电机驱动开发学习10. FreeMaster的简单使用

[一、FreeMASTER 简介](#一、FreeMASTER 简介)
- [1.1 什么是 FreeMASTER](#1.1 什么是 FreeMASTER)
- [1.2 为何在电机控制里用它](#1.2 为何在电机控制里用它)
- [1.3 与 VOFA+ / FireWater 的对比](#1.3 与 VOFA+ / FireWater 的对比)
- [1.4 本章范围（「简单使用」）](#1.4 本章范围（「简单使用」）)
二、实验简介
- [2.1 本章目标](#2.1 本章目标)
- [2.2 与前后章节的关系](#2.2 与前后章节的关系)
- [2.3 硬件与工程说明](#2.3 硬件与工程说明)
三、软件准备
- [3.1 仅需安装上位机](#3.1 仅需安装上位机)
- [3.2 下位机工程要求](#3.2 下位机工程要求)
- [3.3 可选：串口驱动方案（本章不采用）](#3.3 可选：串口驱动方案（本章不采用）)
- [3.4 FreeMASTER 上位机操作步骤（SWD 直连）](#3.4 FreeMASTER 上位机操作步骤（SWD 直连）)
- - [步骤 0：下位机准备](#步骤 0：下位机准备)
  - [步骤 1：新建工程](#步骤 1：新建工程)
  - [步骤 2：配置通信（CMSIS-DAP / SWD）](#步骤 2：配置通信（CMSIS-DAP / SWD）)
  - [步骤 3：加载符号文件（.axf）](#步骤 3：加载符号文件（.axf）)
  - [步骤 4：添加监视变量](#步骤 4：添加监视变量)
  - [步骤 5：添加示波器（Scope）](#步骤 5：添加示波器（Scope）)
  - [步骤 6：连接并查看数据](#步骤 6：连接并查看数据)
  - [步骤 7：在线改参（替代 lesson9 串口命令）](#步骤 7：在线改参（替代 lesson9 串口命令）)
  - [步骤 8：保存工程](#步骤 8：保存工程)
  - 常见问题（上位机）
- [3.5 Plug-in module 列表为空 / register.bat 全失败怎么办](#3.5 Plug-in module 列表为空 / register.bat 全失败怎么办)
- - [原因：64 位 Windows 上 register.bat 有坑](#原因：64 位 Windows 上 register.bat 有坑)
  - [办法 1：用修正版注册脚本](#办法 1：用修正版注册脚本)
  - [办法 1b：批处理显示全 OK，但列表仍为空（假成功）](#办法 1b：批处理显示全 OK，但列表仍为空（假成功）)
  - [办法 1c：`regsvr32` 全部 exit=5（拒绝访问）](#办法 1c：regsvr32 全部 exit=5（拒绝访问）)
  - [办法 2：手动写注册表（`regsvr32` 被禁时，推荐）](#办法 2：手动写注册表（regsvr32 被禁时，推荐）)
  - [办法 3：若仍失败 ------ 装 VC++ 运行库](#办法 3：若仍失败 —— 装 VC++ 运行库)
  - [办法 4：确认插件文件存在](#办法 4：确认插件文件存在)
  - [办法 5：列表恢复后选哪个插件](#办法 5：列表恢复后选哪个插件)
  - 排查清单
四、下位机：全局监视变量
- [4.1 `g_fm_*` 变量一览](#4.1 g_fm_* 变量一览)
- [4.2 使用全局 + volatile](#4.2 使用全局 + volatile)
- [4.3 改参后自动清积分](#4.3 改参后自动清积分)
[五、上位机 FreeMASTER 工程配置总结](#五、上位机 FreeMASTER 工程配置总结)
- [5.1 建立连接](#5.1 建立连接)
- [5.2 变量监视（Watch）](#5.2 变量监视（Watch）)
- [5.3 示波器（Scope）](#5.3 示波器（Scope）)
- [5.4 在线改参](#5.4 在线改参)
- [5.5 工程文件保存](#5.5 工程文件保存)
六、程序设计
- [6.1 目录](#6.1 目录)
- [6.2 运行流程](#6.2 运行流程)
- [6.3 FreeMASTER 侧流程](#6.3 FreeMASTER 侧流程)
七、实验步骤
- [7.1 连通性验证](#7.1 连通性验证)
- [7.2 监视 PID 波形](#7.2 监视 PID 波形)
- [7.3 在线整定](#7.3 在线整定)

