Friday, September 23, 2016

nRF52832: first steps with ST-Link V2 and openocd

The motivation

Let's try one of the best low power bluetooth and nfc SoCs on the market.

The ordering
First we need a development board and a programmer.

So we search some sources for nRF52832 development boards:
(all pricerates today 2016.09.23)

digikey: ~39$ (not including tax and shipping, programmer included)
mouser: ~39$ (not including tax and shipping, programmer included)
aliexpress: ~20$ (including shipping, for me no tax and custom dues, no sensors, no programmer)

Now we search for a programmer:

digikey: ~90$ (not including tax and shipping)
mouser: ~90$ (not including tax and shipping)
aliexpress: ~2$ (including shipping)

Sorry my development budget is small. So give aliexpress a try. 3 weeks later (cheap shipping included) we have a development suite ready.

aliexpress nRF52832 board

nRF52832-QFAA SoC ARM Cortex M4

ST-Link V2 Programmer (genuine? work!)

The Hardware

The seller give no instruction for the board so we have to use some inspection and a continuity tester to follow the traces with help from nordics nRF52832-QFAA reference layout. So we find the Pins for SWDIO and SWCLK -> SWCLK goes to TCK and SWDIO goes to TMS and we use 3.3V and GND.

ST-Link V2 and nRF52832 wired up

The Software

- ST-Link V2 

I use ubuntu 16.04 so the ST-Link V2 don't PnP out of the box, we need some more packages:

    sudo apt-get install git
    sudo apt-get install autoconf
    sudo apt-get install libusb-1.0-0-dev

Then we build the drivers for the ST-Link V2 from source:

   git clone stlink.git
   cd stlink.git/

Then we copy the driver and udev rules:

    sudo cp st-* /usr/bin
    find . -name "*.rules"
    sudo cp ./etc/udev/rules.d/49-stlinkv2.rules /etc/udev/rules.d

And activate the udev rules:

    sudo udevadm control --reload-rules
    sudo udevadm trigger

Let's check:


        Bus 001 Device 021: ID 0483:3748 STMicroelectronics ST-LINK/V2


[0] usb 1-7: new full-speed USB device number 21 using xhci_hcd
[0] usb 1-7: New USB device found, idVendor=0483, idProduct=3748
[0] usb 1-7: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[0] usb 1-7: Product: STM32 STLink
[0] usb 1-7: Manufacturer: STMicroelectronics
[0] usb 1-7: SerialNumber: 6

- openocd

Now we need openocd to use the programmer to flash our nRF52832 firmware:

    git clone git:// openocd-code

And we need some patches for the nRF52832 (more info on and

git pull refs/changes/15/3215/2

Then i added to openocd-code/src/flash/nor/nrf52.c in line 133 to fit my nRF52832 hardware:

        .hwid        = 0x00C7,
        .variant    = "QFN48",
        .build_code    = "B00",
        .flash_size_kb    = 512,

Let's build and install openocd:

    cd openocd-code/
    sudo make install

An openocd config-file (i.e. openocd_nrf52.cfg) can look like this:

 #nRF52832 Target
source [find interface/stlink-v2.cfg]

transport select hla_swd

source [find target/nrf52.cfg]

And test our board:

     openocd -d2 -f openocd_nrf52.cfg

Open On-Chip Debugger 0.10.0-dev-00322-g406f4d1-dirty (2016-09-23-11:47)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
debug_level: 2
Info : The selected transport took over low-level target control. The results might differ compared to plain JTAG/SWD
adapter speed: 10000 kHz
Info : Unable to match requested speed 10000 kHz, using 4000 kHz
Info : Unable to match requested speed 10000 kHz, using 4000 kHz
Info : clock speed 4000 kHz
Info : STLINK v2 JTAG v17 API v2 SWIM v4 VID 0x0483 PID 0x3748
Info : using stlink api v2
Info : Target voltage: 3.273018
Info : nrf52.cpu: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints

Connect with telnet and cleanup our chip (get rid of all test stuff):

     telnet localhost 4444

Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
Open On-Chip Debugger
> reset halt
nrf52.cpu: target state: halted
target halted due to debug-request, current mode: Thread
xPSR: 0x01000000 pc: 0x00000b58 msp: 0x20010000
> nrf52 mass_erase
> reset
> exit
Connection closed by foreign host.

- GNU ARM Compiler

Next step get the GNU ARM Compiler to build our firmware:

Download ready packages from
I use this linux version gcc-arm-none-eabi-5_3-2016q1-20160330-linux.tar.bz2

Unpack with

     tar xvjf gcc-arm-none-eabi-5_3-2016q1-20160330-linux.tar.bz2

- Nordic SDK 12.0.0

 Download the package from

    actual release
    and unpack:


The Firmware

Let's start with blinky (all sourcecode available in :

On our nRF52832 development board there are  two useable LEDs. After some tracing we discover they are on GPIO pin 30 and GPIO pin 31.

