sigmoid fonksiyonuna benzer bir yapısı vardır.

• Softmax Fonksiyonu: Birden fazla sınıfa ait olasılıkları hesaplamak için kullanılır.

Yapay Nöronların Eğitimi

Yapay nöronlar, genellikle bir ileri besleme (feedforward) yapısında organize edilir ve "geri yayılım" (backpropagation) algoritması ile eğitilir. Bu süreç şu adımlardan oluşur:

1. İleri Besleme (Forward Pass): Girdiler ağ boyunca iletilir ve çıktılar hesaplanır.

2. Hata Hesaplama: Hesaplanan çıktı, hedef çıktı ile karşılaştırılarak hata bulunur.

3. Geri Yayılım (Backward Pass): Hata, ağırlıkları optimize etmek için geriye doğru yayılır.

4. Ağırlıkların Güncellenmesi: Hata miktarına göre ağırlıklar yeniden ayarlanır.

Kullanım Alanları

Yapay nöronlar, birçok farklı alanda kullanılır:

• Görüntü Tanıma: El yazısı tanıma, obje algılama gibi alanlarda yaygındır.

• Doğal Dil İşleme (NLP): Makine çevirisi, duygu analizi gibi uygulamalarda temel taşıdır.

• Finans: Hisse senedi tahmini ve dolandırıcılık tespiti gibi alanlarda kullanılır.

• Sağlık: Hastalık tanısı, tıbbi görüntüleme analizinde yer alır.

Sonuç

Yapay nöronlar, yapay zeka ve derin öğrenme sistemlerinin şüphesiz en temel bileşenidir. Biyolojik nöronlardan esinlenilerek geliştirilen bu modeller, karmaşık problemleri çözmeyi mümkün kılar. Nöronların işleyişini anlamak, yapay sinir ağlarının daha etkili bir şekilde kullanılmasına katkı sağlar.

CAN Bus Frame Tipleri

Yazıya başlamadan önce CAN Bus temelleri ve mesaj yapısının temellerini incelemek için bu linkte yer alan blog yazısını inceleyebilirisiniz.

CAN Bus hattında kullanılan 4 tip frame (çerçeve, yapı) vardır.

• Data Frame: Data framei, temelde data/veri taşımak için kullanılan ana yapıdır. CAN Bus sistemleri arasında veri transferi için kullanılır. Tek bir data framei üzerinden minimum 1 maksimum 8 byte veri transferi tek seferde gerçekleştirilebilir.
• Remote Frame: Remote frame, veri talep etme frameidir. Remote framede tanımlanan ID CAN Bus ağına basılır. İlgili mesaj paketini barındıran sistem bu ağa ilgili data frameini basar. Remote frame, bir sistemin, bir veriye özellikle ihtiyaç duyduğu zamanda kullanılır.
• Error Frame: SOF ile CRC arasında 6 veya 12 bit boyunca aynı seviye (High/Low, Recessive/Dominant) veri gönderilmesiyle error framei tanımlanmış olur ve hattaki sistemler ilgili framei error frame olarak işaretler. Error frame istemli gönderilen bir frame değildir. Bir sistem bir paketi göndermeye başladıktan sonra bir hata tespit edilirse ilgili frame error frameine çevrilir.
• Overload Frame: CAN Bus peripheralı meşgul olduğu durumlarda hattı meşgul tutmak için overload frame hatta basar. Bu bilgi hattın durdurulması için kullanılır. Günümüzde genellikle kod üzerinden kontrol edilmez. CAN Bus peripheralları bu durumu kendisi tespit eder ve gerektiği kadar hattı meşgulde tutar, sonrasında bırakır.

Kaynaklar

1. https://medium.com/@mohammednumeir13/can-protocol-types-of-can-frames-51c8444176bb
2. https://www.researchgate.net/publication/340883976_Cyberattacks_and_Countermeasures_For_In-Vehicle_Networks/figures?lo=1

STM32F103 Mikrodenetleyici Çevre Birimlerinde Karşılaştığım Bir Problem #STM32Tips

Konunun hikayesinden başlamak gerekirse, STM32F0 ve STM32F1 serisi işlemcilerden oluşan ve CAN Bus üzerinden birbirleri ile haberleşen bir tasarım üzerine çalışıyordum. Her bir kart için CAN Bus bağlantısının yanında bilgisayar bağlantısını da kurmak için USB bağlantısını sisteme dahil etmiştim. Bu tasarım STM32F0 serisi işlemcide CAN Bus ve USB sorunsuz çalıştı.

