1.初識HAL庫（了解）

1.1CMSIS簡介

??CMSIS (微控制器軟件接口標準)：Cortex Microcontroller Software Interface Standard，是由ARM和與其合作的芯片廠商（比如ST、NXP公司等）、軟件工具廠商（Keil、IAR公司等），共同制定的標準。如果沒有此標準，ARM公司的產(chǎn)品兼容性非常差。
??下圖中分為三層，第一層是用戶層，主要是用戶代碼、在線調(diào)試；第二層是中間層（CMISIS），具體CMSIS體現(xiàn)到用戶手冊是CMSIS-Pack，每個公司提供的包可能不太一樣，會根據(jù)自己的產(chǎn)品制作CMSIS包，其中HAL庫（Peripheral HAL）屬于其內(nèi)容；第三層是硬件層。用戶想要去開發(fā)硬件層，需要經(jīng)過中間層，中間層的CMSIS包由眾多廠商提供。

1.2HAL庫簡介

??ST 為了方便用戶開發(fā) STM32芯片開發(fā)提供了三種庫：

1. 標準外設(shè)庫 (Standard Peripheral Libraries)，也就是“標準庫”。
2. HAL庫(硬件抽象層)：Hardware Abstraction Layer
3. LL庫：Low Layer，也就是“底層庫”，更加接近硬件，也就是更加接近寄存器。

??下圖是直接操作寄存器、標準庫、HAL庫（不同系列兼容性好，具體表現(xiàn)是不同外設(shè)初始化都是使用一個函數(shù)，只是結(jié)構(gòu)體、變量不一樣，但是函數(shù)接口一樣，移植方便。HAL庫是抽象層的庫，經(jīng)過很多次的封裝，導致效率比較低）、LL庫（彌補了HAL庫執(zhí)行效率低的缺點，在HAL庫內(nèi)部一些API函數(shù)就會調(diào)用LL庫中內(nèi)容，但是LL庫也有其缺點，不匹配部分復(fù)雜外設(shè)，比如USB）的特點：

2.STM32Cube固件包淺析（了解）

??Cube固件包其實就說CMSIS-Pack，STM32Cube固件包是ST公司根據(jù)標準提供的CMSIS-Pack。

2.1如何獲取STM32Cube固件包？

??之前文章中已經(jīng)總結(jié)如何獲取，具體查看【07】STM32·HAL庫開發(fā)-新建寄存器版本MDK工程 |下載STM32Cube固件包 | 新建MDK工程步驟中的第1.1小節(jié)。

2.2STM32Cube固件包文件夾簡介

【_htmresc】文件夾中包含了一些圖片之類的，對我們來說沒任何作用；
【Documentation】文件夾中為固件包說明文檔；
【Drivers】文件夾比較重要是驅(qū)動源碼，新建工程時需要用到；
【Middlewares】中為中間文件，保存的是ST或者第三方的一些中間文件，后續(xù)會用到，新建工程可能暫時用不到；
【Projects】為ST官方開發(fā)板例程，參考作用；
【Utilities】為ST關(guān)方開發(fā)板例程提供公共組件，一般用不到，可以用作參考；
License.md文件包含了軟件許可、軟件版本信息；
package.xml為固件包版本信息；
Readme.md為自述文件；
Release_Notes.html為補充或更新說明的鏈接，可用瀏覽器打開。

2.3CMSIS文件夾關(guān)鍵文件

??F1系列【Drivers】文件夾中包含了三個文件夾【BSP】、【CMSIS】、HAL庫驅(qū)動【STM32F1xx_HAL_Driver】?！綛SP】中為板級驅(qū)動源碼，也就是板級支持包，適配ST官方的開發(fā)板板級驅(qū)動（針對外設(shè)、或者板子上面的資源做的驅(qū)動），不同開發(fā)板板級驅(qū)動是不一樣的，所以此文件更多是參考意義；【CMSIS】文件夾包含符合CMSIS的組件，包括：DSP庫、Cortex-M內(nèi)核及其設(shè)備文件、微控制器專用頭文件、啟動文件、專用系統(tǒng)文件等，創(chuàng)建工程時會復(fù)制其中部分文件；【STM32F1xx_HAL_Driver】為F1系列HAL庫外設(shè)驅(qū)動源碼，創(chuàng)建工程時會復(fù)制其中部分文件。

??【Middlewares】中包含了【ST】和【Third_Party】兩個文件夾。

??在【CMSIS】文件夾中主要關(guān)注【Device】和【include】兩個文件夾，新建工程時也是用到這兩個文件夾；【Device】文件夾中包含微控制器專用頭文件、啟動文件、專用系統(tǒng)文件；【include】文件夾中包含Cortx-M內(nèi)核及其設(shè)備文件、編譯器相關(guān)頭文件。