一、FreeMASTER 简介

1.1 什么是 FreeMASTER

NXP 提供的免费实时调试与数据可视化工具
支持变量监视 、波形示波 、在线改参 、数据记录（Recorder）
通信方式多样：串口、CAN、USB，以及 SWD/JTAG 调试口直连（本章采用）

1.2 为何在电机控制里用它

PID 整定、速度环调试需要实时看变量 、改 Kp/Ki/Kd，不必反复烧录
可同时监视多路 float（SP、反馈、PWM、三相电流、霍尔 RPM 等）
工业与汽车领域广泛使用，与 NXP 电机库生态配套

1.3 与 VOFA+ / FireWater 的对比

对比项	VOFA+ FireWater（上一章）	FreeMASTER SWD 直连（本章）
通信	USART 主动 `printf` CSV	调试口 SWD 直接读/写 RAM
改参	串口命令 `kp` / `t`	PC 端 Watch 窗口写变量
下位机移植	FireWater 发送代码	零移植，无需 FreeMASTER 驱动
占串口	占用 USART1	不占串口
本章定位	快速看波形	掌握非侵入式专业调试

1.4 本章范围（「简单使用」）

CMSIS-DAP / SWD 调试口直连（野火板载调试器）
变量监视（Watch） + 示波器曲线（Scope）
在线修改 PID 目标值与 Kp/Ki/Kd
暂不展开：串口 SCI 驱动移植、CAN、Recorder 高级触发、HTML 仪表盘

注意：与 Keil 不能同时占用同一条 SWD：先退出 Keil Debug，再开 FreeMASTER

二、实验简介

2.1 本章目标

了解 FreeMASTER SWD 直连的工作方式（上位机读/写 RAM）
在 PC 端加载 Keil 编译的 .axf，建立 FreeMASTER 工程
实时监视 PID 相关变量（SP、ACT、OUT、P/I/D）
在 PC 端在线修改目标值与 Kp/Ki/Kd，观察阶跃响应
与上一章 FireWater 实验对照，理解两种调试路径的差异

2.2 与前后章节的关系

章节	内容
lesson9（PID）	位置式 PID + FireWater + 串口改参
本章	去掉 FireWater，全局变量 + FreeMASTER SWD 监视与改参
lesson10（预告）	无刷速度环：霍尔反馈 + PID，FreeMASTER 监视 RPM / PWM

2.3 硬件与工程说明

实验平台：野火骄阳 F407 + 无刷驱动板
通信：SWD 调试口（板载 CMSIS-DAP / ST-Link，USB 接 PC）
工程基础：lesson9 工程改版 ------移除 VOFA+/FireWater，暴露 g_fm_* 全局变量
USART 本章未使用（改参走 FreeMASTER Watch）
注意：Keil 处于 Debug 会话时，FreeMASTER 无法连接 SWD，需先 Stop/Debug Out

三、软件准备

3.1 仅需安装上位机

FreeMASTER 桌面端（建议 3.x）
不需要下载或移植嵌入式通信驱动

3.2 下位机工程要求

使用 本章 lesson10 工程 ，Keil 编译时保留 Debug 信息 （默认 -g，生成 .axf）
确认 Output 目录有 YH-F407.axf（路径示例：lesson10. FreeMaster的简单使用/Output/YH-F407.axf）
监视变量已在代码中定义为全局 g_fm_*（见 4.1 节）

3.3 可选：串口驱动方案（本章不采用）

若将来需要 Recorder、脱离调试器现场调试，可再集成 NXP 串口 SCI 驱动。

3.4 FreeMASTER 上位机操作步骤（SWD 直连）

以下以 FreeMASTER 3.x 为例，界面与截图中的 New Project 一致。

步骤 0：下位机准备

用 Keil 打开 Project/Fire-F407.uvprojx，Rebuild 编译
Download 烧录到板子，确认程序在跑（LED 等）
在 Keil 点 Stop 停止调试，关闭 Debug 会话（必须释放 SWD，否则 FreeMASTER 连不上）
板子 USB 保持连接（调试器 + 供电）