STM32F1 serisi işlemciyi kullanırken aynı yazılıp mimarisi üzerinden devam ediyordum ancak bir sorun ile karşılaştım. Bir şekilde CAN Bus hattını kullanamıyordum. Problemi araştırmaya başladığımda USB ve CAN Bus'ın birlikte kullanımı ile ilgili başka problem yaşayanların da olduğunu gördüm. Sonrasında kullandığım işlemci olan STM32F103CB'nin datasheetini (Reference Manual RM0008 Rev 21) inceledim. CAN Bus kısmında aşağıdaki gibi bir not olduğunu gördüm.

"In low, medium-, high- and XL-density devices the USB and CAN share a dedicated 512-

byte SRAM memory for data transmission and reception, and so they cannot be used concurrently (the shared SRAM is accessed through CAN and USB exclusively). The USB and CAN can be used in the same application but not at the same time."

Buradan anladığımız CAN Bus ve USB işlemci üzerinde aynı SRAM alanlarını kullanıyor ve bu yüzden her iki çevre birimi birlikte kullanılamıyor. USB'yi kapatıp CAN Bus'ı çalıştırmak veya tam tersi mümkün ancak her ikisi aynı anda asla çalıştırılamıyor. Bu yüzden örnek vermek gerekirse CAN Bus üzerinden alınan bir veriyi USB üzerinden gerçek zamanlı alıp işlemek mümkün değil.

Ek olarak STM32F0 serisi ile bir çok uygulama yapmıştım ve bu yüzden USPDP, USPDM hatlarını direkt konnektöre bağlamıştım. STM32F103CB işlemci kullanırken USBDP hattına 3.3 V'a 1.5 kR pull-up resistor gerekiyormuş.

STM32 USB kullanılan uygulamalarda donanım tasarımı hakkında aşağıdaki doküman yayınlamış. Donanım tarafında yapılması gereken işler tek bir dokümanda bütün işlemci ailesi için verilmiş. Gelecek tasarımlar için işe yarar gibi görünüyor.

Link: https://www.st.com/resource/en/application_note/an4879-introduction-to-usb-hardware-and-pcb-guidelines-using-stm32-mcus-stmicroelectronics.pdf (10.01.2024)

STM32 Serisi İşlemcilerde Timer/Sayaç Modülünü Interrupt/Kesme Modunda Başlatma #STM32Tips

STM32F ve STM32G serisi mikrodenetleyicilerde Device Configurator Tool ve HAL kütüphanesi ile oluşturulan yazılımlarda timer modülleri için gereken ayarlar yapılır. Bu kapsamda timerların prescaler ve counter period gibi seçenekleri ayarlanır. Bunlarla beraber timer interruptları enable edilir.

Bu şekilde konfigürasyon yapıldıktan sonra kod oluşturulur.

Oluşturulan kodda timer başlatılmamış şekilde bir yapı kullanıcıya sunulur. İlgili timerları interrupt modunda başlatmak için aşağıdaki fonksiyon kullanılır. Bu fonksiyonda altı çizili htimX ilgili timerı ifade eder ve X yerine timer numarası yazılır.

HAL_TIM_Base_Start_IT ( &htimX );

Timerlar için yapılan konfigürasyona göre bu fonksiyonun çağrılma yapısı değişiklik gösterir. Auto-Reload edilmiş bir timer için bu fonksiyonu bir defa çalıştırmak yeterlidir.

Belli bir duruma göze özellikle tetiklenecek bir yapı var ise bu fonksiyon her tetiklemede tekrar çağrılır. Şart değil ancak bu modda genellikle auto-reload disable edilmiştir.

Pointer Kavramı | C

Pointer, bir değişkenin bellekteki adresini işaret eden bir C programlama dilindeki özel bir veri türüdür. Başka bir değişkenin bellekteki adresini işaret eden bir pointer tanımlamak, bellekteki verilere erişimi ve değiştirilmesini mümkün kılar. Bu, özellikle büyük ve karmaşık veri yapılarıyla çalışırken çok yararlı olabilir.

Örneğin, bir dizideki elemanları değiştirmek istiyorsak, her elemana ayrı ayrı erişmek zorunda kalmayız. Bunun yerine, dizinin ilk elemanının adresini işaret eden bir pointer kullanabiliriz. Bu şekilde, pointer aracılığıyla bellekteki diğer elemanlara erişebilir ve değiştirebiliriz.