2.3.1CMSIS標準規(guī)定軟件包目錄

?? CMSIS標準規(guī)定軟件包目錄也就是STM32Cube固件庫文件夾所包含的內(nèi)容。用到的有【Driver】和【Include】文件夾。

2.3.2Device和Include文件夾的關(guān)鍵文件介紹

?? 【Device】文件夾中用到的文件包含以下文件，以下文件是簡略后的文件。

?? stm32f103后面的xe是根據(jù)FLASH容量進行選擇，在【include】文件夾中保存3個文件：stm32f1xx.h、stm32f103xe.h、system_stm32f1xx.h。

?? 以下目錄中保留文件system_stm32f1xx.c，因為編譯器是ARM，所以保留【arm】文件夾中的啟動文件，并根據(jù)型號和容量來選擇保留哪個啟動文件。


?? 【include】文件夾中用到以下文件：cmsis_armcc.h（針對AC5編譯器）、cmsis_armclang.h（針對AC6編譯器）、cmsis_compiler.h（AC5和AC6編譯器共用）、cmsis_version.h（編譯器版本，也是共用的）、core_cm3.h （Cortex-M3內(nèi)核，重點關(guān)注此文件）、 mpu_armv7.h（mpu內(nèi)存保護）。

3.HAL庫框架結(jié)構(gòu)（了解）

3.1HAL庫文件夾結(jié)構(gòu)

?? F1系列的HAL庫被保存到【STM32F1xx_HAL_Driver】文件夾中，Src(Source)：外設(shè)驅(qū)動源碼；Inc(Include)：外設(shè)驅(qū)動源碼頭文件。前面提到HAL庫和LL庫是捆綁發(fā)布的，就體現(xiàn)在驅(qū)動源碼包含在【Inc】和【Src】文件夾中?！綢nc】和【Src】文件夾中的【Legacy】文件夾是補充源文件，并不是所有系列都需要。

3.2HAL庫文件介紹

?? 文件名中有hal的就是hal庫文件，有l(wèi)l的就是LL庫文件。stm32f1xx_hal_conf.h文件可用于裁剪HAL庫中用不到的功能，減少編譯后得文件大小。

3.3HAL庫API函數(shù)和變量命名規(guī)則

?? 用戶一般不會直接調(diào)用LL庫，而是通過調(diào)用HAL庫間接使用LL庫，所以不必深入學習LL庫。

??可以將以下初始化函數(shù)中的PPP替換成GPIO，反初始化函數(shù)很少用到，主要用于失能時鐘、恢復(fù)默認配置等。

初始化/反初始化函數(shù):HAL_PPP_Init(), HAL_PPP_DeInit()
外設(shè)讀寫函數(shù):HAL_PPP_Read(),HAL_PPP_Write(),HAL_PPP_Transmit(), HAL_PPP_Receive()
控制函數(shù):HAL_PPP_Set (),HAL_PPP_Get ()
狀態(tài)和錯誤:HAL_PPP_GetState (), HAL_PPP_GetError ()

3.3.1HAL庫對寄存器位操作的相關(guān)宏定義

3.3.2HAL庫回調(diào)函數(shù)

??此類回調(diào)函數(shù)通常被_weak修飾（弱函數(shù)），允許用戶重新定義該函數(shù)。

4.如何使用HAL庫（熟悉）

4.1基于CMSIS應(yīng)用程序文件描述

??CMSIS核心層文件就是將【CMSIS】文件夾中的【Device】和【Include】文件夾中裁剪后剩的11個文件，這11個文件對于新建MDK工程是必須包含的；設(shè)備驅(qū)動層就是HAL庫及LL庫的源碼，也就是【STM32F1xx_HAL_Driver】文件夾中的源碼；用戶程序文件，正點原子例程都將main.h、stm32f1xx_hal_msp.c刪除掉了，放到了例如初始化UART就將UART的在stm32f1xx_hal_msp.c中的回調(diào)函數(shù)放到usart.c中，stm32f1xx_it.c和stm32f1xx_it.h里面本身就定義了一些中斷，所以選擇保留，如果寫串口中斷，推薦寫到usart.c中。。

4.1.1STM32開發(fā)文件結(jié)構(gòu)分布

4.2HAL 庫的用戶配置文件

??如果是F1系列那么就修改stm32f1xx_hal_conf.h。獲取此文件可以從STM32官方例程中獲取，也可以從HAL庫驅(qū)動源碼中獲取，只是名稱不同，復(fù)制時只需要將template刪除即可。