So our C - program can look like this:

#include <stdlib.h>
#include "nrf_delay.h"
#include "nrf_gpio.h"

const uint32_t led_pin1 = 31;

 * @brief Function for application main entry.
int main(void) {

    // setup
    // Configure LED-pin as outputs and clear.

    // loop
    // Toggle LED.
    while (true) {
        nrf_delay_ms(1000);   // 0.5 Hz

Now we need one Makefile:


# compilation flags for gdb

CFLAGS  += -O0 -g
CFLAGS += -DNRF52832

LDSCRIPT = $(TEMPLATEROOT)/blank_nrf52832_QFAA.ld

# object files

OBJS =  system_nrf52.o main.o

# include common make file

include $(TEMPLATEROOT)/Makefile.common

For Makefile.common see

And our linker-file (blank_nrf52832_QFAA.ld):

GROUP(-lgcc -lc -lnosys)

  FLASH (rx) : ORIGIN = 0x0, LENGTH = 0x80000
  RAM (rwx) :  ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x10000

  .fs_data :
    PROVIDE(__start_fs_data = .);
    PROVIDE(__stop_fs_data = .);
  } > RAM

INCLUDE "nrf5x_common.ld"

Build the firmware blinky.hex:


'/home/pcbreflux/nordic/gcc-arm-none-eabi-5_3-2016q1/bin/arm-none-eabi-gcc' -Xlinker -Map=_build/ -mthumb -mabi=aapcs -L/home/pcbreflux/nordic/nRF5_SDK_12.0.0/components/toolchain/gcc -T../blank_nrf52832_QFAA.ld -mcpu=cortex-m4 -Wl,--gc-sections --specs=nano.specs -lc -lnosys -o _build/blinky.out _build/system_nrf52.o _build/main.o _build/gcc_startup_nrf52.o
'/home/pcbreflux/nordic/gcc-arm-none-eabi-5_3-2016q1/bin/arm-none-eabi-objcopy' -O binary _build/blinky.out                   _build/blinky.bin                  
'/home/pcbreflux/nordic/gcc-arm-none-eabi-5_3-2016q1/bin/arm-none-eabi-objcopy' -O ihex _build/blinky.out                   _build/blinky.hex

and flash blinky.hex to our nRF52832 development board:

       make flash


** Programming Started **
auto erase enabled
Info : nRF51822-QFN48(build code: B00) 512kB Flash
Warn : using fast async flash loader. This is currently supported
Warn : only with ST-Link and CMSIS-DAP. If you have issues, add
Warn : "set WORKAREASIZE 0" before sourcing nrf52.cfg to disable it
nrf52.cpu: target state: halted
target halted due to breakpoint, current mode: Thread
xPSR: 0x61000000 pc: 0x2000001e msp: 0x20010000
wrote 4096 bytes from file _build/blinky.hex in 0.207181s (19.307 KiB/s)
** Programming Finished **
** Verify Started **
nrf52.cpu: target state: halted
target halted due to breakpoint, current mode: Thread
xPSR: 0x61000000 pc: 0x2000002e msp: 0x20010000
verified 3120 bytes in 0.041079s (74.171 KiB/s)
** Verified OK **

The nRF51822-QFN48 is just a mislead in our openocd patch (see nrf52.c at line 404).


Practical demonstration can be found on youtube

Friday, September 2, 2016

nRF51822 mit Rotary Encoder (Drehgeber) und Quadrature Decoder (QDEC)

mechanischer Rotary Encoder (Drehgeber)

Ein mechanischer Rotary Encoder (Drehgeber) ist ein Eingabegerät bei dem durch die Rotation eines Knopfes Signale erzeugt werden die man z.B. zum Einstellen von Anwendungswerten verwenden kann. Den Rotary Encoder kann man meist ohne Endstellung in Uhrzeigerichtung oder gegen Uhrzeigerichtung  drehen.

Die preiswerten Versionen eines Rotary Encoder (Drehgeber) haben meist drei Anschlüsse A,B und C. Wobei die Anschlüsse A und B gegen den Anschluss C geschaltet werden.
Symbolischer Aufbau eines mechanischen Rotary Encoder (Drehgeber)

 Wird der Rotary Encoder (Drehgeber) zwischen zwei Einrastpositionen in Uhrzeigerichtung gedreht, sind zunächst beide Anschlüsse A und B nicht mit C verbunden (0). Dann schließt sich zunächst der Anschluss A (1), dann B (1) und dann wird A auch wieder von C gelöst (0) und anschließend B (0). D.h. zwischen einem Wechsel zwischen zwei Einrastpositionen gibt es insgesamt vier Signalwechsel. Beim drehen entgegen der Uhrzeigerichtung sind die Signalverläufe umgedreht.
Deutlicher wird dies, wenn wir eine Testschaltung mit Leuchtdioden aufbauen. Sobald sich A bzw. B mit dem Anschluss C verbindet ist der LED Schaltkreis geschlossen und die jeweilige LED (Rot oder Grün) leuchtet.
Testaufbau auf einem Entwicklerboard (Breadboard)
Signalwechsel bei einem Anschluss an den GPIO Port eines Mikrocontrollers
Will man einem Rotary Encoder (Drehgeber) mit einem Mikrokontroller auswerten, müssen die jeweiligen Signalflankenwechsel (Lo to Hi oder Hi to Lo) an einem GPIO Pin mit dem Zustand des jeweiligen anderen GPIO Pin gegenüber gestellt werden um die Drehrichtung zu ermitteln.
Beispielschaltung mit einem nRF51822
 (die LEDs und 220Ω Widerstände können auch gegen 4,7kΩ Widerstände ausgetauscht werden).