步骤 1：新建工程

打开 FreeMASTER（窗口标题类似 Project - FreeMASTER）
若左侧 Project Tree 已有 New Project，可直接用；否则 File → New Project
建议 File → Save Project As... 保存到本章目录，例如 freemaster_pid.pmp

步骤 2：配置通信（CMSIS-DAP / SWD）

菜单 Project → Options... （或选中 New Project 右键 Properties）
打开 Comm（Communication）选项卡
先选连接方式（很重要，很多人漏这一步）：
- 选 Plug-in Module Interface（插件模块接口）单选按钮
- 不要选 Native RS232 Link / Direct Serial 等
此时 Plug-in module 下拉框才应出现内容，选：
- FreeMASTER CMSIS-DAP Communication Plug-in（野火板优先）
- 或 FreeMASTER BDM Communication Plug-in → Configure 里选 CMSIS-DAP
点 **Configure ** 选调试器、SWD、设备
点 OK 保存

若第 3 步选了 Plug-in Module Interface，但下拉框仍为空 → 见 3.6 节（COM 插件未进注册表）。

步骤 3：加载符号文件（.axf）

FreeMASTER 需要 .axf 才能按变量名解析地址。

仍在 Project → Options... 中，找到 Map file 页

浏览并选择：

复制代码

lesson10. FreeMaster的简单使用/Output/YH-F407.axf

File format 选择 Binary ELF with DWARF debugging format.
点 View 按钮，点开后应能搜到 g_fm_setpoint、g_fm_pid 等

点确定

步骤 4：添加监视变量

菜单 Project → Variables...（或工具栏变量图标）
点 New 新建变量，从符号列表选择，或手动填写：

变量名（Name）	符号 / 地址来源	类型	可写
SP	`g_fm_setpoint`	float	是
ACT	`g_fm_actual`	float	否
ERR	`g_fm_error`	float	否
OUT	`g_fm_pid.output`	float	否
P	`g_fm_pid.p_term`	float	否
I	`g_fm_pid.i_term`	float	否
D	`g_fm_pid.d_term`	float	否
Kp	`g_fm_pid.kp`	float	是
Ki	`g_fm_pid.ki`	float	是
Kd	`g_fm_pid.kd`	float	是

每个变量保存后，在 Project → Variables 列表中应能看到
选中 Project Tree 里的 New Project ，在属性 Watch 页把上述变量加入 Watched variables （或 Add 到 Watch 列表）

步骤 5：添加示波器（Scope）

在 Project Tree 中右键 New Project → Create OscilloScope
将新 Scope 命名为 PID（可选）
打开属性- Variables 页
把 SP、ACT、OUT （或 ERR、P、I、D）加入曲线通道 Graph Block
采样周期建议 50ms～100ms（SWD 带宽有限，不必过快）

步骤 6：连接并查看数据

点击工具栏绿色 GO! 按钮（或 Ctrl+G）
Variable Watch 窗口应刷新数值：
- SP（g_fm_setpoint）初值约 50
- ACT 应随 PID 运算变化
切换到 Scope 视图，应看到曲线滚动
停止监视点红色 STOP

步骤 7：在线改参（替代 lesson9 串口命令）

在 Variable Watch 中双击可写变量修改数值：

目的	FreeMASTER 操作	对应 lesson9 串口
改目标	写 `SP` = 30 或 70	`t 30` / `t 70`
改 Kp	写 `Kp` = 1.5	`kp 1.5`
纯 P	`Ki=0`, `Kd=0`，调 `Kp`	`ki 0` `kd 0`
清积分	一般自动处理	`r`

改 SP / Kp / Ki / Kd 后，下位机 fm_reset_on_param_change() 会自动 pid_reset()。

目标改为90，看变化：

步骤 8：保存工程

File → Save Project ，下次打开 .pmp 即可，无需重新配变量。

常见问题（上位机）

现象	处理
Plug-in module 列表为空	见 3.5 / 3.6 节（COM 未注册或 regsvr32 被拦）
GO! 后无数据 / 连接失败	Keil 是否已 Stop；USB 调试线是否插对接口
找不到 `g_fm_*` 符号	重新选最新 `.axf`；确认编译的是 lesson10 工程
数值不变	程序是否在跑；变量名是否拼错
Watch 可写但板子无反应	确认写的是 RAM 变量且程序主循环在运行

