АНАЛІЗ ПІДТРИМКИ STM32-СІМЕЙСТВ В .NET ECO-SYSTEM ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ COMMUNITY-TARGETS
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.4.3.25Ключові слова:
NET nanoFramework, STM32, мікроконтролери, керований код, портативність, embedded- системи, IoT, CLR, BSP, периферійні модуліАнотація
У цій статті проведено систематичний огляд підтримки мікроконтролерів серій STM32 у керованому середовищі.NET nanoFramework. Розглянуто архітектуру платформи, включно з багаторівневою моделлю, що складається із завантажувача (nanoBooter), рантайм-ядра (nanoCLR), абстракції периферій (PAL) та бібліотек пристроїв, а також особливості її адаптації до різних серій STM32, таких як F4, F7 та H7. Визначено основні переваги використання керованого коду на мікроконтролерах, зокрема зменшення часу розробки завдяки об’єктно-орієнтованій моделі, можливість швидкого прототипування, інтеграція з інструментами Visual Studio та Dev Containers і полегшення роботи з периферійними модулями через API C#. Разом із цим обговорюються обмеження та проблеми портативності, включно із ресурсними вимогами CLR, відмінностями у підтримці DMA, USB та кешування між серіями STM32, а також необхідністю ручного налаштування BSP та конфігурацій проектів для забезпечення стабільної роботи на різних таргетах. У статті проведено порівняльний аналіз серій STM32 щодо підтримки nanoFramework: серії середнього класу (F4) оптимальні для прототипування та освітніх проектів, серії нижчого класу (F0, L0) обмежені обсягом пам’яті та периферійними можливостями, а високопродуктивні серії (F7, H7) дозволяють реалізовувати складні багатопоточні та IoT-застосунки за умови належної конфігурації кешу, DMA і тактових множників. На основі аналізу літератури та відкритих джерел подано практичні рекомендації: обирати серії STM32 відповідно до складності завдань, оптимізувати використання пам’яті, дотримуватися стандартів BSP та тестувати портативний код на різних серіях, застосовувати інструментальні засоби автоматизації збірки та прошивки, а для часово-критичних завдань комбінувати C# із нативним C-кодом. Стаття призначена для розробників embedded-систем, дослідників IoT та освітніх установ, які прагнуть ефективно використовувати керований код на STM32, зберігаючи гнучкість і портативність програмного забезпечення.
Посилання
Ramel, D. Code Small with C# in.NET nanoFramework for Embedded Systems. Visual Studio Magazine. 2020. URL:https://visualstudiomagazine.com/articles/2020/10/01/net-nanoframework.aspx (дата звернення: 04.11.2025).
Ellerbach, L. Show.NET: Running my.NET nanoFramework for 8 years on a battery. The.NET Blog (Microsoft). 2021. June 10. URL: https://devblogs.microsoft.com/dotnet/show-dotnet-running-my-net-nanoframework-for-8-years-on-a-battery (дата звернення: 04.11.2025).
Gorter, F. nanoFramework – C# for microcontrollers with 64 KB RAM. Feiko.io Blog. 2021. May 17. URL: https://www.feiko.io/posts/2021-05-17-nanoframework-c-for-microcontrollers-with-64k-ram (дата звернення: 04.11.2025).
Vrbančič, F., Kocijančič, S. Strategy for learning microcontroller programming – a graphical or a textual start? Education and Information Technologies. 2024. Vol. 29, No. 2. URL: https://doi.org/10.1007/s10639-023-12024-9
Atwood, J. On Managed Code Performance, Again. Coding Horror Blog. 2005. May 23. URL: https://blog.codinghorror.com/on-managed-code-performance-again (дата звернення: 04.11.2025).
Li, W., Guan, L., Lin, J., Shi, J., Li, F. From Library Portability to Para-rehosting: Natively Executing Microcontroller Software on Commodity Hardware. arXiv preprint arXiv:2107.12867. 2021. URL: https://arxiv.org/abs/2107.12867 (дата звернення: 04.11.2025).
Lin, J., Chen, W.-M., Lin, Y., Cohn, J., Gan, C., Han, S. MCUNet: Tiny Deep Learning on IoT Devices. arXiv preprint arXiv:2007.10319. 2020. URL: https://arxiv.org/abs/2007.10319 (дата звернення: 04.11.2025).
Haug, S., Böhm, C., Mayer, D. Automated Code Generation and Validation for Software Components of Microcontrollers. arXiv preprint arXiv:2502.18905. 2025. URL: https://arxiv.org/abs/2502.18905 (дата звернення: 04.11.2025).
.NET nanoFramework Docs. nanoFramework Documentation – STM32 Community Targets [Електронний ресурс]. 2024. URL: https://docs.nanoframework.net/content/community-targets/index.html (дата звернення: 04.11.2025).