Pointer'ın syntax'ı ise şu şekildedir:

Bu kod parçasında, "veri_tipi" pointer tarafından işaret edilen veri tipini belirtirken, "pointer_ismi" ise pointer'ın kendisi için bir isimdir. Örneğin, bir integer tipinde bir pointer tanımlamak istiyorsak şu şekilde yapabiliriz:

Bu kod parçasında, "ptr" bir integer tipinde bir pointer olarak tanımlanır. Bu pointer, bellekteki bir integer değişkenin adresini işaret edebilir. Pointer'lar, işaret ettikleri bellek adresindeki veriye erişmek için dereference (yıldız) operatörü (*) kullanılır. Bu işlem, pointer'ın adresini izleyen bellek bölgesindeki veriyi gösterir. Örneğin, şöyle bir kod yazabiliriz:

Bu kod parçasında, "x" adlı bir integer değişken tanımlarız ve değer olarak "10" veririz. Daha sonra, "ptr" adlı bir integer pointer tanımlarız ve "x" değişkeninin bellekteki adresini işaret ederiz. Son olarak, "printf" fonksiyonunu kullanarak "ptr" pointer'ının işaret ettiği bellek adresindeki veriyi yazdırırız. Bu durumda, "10" çıktısı verir. Pointer'lar, dinamik bellek yönetimi, fonksiyon parametre geçişi ve işaretçi aritmetiği gibi daha ileri seviye programlama konularında da çok önemlidir. Ancak, temel kullanımlarını anladıktan sonra, bu konulara geçmek daha kolay olacaktır.

Basit bir gösterin olarak aşağıdaki görseli ele alalım. Burada tanımlanan pointer belleğin 2047 numaralı adresindedir. Pointer içerisinde 1001 değerini tutar. Bu noktada bir "ptr" ifadesine "*" operatörü ile eriştiğimizde "*ptr" geri dönüş değeri olarak 50 değerine ulaşırız.

Circular Buffer (Dairesel Buffer)

Gömülü sistemlerde veri toplama, kaydetme veya depolama için çeşitli veri yapıları kullanmak gerekir. Bu uygulamanın tipine göre farklılık gösterebilir. Özellikle gateway ve benzeri projelerde circular buffer tercih edilebilir. RAM kaynağı sınırlı olduğu için en verimli yöntem ile bu kaynağı kullanmak gerekir. FIFO, LIFO şeklinde davranış gösteren farklı veri yapıları vardır. Bu yazı, circular buffer nedir, nasıl çalışır, hangi durumlarda kullanılmalı gibi konular üzerine olacak.

Circular buffer adından da anlaşılacağı gibi hafızayı dairesel bir formatta kabul ederek/soyutlaştırarak hafıza alanını kullanmaya imkan sunan bir veri yapısıdır. Dairesel bufferın özelliklerinden biri veri yazma ile veri okuma indexlerinin bağımsız kontrolüdür. Tüm bufferın boyutu sabittir.

Görsel üzerindeki end()/item n yazma pointerını ifade eder. begin()/item 1 okuma pointerını ifade eder. Okuma ve yazma pointerları birbirine eşit olduğunda buffer empty flagi set olur. Bu bufferın tamamen boş olduğunu ifade eder. Yazma pointerı okuma pointerının bir eksiğine eşit olduğunda ise buffer full flagı set olur. Bu bufferın tamamen dolu olduğunu ifade eder. Bu yapının kullanıldığı yerin gereksinimlerine göre half full gibi farklı seviyeler için de flag tanımlanabilir.

Circular buffer rutin bir çalışma durumunda full durumuna gelmeyecek şekilde kurgulanmalıdır. Bunun için okuma hızı/sıklığı her zaman yazma okuma hızı/sıklığından daha yüksek olmalıdır. Böylece bufferda saklanan verinin belli bir değeri geçmeyeceği garanti edilir. Yine de beklenmedik durumlar ortaya çıkabilir. Bu durumlarda circular bufferlarda farklı stratejiler uygulanabilir. Birincisi üzerine yazma, ikincisi ise bloklama yaklaşımıdır.

Üzerine yazma yaklaşımında circular buffer full olsa bile yeni gelen veri bir sonraki yazma adresine yazılır. Bu durumda bir önceki data kayıp olmuş olur.

İkinci yöntem olan bloklama yaklaşımında da eğer circular buffer full ise yeni gelen veri olsa bile en sondaki veri okunmadan yeni bir yazmaya geçilmez.

Örnek bir repository olarak https://github.com/Roen-Ro/CircularBuffer incelenebilir.

Referanslar:

1. https://www.boost.org/doc/libs/1_78_0/doc/html/circular_buffer.html