4.2.1裁剪HAL庫外設(shè)驅(qū)動源碼（不進行編譯）

??STM32HAL庫裁剪就是將stm32f1xx_hal_conf.h中用不到的宏定義注釋掉，因為在HAL庫驅(qū)動源碼中都是用的ifdef判斷宏是否被定義。以GPIO為例如下所示：

??通過對工程中用到什么外設(shè)就加什么驅(qū)動文件，也是起到裁剪作用。如下所示，是部分HAL庫驅(qū)動文件：

4.2.2設(shè)置外部高速晶振頻率（根據(jù)開發(fā)板實際情況設(shè)置）

??以下代碼是設(shè)置高速外部晶振，宏USE_STM3210C_EVAL判斷是否使用ST官方開發(fā)板，默認為25MHz，否則為8MHz。要根據(jù)開發(fā)板實際情況進行設(shè)置。如果要省事可以簡化以下代碼為：#define HSE_VALUE 8000000U

#if !defined  (HSE_VALUE) 
#if defined(USE_STM3210C_EVAL)
  #define HSE_VALUE    25000000U /*!< Value of the External oscillator in Hz */
#else
  #define HSE_VALUE    8000000U /*!< Value of the External oscillator in Hz */
#endif
#endif /* HSE_VALUE */

??高速內(nèi)部晶振和低速內(nèi)部晶振可以根據(jù)芯片手冊進行設(shè)置：

#if !defined  (HSI_VALUE)
  #define HSI_VALUE              8000000U  
#endif /* HSI_VALUE */
#if !defined  (LSI_VALUE) 
 #define LSI_VALUE               40000U  
#endif /* LSI_VALUE */

4.2.3設(shè)置外部低速晶振頻率（根據(jù)開發(fā)板實際情況設(shè)置）

#if !defined  (LSE_VALUE)
 #define LSE_VALUE               32768U    
#endif /* LSE_VALUE */

4.3stm32f1xx_hal.c 文件

??使用HAL庫最關(guān)心的就說HAL庫初始化函數(shù)HAL_Init()，不同系列可能有些小區(qū)別，但是核心代碼如下：

HAL_StatusTypeDef  HAL_Init(void) 
{ 
	__HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE(); 	                    /* 使能FLASH預(yù)取緩沖 */ 

	HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2); /* 配置中斷優(yōu)先級分組 */ 

	/* 使用滴答定時器作為時鐘基準，配置 1ms 滴答（重置后默認的時鐘源為 HSI） */ 
	HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY); 

	HAL_MspInit(); 	/* 初始化其它底層硬件（如果必要） */ 

	return HAL_OK; 	/* 返回函數(shù)狀態(tài) */ 
}

?? 第一段程序作用是使能FLASH預(yù)取緩沖，STM32是32位的，每次讀取的指令也是32位的，F(xiàn)LASH存在預(yù)取緩沖區(qū)，預(yù)取緩沖區(qū)由2個64位組成，CPU每次讀取指令，將指令放在預(yù)取緩沖區(qū)，就可以起到程序加快運行的效果。

__HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE(); 	                    /* 使能FLASH預(yù)取緩沖 */ 

?? 第二段程序是設(shè)置中斷優(yōu)先級分組，默認情況下設(shè)置位為4，正點原子默認設(shè)置成2。

HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2); /* 配置中斷優(yōu)先級分組 */ 

??第三段是使能系統(tǒng)滴答定時器，并且配置為1ms。正點原子實際配置滴答定時器在delay.c中的delay_Init()函數(shù)中。

/* 使用滴答定時器作為時鐘基準，配置 1ms 滴答（重置后默認的時鐘源為 HSI） */ 
	HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY); 

??HAL_MspInit()為空函數(shù)，不用管它。

HAL_MspInit(); 	/* 初始化其它底層硬件（如果必要） */

5.HAL庫使用注意事項（了解）

1，使用HAL庫出現(xiàn)問題，還是得通過參考手冊檢查是否硬件操作是否有問題；
2，盡量不通過修改庫源碼實現(xiàn)功能，這樣不方便庫更新；
3，HAL庫可能會存在錯誤，要有質(zhì)疑精神；
4，有些HAL庫API函數(shù)執(zhí)行效率偏低，我們可能會直接通過操作寄存器的方式代替。

6.總結(jié)（了解）

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-664972.html

到了這里，關(guān)于【08】STM32·HAL庫開發(fā)-HAL庫介紹 | STM32Cube固件庫介紹 | HAL庫框架結(jié)構(gòu) | 如何使用HAL庫及使用注意事項的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！