更细的变量说明见第四节；实验对照见第七节。

3.5 Plug-in module 列表为空 / register.bat 全失败怎么办

FreeMASTER 的通信插件是 Windows COM 组件，必须注册进系统后才会出现在下拉列表。

原因：64 位 Windows 上 register.bat 有坑

官方 D:\NXP\FreeMASTER 3.2\FreeMASTER\register.bat 对所有 DLL 都调用 regsvr32 ，在 64 位管理员 CMD 里默认走的是 64 位 System32\regsvr32.exe。

但多数插件 DLL 是 32 位的，例如：

DLL	位数	应使用的 regsvr32
`mcbobjps.dll`、`mcbpgi.dll`	32-bit	`C:\Windows\SysWOW64\regsvr32.exe`
`plugins\bdm\bdmpgi.dll`（BDM/CMSIS-DAP 插件）	32-bit	同上
`mcbobjps64.dll`、`mmaster64.dll`	64-bit	`C:\Windows\System32\regsvr32.exe`

用错位数就会全部显示 Error registering xxx.dll，Plug-in 列表为空。

pcmaster.exe /RegServer 和 mcbsvr.exe /RegServer 没报错是正常的；失败的是后面的 regsvr32 步骤。

办法 1：用修正版注册脚本

复制代码

lesson10. FreeMaster的简单使用/tools/register_freemaster_win64.bat

确认 FM=D:\NXP\FreeMASTER 3.2\FreeMASTER 路径正确
右键 → 以管理员身份运行 （建议用 SysWOW64\cmd.exe，不要用 PowerShell）
脚本末尾会 自动检查 Enum ；若报 [FAIL] Enum key missing 则注册未真正成功
完全关闭 FreeMASTER 后重开 → Comm 里选 Plug-in Module Interface

若 regsvr32 全部 exit=5，见 3.6 节（公司域策略 / 手动注册）。

办法 1b：批处理显示全 OK，但列表仍为空（假成功）

旧版脚本曾用 rundll32 DllRegisterServer 作兜底：exit=0 也可能不写注册表 ，于是打印 [ OK -32]，列表仍空。

真实判定标准 ------必须用 32 位 reg.exe（FreeMASTER 是 32 位程序）：

bat 复制代码

C:\Windows\SysWOW64\reg.exe query "HKCR\Component Categories\{48A185C0-FFDB-11d3-80E3-00C04F176153}\Enum"

用 64 位 reg query 查同一项可能误报「找不到」，不代表真的没注册。

Enum 不存在 → 插件未注册，列表必空
Enum 下有若干 {GUID} → 重启 FreeMASTER 后下拉框应有插件名

办法 1c：`regsvr32` 全部 exit=5（拒绝访问）

通常是 公司域策略 / 杀毒 拦截 regsvr32，与是否管理员无关。

实测：即使用计划任务 HIGHEST 权限，jscript.dll 的 regsvr32 也会 exit=5。

手动单颗注册（不要加 /s，会弹窗）：

bat 复制代码

cd /d "D:\NXP\FreeMASTER 3.2\FreeMASTER"
set PATH=D:\NXP\FreeMASTER 3.2\FreeMASTER;D:\NXP\FreeMASTER 3.2\FreeMASTER\plugins\bdm;%PATH%
C:\Windows\SysWOW64\regsvr32.exe plugins\bdm\bdmpgi.dll

弹窗 Access denied 时，按 3.6 节 走 手动写注册表；个人电脑可试关 Defender / 加排除项后重试。

办法 2：手动写注册表（`regsvr32` 被禁时，推荐）

当 regsvr32 被策略拦截时，用 SysWOW64\reg.exe 直接写入 32 位 COM 注册表（绕过 regsvr32）：

复制代码

lesson10. FreeMaster的简单使用/tools/register_freemaster_manual.bat

确认 bat 顶部 FM= 路径正确
右键 → 以管理员身份运行 （建议 SysWOW64\cmd.exe）
脚本会注册 bdmpgi / mcbpgi / focpgi / jtagpgi 共 15 个插件，并打印 Enum 验证结果
完全退出 FreeMASTER → 重开 → Comm 选 Plug-in Module Interface