.NET nanoFramework Docs. Building for STM32 Boards –. NET nanoFramework Developer Guide [Електронний ресурс]. 2024. URL: https://docs.nanoframework.net/content/building/build-stm32.html (дата звернення: 04.11.2025).
.NET nanoFramework Docs. Creating a Community Board for STM32 in.NET nanoFramework [Електронний ресурс]. 2024. URL: https://docs.nanoframework.net/content/stm32/create-community-board.html (дата звернення: 04.11.2025).
.NET nanoFramework Website. Overview of the.NET nanoFramework [Електронний ресурс]. 2023. URL: https://nanoframework.net/overview-of-nanoframework (дата звернення: 04.11.2025).
.NET nanoFramework Blog. Celebrating IoT Day with.NET nanoFramework: Empowering IoT Solutions with Ease. nanoFramework Blog. 2024. URL: https://nanoframework.net/celebrating-iot-day-with-net-nanoframework- empowering-iot-solutions-with-ease (дата звернення: 04.11.2025).
.NET nanoFramework Official Site. Home –. NET nanoFramework [Електронний ресурс]. 2025. URL: https:// nanoframework.net/home (дата звернення: 04.11.2025).
.NET nanoFramework Project Page. 502 – Status and Release Roadmap [Електронний ресурс]. 2023. URL: https://nanoframework.net/502-2 (дата звернення: 04.11.2025).
STMicroelectronics Documentation. STM32Cube Programmer (UM2237) [Електронний ресурс]. 2023. URL: https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html (дата звернення: 04.11.2025).
STMicroelectronics. STM32 Cube HAL Driver User Manual [Електронний ресурс]. 2023. URL: https://www.st.com/en/embedded-software/stm32cubef4.html (дата звернення: 04.11.2025).
STMicroelectronics. STM32 Discovery Boards Overview [Електронний ресурс]. 2024. URL: https://www.st.com/en/evaluation-tools/stm32-discovery-kits.html (дата звернення: 04.11.2025).
STMicroelectronics Corporate Site. MCU and MPU Portfolio – STM32 Families [Електронний ресурс]. 2025. URL: https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus.html (дата звернення: 04.11.2025).
Microsoft Docs..NET Runtime and IL Execution Model [Електронний ресурс]. 2024. URL: https://learn. microsoft.com/en-us/dotnet/standard/managed-code (дата звернення: 04.11.2025).
Microsoft Docs. CLR Internals – Garbage Collection in Embedded Environments [Електронний ресурс]. 2024. URL: https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/garbage-collection (дата звернення: 04.11.2025).
Pizlo, F. Garbage Collection in Real-Time and Embedded Systems: A Survey. ACM Computing Surveys. 2020. URL: https://doi.org/10.1145/3406090
Microsoft Learn. Compare.NET nanoFramework with.NET IoT – Code Samples [Електронний ресурс]. 2023. June 29. URL: https://learn.microsoft.com/en-us/samples/dotnet/samples/compare-nanoframework-with-dotnet-core-iot/ (дата звернення: 04.11.2025).
de Souza, D., Ribeiro, M., Martins, A. Benchmarking Managed vs Native Code on Embedded Cortex-M Systems. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 116523–116534.
Martinsen, H., Kvale, S. Portability Strategies for C# in Embedded Systems. Journal of Embedded Computing. 2023. Vol. 18, No. 4. P. 227–241
Carbone, S., Cassar, M. Managed Languages in Low-Power Embedded Applications: Trade-offs and Future Trends. Microprocessors and Microsystems. 2023. Vol. 98. P. 104941. URL: https://doi.org/10.1016/j.micpro.2023.104941 (дата звернення: 04.11.2025).
Plauska I., Liutkevičius A. Performance Evaluation of C/C++, MicroPython, Rust and TinyGo on ESP32. Electronics. 2023, No. 12. URL: https://doi.org/10.3390/electronics12010143.
Ryu, J., Han, Y. Adaptive Memory Management for IoT Devices. Sensors. 2023. Vol. 23, No. 8. P. 3751.
Stack Overflow. NanoFramework STM32 Nucleo_F103RB E5006 [Електронний ресурс]. 2024. January 23. URL: https://stackoverflow.com/questions/77866771/nanoframework-stm32-nucleo-f103rb-e5006 (дата звернення: 04.11.2025).
.NET nanoFramework Docs. Porting and Board Bring-Up Guide for.NET nanoFramework [Електронний ресурс]. 2024. URL: https://docs.nanoframework.net/content/building/porting.html (дата звернення: 04.11.2025).
GitHub. nanoframework/nfCommunityTargets [Електронний ресурс]. n.d. URL: https://github.com/nanoframework/nf-Community-Targets (дата звернення: 04.11.2025).
NuGet. nanoFramework.Hardware.Stm32 [Електронний ресурс]. n.d. URL: https://www.nuget.org/packages/nanoFramework.Hardware.Stm32 (дата звернення: 04.11.2025).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