Um den Drehungen eines Rotary Encoder (Drehgeber) mit dem nRF51822 auswerten zu können könnte man entweder ständig (mit Mikrosekunden Delay) oder Timergesteuert die  beiden verwendeten GPIO Ports auswerten. Oder wir machen dies mit den GPIOTE vom letzten BLOG. Hierbei müsste dann jedoch immer noch bei einem Flankenwechsel innerhalb eines Interrupts der jeweils andere GPIO Pin abgefragt werden. Wird dann z.B. ein Interrupt bei GPIO Port A durch einen Lo to Hi Flankenwechsel ausgelöst zeigt ein GPIO Port B bei 0 eine Drehung in Uhrzeigerichtung an bei 1 eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn.
Doch benötigt diese Art der Auswertung CPU Zeit, da die Interruptroutine nur mit Hilfe der CPU Ausgeführt wird.

Eleganter ist daher die Auswertung mit dem in dem in dem nRF51822/nRF51422 eingebauten Peripheral block, dem Quadrature Decoder (QDEC). Der kann die Signale auswerten und sich über einem Report eine definierte Anzahl von zustandsänderungen Merken ohne die CPU z.B. aus dem Low Power Schlaf zu holen.

/** @brief Function handle qdec events.
static void qdec_event_handler(nrf_drv_qdec_event_t event) {
    if (event.type == NRF_QDEC_EVENT_REPORTRDY) {
        m_accdblread =;
        m_accread =;
        if (m_accdblread==0) {
            m_value += m_accread;
        if (m_value<0) {
        m_value = 0;
    } else if (m_value>100) {
        if (m_value != m_last_value) {
            uart_printf("report dbl=%u acc=%d",m_accdblread,m_accread);
                if (m_accread>0) {
            uart_printf("\x1B[1;32m"); // GREEN
                } else {
            uart_printf("\x1B[1;31m"); // RED
            uart_printf(" val=%d\n\r",m_value);
        m_last_value = m_value;
        uart_printf("\x1B[0m"); // DEFAULT color

/** @brief Function initialization and configuration of QDEC driver instance.
static void qdec_config(void) {
    uint32_t err_code;

        nrf_drv_qdec_config_t qdec_config = NRF_DRV_QDEC_DEFAULT_CONFIG;
    // Initialize hardware
    err_code = nrf_drv_qdec_init(&qdec_config, qdec_event_handler);
    printf("QDEC testing started\n");

    nrf_drv_qdec_enable(); // Event and corresponding interrupt are enabled.
    uart_printf("nrf_drv_qdec_enable \n\r");

Sourcecode ist über GITHUB verfügbar.

Weiter Informationen im Video:

Thursday, September 1, 2016

nRF51822 mit GPIOTE und TTP229 Touchsensor

Was ist GPIOTE?

Mit GPIO Task und Events können mit den nRF51822 (nRF51422) Signalflaken bzw Signaländerung durch das Auslösen eines Interrupts ausgewertet werden. Hierbei wird dann eine Handler-Rutine angesprochen in der der Signalzustandswechsel ausgewertet werden kann.
nRF51822 und GPIOTE

TTP229 angeschlossen am nRF51822 Entwicklerboard mit UART über USB

Beim TTP229 Capacitive Touch Sensor kann man sich dies zunutze machen um die Tasten-(Flächen-)Berührungen seriell auswerten zu können (die parallele Auswertung wird hier nicht betrachtet). 

TTP229 Modul
Für ein Prototyp können Breadbord freundliche Module erworben werden.

 Zur Vorbereitung kann der 16-Key Modus (aktive LOW über TP2) eingeschaltet bzw. der Multi-Key Modus (TP3 und TP4) aktiviert werden. Siehe auch Datenblatt Seite 9 (

16-Key und Multi-key Modus aktivieren.

Der TT229 sendet eine Signalflanke am DV (Datavalid) Pin immer dann, wenn ein oder mehrere (Multi Key Mode) Tasten zur Auswertung bereit stehen.

Über den Clock PIN können dann die einzelnen Informationsbits angefordert werden.

nRF51822 mit GPIOTE und UART über Putty via USB.
Sourcecode ist über GITHUB verfügbar.

Weiter Informationen im Video: