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[嵌入式]HAL 固件库

学习自记：

基于 Cortex 系列芯片采用的内核都是相同的，区别主要为核外的片上外设的差异，这些差异
导致程序在同内核，不同外设的芯片上移植困难。为了解决不同的芯片厂商生产的 Cortex 微
控制器软件兼容性问题，ARM 与芯片厂商建立了 CMSIS 标准 (Cortex MicroController Software
Interface Standard)。
所谓 CMSIS 标准，实际是一个软件抽象层，一套函数库，提供用户程序与arm内核和厂商外设的接口

CMSIS函数库主要包括：
? 内核函数层：其中包含用于访问内核寄存器的名称、地址定义，主要由 ARM 公司提供。
? 设备外设访问层：提供了片上的核外设的地址和中断定义，主要由芯片生产商提供。
可见 CMSIS 层位于硬件层与操作系统或用户层之间，提供了与芯片生产商无关的硬件抽象层，可
以为接口外设、实时操作系统提供简单的处理器软件接口，屏蔽了硬件差异，这对软件的移植是
有极大的好处的。STM32 的库，就是按照 CMSIS 标准建立的。?

1.固件库目录

Documentation：文件夹下是 HAL 库帮助文档?
Drivers：HAL?内核库，外设驱动库；
Middlewares：中间件，包含ST官方的STemWin、STM32_Audio、TM32_USB_Device_Library、
STM32_USB_Host_Library；也有第三方的 fatfs 文件系统等等。
Project ：用HAL库写的针对官方发行 demo 板的例子和工程模板。
Utilities：实用的公用组件比如 LCD_LOG 实用液晶打印调试信息。
?Release_Note.html:：库的版本更新说明。

2.STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\Drivers\CMSIS\文件夹下内容

2.1 Include文件夹：

Include文件夹中是核内设备? ? 函数层通用头文件，定义内核寄存器（进入内核的接口）(类似stm32F103xx.h 文件，但定义的是内核部分的寄存器)。
内核的寄存器说明，查阅《cortex_M3_Technical Reference Manual》及《Cortex?-M3 内核编程手册》文档，《STM32F103xxx 参考手册》只包含片上外设说明，不包含内核寄存器。
STM32F1 工程四个文件：core_cm3.h、core_cmFunc.h、corecmInstr.h、core_cmSimd.h，其它的文件是属于其它内核的，还有几个文件是 DSP 函数库使用的头文件。
core_cm3.h 文件有一些与编译器相关条件编译语句，用于屏蔽不同编译器的差异；core_cm3.h文件中包含了“stdint.h”这个头文件，位于 RVMDK 这个软件的安装目录下，主要作用是提供一些类型定义。

2.2 Device 文件夹:

?启动文件 startup_stm32f103xx.s

文件目录：\Drivers\CMSIS\Device\ST\stm32f1xx\Source\Templates

文件内汇编语言，包含所有中断服务函数的名称，引导至SystemInit初始化函数和main函数；

system_stm32f1xx.c文件

文件目录：\Drivers\CMSIS\ Device\ST\stm32f1xx\Source\Templates

启动文件调用的“SystemInit”初始化系统时钟函数；

?stm32f1xx.h,stm32F103xx.h ，system_stm32f1xx.h文件

文件目录：\Drivers\CMSIS\Device\ST\stm32f1xx\Include

stm32f1xx.h，根据芯片型号选择不同stm32F103xx.h；

stm32F103xx.h，STM32 中所有的外设寄存器地址和结构体类型定义；
?

2.STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\Drivers\STM32F1xx_HAL_Driver\文件夹下内容
?