本章 STM32 实验选：FreeMASTER CMSIS-DAP Communication Plug-in（或 P&E Micro 里 Build 选 CMSIS-DAP）。

办法 3：若仍失败 ------ 装 VC++ 运行库

插件依赖 Visual C++ 运行库，请安装：

装完后再跑 办法 1 的脚本。

办法 4：确认插件文件存在

FreeMASTER 3.2 的通信插件在（注意是小写 plugins）：

复制代码

D:\NXP\FreeMASTER 3.2\FreeMASTER\plugins\bdm\bdmpgi.dll
D:\NXP\FreeMASTER 3.2\FreeMASTER\plugins\bdm\CMSIS_DAP.dll

这些文件存在只说明安装完整 ；列表仍要注册 bdmpgi.dll 后才出现。

办法 5：列表恢复后选哪个插件

Plug-in 名称	说明
FreeMASTER CMSIS-DAP Communication Plug-in	本章推荐；Build 里选 CMSIS-DAP
FreeMASTER P&E Micro Communication Plug-in	备选；Build 里选 CMSIS-DAP 或 ST-Link

排查清单

复制代码

□ Comm 页选了 Plug-in Module Interface（不是 RS232）
□ 用 SysWOW64\reg.exe 查 Enum 是否有插件（见 3.6）
□ regsvr32 失败时改跑 tools/register_freemaster_manual.bat
□ 已装 VC++ 2015-2022 x86 + x64
□ 完全退出后重启 FreeMASTER

四、下位机：全局监视变量

4.1 `g_fm_*` 变量一览

本章在 User/freemaster/bsp_fm_vars.h 声明、在 bsp_pid_app.c 定义全局变量 （带 volatile），供 FreeMASTER 加载 .axf 后直接 Watch：

FreeMASTER 符号名	含义
`g_fm_setpoint`	目标值 SP（可写）
`g_fm_actual`	被控对象输出 ACT
`g_fm_error`	误差 ERR = SP − ACT
`g_fm_pid.kp` / `ki` / `kd`	PID 参数（可写）
`g_fm_pid.output`	PID 输出 OUT
`g_fm_pid.p_term` / `i_term` / `d_term`	P/I/D 分项
`g_fm_plant.y`	与 `g_fm_actual` 相同，对象内部状态

4.2 使用全局 + volatile

全局（extern）：符号名清晰，FreeMASTER / Keil Watch 易查找
volatile：防止编译器把变量优化进寄存器，保证 SWD 读到 RAM 最新值

4.3 改参后自动清积分

bsp_pid_app.c 中 fm_reset_on_param_change() 检测 g_fm_setpoint 或 g_fm_pid.kp/ki/kd 变化后自动 pid_reset()，等价于 lesson9 串口改参行为。

五、上位机 FreeMASTER 工程配置总结

5.1 建立连接

与 3.4 步骤 0～6 相同，此处为速查：

Keil 编译烧录 → Stop 退出 Debug
Project → Options → Comm 选 CMSIS-DAP/ST-Link
加载 Output/YH-F407.axf
Project → Variables 添加 g_fm_* 变量
点 GO! 开始监视

5.2 变量监视（Watch）

在 Watch 窗口添加符号（从 axf 自动解析或手动输入）：

符号	类型	含义
`g_fm_setpoint`	float	目标值 SP
`g_fm_actual`	float	被控对象输出 ACT
`g_fm_error`	float	误差 ERR
`g_fm_pid.kp` / `ki` / `kd`	float	PID 参数
`g_fm_pid.output`	float	PID 输出 OUT
`g_fm_pid.p_term` / `i_term` / `d_term`	float	P/I/D 分项

5.3 示波器（Scope）

将 SP、ACT、OUT 等拖入 Scope 通道
设置采样间隔（如 50ms，与 FireWater 刷新节奏对照）
在 Watch 中把 g_fm_setpoint 从 30 改为 70，观察 ACT 阶跃响应