芯片片上外设部分，src 外设的驱动源程序，inc 相对应的外设头文件。

3.Templates及其它文件夹下

stm32f1xx_it.c/h：用来编写中断服务函数

stm32f1xx_hal_conf.h：芯片外设功能比较多，使用这个配置文件根据芯片型号增减 ST 库的外设文件, 另外时钟源配置也是在这里进行设置。

小结：

core_cm3.h屏蔽编译器差异、定义变量类型、内核寄存器地址定义-——>
汇编语言启动文件startup_stm32f103xx.s-——>
系统初始化system_stm32f1xx.c/h-——>
stm32f1xx.h型号选择文件-——>
外设寄存器地址和结构体类型定义stm32F103xx.h-——>
stm32f1xx_hal_conf.h选择所需外设驱动函数及时钟源配置，这个文件被包含进 stm32f103xx.h 文件，这个文件还可配置是否使用“断言”编译选项-——>
STM32F1xx_HAL_Driver外设驱动函数

4.常用官方资料

《STM32F10X-中文参考手册》
《STM32?数据手册》
《STM32F103xG_User_Manual.chm》HAL库函数使用手册

Cortex-M内核：
?《Cortex?-M3 内核编程手册》
?《Cortex-M3 权威指南》。

5.keil中添加宏定义：

在这个选项中添加宏，就相当于我们在文件中使用“#define”语句定义宏一样。在编译器中添加
宏的好处就是，只要用了这个模版，就不用源文件中修改代码。

?STM32F103xE 宏：为了告诉 STM32HAL 库，我们使用的芯片类型是 STM32 型号是大容量
的，使 STM32HAL 库根据我们选定的芯片型号来配置。

?USE_HAL_DRIVER 宏：为了让 stm32f1xx.h?间接包含 stm32f1xx_hal_conf.h 这个头文件。

stm32f1xx.h芯片选择文件

stm32f1xx_hal_conf.h?外设驱动选择文件

中间包含stm32f1xx_hal.h文件作为桥接

stm32f1xx_hal.c

该文件用于HAL初始化，包含DBGMCU，基于SysTick API的Remap和Time Delay。?

6.以GPIO倒推白话说明HAL库结构

以下依次为被包含的递进关系

6.1?用户GPIO.C/H文件

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
 
  GPIO_InitStruct.Pin = KEY1_Pin|KEY2_Pin|HALLD_2_Pin|HALLC_2_Pin
                          |HALLB_2_Pin|HALLA_2_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

里面用到了

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};在stm32f1xx_hal_gpio.h文件里
??
? HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);在stm32f1xx_hal_gpio.c文件里

6.2.外设驱动HAL_Driver文件里：

stm32f1xx_hal_gpio.h包含结构体和定义：

typedef struct
{
  uint32_t Pin;       /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
                           This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */

  uint32_t Mode;      /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_mode_define */

  uint32_t Pull;      /*!< Specifies the Pull-up or Pull-Down activation for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_pull_define */

  uint32_t Speed;     /*!< Specifies the speed for the selected pins.
                           This parameter can be a value of @ref GPIO_speed_define */
} GPIO_InitTypeDef;

/** @defgroup GPIO_speed_define  GPIO speed define
  * @brief GPIO Output Maximum frequency
  * @{
  */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW              (GPIO_CRL_MODE0_1) /*!< Low speed */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM           (GPIO_CRL_MODE0_0) /*!< Medium speed */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH             (GPIO_CRL_MODE0)   /*!< High speed */

stm32f1xx_hal_gpio.c包含?初始化函数：


void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef  *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)
{
 
   
}

6.3?CMSIS内核函数文件:stm32f103xe.h

以上用到的初始化函数用到了stm32f103xe.h的结构体

/** 
  * @brief General Purpose I/O
  */

typedef struct
{
  __IO uint32_t CRL;
  __IO uint32_t CRH;
  __IO uint32_t IDR;
  __IO uint32_t ODR;
  __IO uint32_t BSRR;
  __IO uint32_t BRR;
  __IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

/** 
  * @brief Alternate Function I/O
  */

typedef struct
{
  __IO uint32_t EVCR;
  __IO uint32_t MAPR;
  __IO uint32_t EXTICR[4];
  uint32_t RESERVED0;
  __IO uint32_t MAPR2;  
} AFIO_TypeDef;

通过寄存器结构体和下面的GPIOx初始地址联系到一起就可以知道各个寄存器地址

上一节的初始化函数就是设置结构体内各寄存器的不同值得到不同功能。