5.4 在线改参

在 Watch 窗口双击修改 g_fm_setpoint、g_fm_pid.kp 等
程序检测到变化后会自动 pid_reset()（见 4.3）

5.5 工程文件保存

保存 FreeMASTER 工程（.ppm 等），便于 lesson10 速度环复用

六、程序设计

6.1 目录

复制代码

User/
├── freemaster/
│   └── bsp_fm_vars.h     # g_fm_* 声明与 Watch 说明
├── pid/
│   └── bsp_pid_app.c     # g_fm_* 定义 + PID 任务
├── plant/
└── main.c

6.2 运行流程

初始化：时钟、LED、PID、被控对象
主循环 10ms：fm_reset_on_param_change() → PID 运算 → 更新 g_fm_actual / g_fm_error

6.3 FreeMASTER 侧流程

复制代码

烧录 → 退出 Keil Debug → FreeMASTER 连接 SWD
     → 加载 .axf → Watch/Scope 添加变量 → 在线改参

七、实验步骤

7.1 连通性验证

Keil 编译烧录 lesson10 工程，确认程序运行
Stop Keil 调试，关闭 Debug 会话
FreeMASTER 选 CMSIS-DAP/SWD，加载 Output/YH-F407.axf
Watch 添加 g_fm_setpoint，应显示初值 50
若读不到：确认 axf 路径正确、变量名与 Keil Watch 一致、程序在运行

7.2 监视 PID 波形

Scope 添加 g_fm_setpoint、g_fm_actual、g_fm_pid.output
Watch 中把 g_fm_setpoint 改为 30 再改 70，观察 ACT 跟踪

7.3 在线整定

步骤	FreeMASTER 操作	预期
纯 P	`g_fm_pid.ki=0`, `g_fm_pid.kd=0`，增大 `g_fm_pid.kp`	响应变快，可能有稳态误差
加 I	固定 Kp，增大 `g_fm_pid.ki`	稳态误差减小，可能超调
加 D	在 PI 基础上增大 `g_fm_pid.kd`	超调减小

改参后程序自动 pid_reset()。

源码位置：

https://gitee.com/xundh/learn-motor-stm32

电机驱动开发学习10. FreeMaster的简单使用

电机驱动开发学习10. FreeMaster的简单使用

一、FreeMASTER 简介

1.1 什么是 FreeMASTER

1.2 为何在电机控制里用它

1.3 与 VOFA+ / FireWater 的对比

1.4 本章范围（「简单使用」）

二、实验简介

2.1 本章目标

2.2 与前后章节的关系

2.3 硬件与工程说明

三、软件准备

3.1 仅需安装上位机

3.2 下位机工程要求

3.3 可选：串口驱动方案（本章不采用）

3.4 FreeMASTER 上位机操作步骤（SWD 直连）

步骤 0：下位机准备

步骤 1：新建工程

步骤 2：配置通信（CMSIS-DAP / SWD）

步骤 3：加载符号文件（.axf）

步骤 4：添加监视变量

步骤 5：添加示波器（Scope）

步骤 6：连接并查看数据

步骤 7：在线改参（替代 lesson9 串口命令）

步骤 8：保存工程

常见问题（上位机）

3.5 Plug-in module 列表为空 / register.bat 全失败怎么办

原因：64 位 Windows 上 register.bat 有坑

办法 1：用修正版注册脚本

办法 1b：批处理显示全 OK，但列表仍为空（假成功）

办法 1c：regsvr32 全部 exit=5（拒绝访问）

办法 2：手动写注册表（regsvr32 被禁时，推荐）

办法 3：若仍失败 ------ 装 VC++ 运行库

办法 4：确认插件文件存在

办法 5：列表恢复后选哪个插件

排查清单

四、下位机：全局监视变量

4.1 g_fm_* 变量一览

4.2 使用全局 + volatile

4.3 改参后自动清积分

五、上位机 FreeMASTER 工程配置总结

5.1 建立连接

5.2 变量监视（Watch）

5.3 示波器（Scope）

5.4 在线改参

5.5 工程文件保存

六、程序设计

6.1 目录

6.2 运行流程

6.3 FreeMASTER 侧流程

七、实验步骤

7.1 连通性验证

7.2 监视 PID 波形

7.3 在线整定

办法 1c：`regsvr32` 全部 exit=5（拒绝访问）

办法 2：手动写注册表（`regsvr32` 被禁时，推荐）

4.1 `g_fm_*` 变量一览