STM32固件庫(kù)詳解

1、STM32固件庫(kù)詳解1.1 基于標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的軟件開發(fā)1.1.2 使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)開發(fā)的優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)單的說(shuō)，使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)進(jìn)行開發(fā)最大的優(yōu)勢(shì)就在于可以使開發(fā)者不用深入了解底層硬件細(xì)節(jié)就可以靈活規(guī)范的使用每一個(gè)外設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)覆蓋了從GPIO到定時(shí)器，再到CAN、I2C、 SP、I UART和 ADC等等的所有標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)。對(duì)應(yīng)的C源代碼只是用了最基本的C編程的知識(shí)， 所有代碼經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試，易于理解和使用，并且配有完整的文檔，非常方便進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。1.1.3 STM32F10XXX標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)結(jié)構(gòu)與文件描述1. 標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的文件結(jié)構(gòu)在上一小節(jié)中已經(jīng)介紹了使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的開發(fā)的優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的熟悉程

2、度直接影響到程序的編寫，下面讓我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下STM32F10XXX的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)。STM32F10XXX的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)經(jīng)歷眾多的更新目前已經(jīng)更新到最新的3.5 版本， 開發(fā)環(huán)境中自帶的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)為 2.0.3 版本，本書中以比較穩(wěn)定而且較新的V3.4版本為基礎(chǔ)介紹標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的結(jié)構(gòu)?？梢詮?ST的官方網(wǎng)站下載到各種版本的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)，首先看一下3.4 版本標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的文件結(jié)構(gòu)，如圖5-3 所示。 3.0 以上版本的文件結(jié)構(gòu)大致相同，每個(gè)版本可能略有調(diào)整。STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.4.0_htmresc本文件夾包含了所有的html 頁(yè)面資源LibrariesCMSIS見表5-

3、6STM32F10x_StdPeriph_Driverinc標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)驅(qū)動(dòng)頭文件src標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)驅(qū)動(dòng)源文 件ProjectExamples標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的完整例程TemplateMDK-ARMKEIL RVMDK的項(xiàng)目模板示例RIDERaisonance RIDE的項(xiàng) 目模板示例EWARMIAR EWARM的項(xiàng)目模 板示例UtilitiesSTM3210-EVAL本文件夾包含了用于 STM3210B-EVAL 和 STM3210E-EVAL 評(píng)估板的專用驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的第一部分是CMSIS 和 STM32F10x_StdPeriph_Driver， CMSIS 是獨(dú)立于供應(yīng)商的Cortex-M

4、 處理器系列硬件抽象層，為芯片廠商和中間件供應(yīng)商提供了簡(jiǎn)單的處理器軟件接口，簡(jiǎn)化了軟件復(fù)用工作，降低了Cortex-M 上操作系統(tǒng)的移植難度，并減少了新入門的微控制器開發(fā)者的學(xué)習(xí)曲線和新產(chǎn)品的上市時(shí)間。STM32F10x_StdPeriph_Driver 則包括了分別對(duì)應(yīng)包括了所有外設(shè)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，這些驅(qū)動(dòng)函數(shù)均使用C語(yǔ)言編寫，并提供了統(tǒng)一的易于調(diào)用的函數(shù)接口，供開發(fā)者使用。Project 文件夾中則包括了ST官方的所有例程和基于不同編譯器的項(xiàng)目模板，這些例程是學(xué)習(xí)和使用STM32 的重要參考。Utilities 包含了相關(guān)評(píng)估板的示例程序和驅(qū)動(dòng)函數(shù)，供使用官方評(píng)估板的開發(fā)者使用，很多驅(qū)動(dòng)函數(shù)

5、同樣可以作為學(xué)習(xí)的重要參考。STM32F10xxx標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。 圖中很好的展示了各層以及具體文件之間的聯(lián)系，各文件的具體功能說(shuō)明如表5-5 所示。圖5-4 STM32F10xxx標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)表 5-5 文件功能說(shuō)明文件名功能描述具體功能說(shuō)明core_cm3.hcore_cm3.cCortex-M3 內(nèi)核及其 設(shè)備文件訪問Cortex-M3 內(nèi)核及其設(shè)備：NVIC， SysTick等訪問Cortex-M3 的 CPU寄存器和內(nèi)核外設(shè)的函數(shù)stm32f10x.h微控制器專用頭文 件這個(gè)文件包含了STM32F10x全系列所有外設(shè)寄存器的定義（寄存器的基地址和布局）、位定義

6、、中斷向量表、存儲(chǔ)空間的地址映射等system_stm32f10x.hsystem_stm32f10x.c微控制器專用系統(tǒng) 文件函數(shù)SystemInit，用來(lái)初始化微控制器函數(shù)Sysem_ExtMemCtl，用來(lái)配置外部存儲(chǔ)器控制器。它位于文件startup_stm32f10x_xx.s/.c，在跳轉(zhuǎn)到main 前調(diào)用SystemFrequncy，該值代表系統(tǒng)時(shí)鐘頻率startup_stm32f10x_Xd.s編譯器啟動(dòng)代碼微控制器專用的中斷處理程序列表（與頭文件一致 ）弱定義（Weak）的中斷處理程序默認(rèn)函數(shù)（可以被用戶代碼覆蓋） 該文件是與編譯器相關(guān)的stm32f10x_conf.h固件庫(kù)

7、配置文件通過更改包含的外設(shè)頭文件來(lái)選擇固件庫(kù)所 使用的外設(shè)，在新建程序和進(jìn)行功能變更之前 應(yīng)當(dāng)首先修改對(duì)應(yīng)的配置。stm32f10x_it.h外設(shè)中斷函數(shù)文件用戶可以相應(yīng)的加入自己的中斷程序的代碼，stm32f10x_it.c對(duì)于指向同一個(gè)中斷向量的多個(gè)不同中斷請(qǐng) 求，用戶可以通過判斷外設(shè)的中斷標(biāo)志位來(lái)確 定準(zhǔn)確的中斷源，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)。stm32f10x_ppp.hstm32f10x_ppp.c外設(shè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)文件包括了相關(guān)外設(shè)的初始化配置和部分功能應(yīng) 用函數(shù)，這部分是進(jìn)行編程功能實(shí)現(xiàn)的重要組 成部分。Application.c用戶文件用戶程序文件，通過標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)提供的接口進(jìn) 行相應(yīng)的外

8、設(shè)配置和功能設(shè)計(jì)。2. 基于 CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的軟件架構(gòu)根據(jù)調(diào)查研究，軟件開發(fā)已經(jīng)被嵌入式行業(yè)公認(rèn)為最主要的開發(fā)成本。對(duì)于 ARM 公司來(lái)說(shuō)，一個(gè) ARM 內(nèi)核往往會(huì)授權(quán)給多個(gè)廠家，生產(chǎn)種類繁多的產(chǎn)品，如果沒有一個(gè)通用的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)，那么當(dāng)開發(fā)者在使用不同廠家的芯片時(shí)將極大的增加了軟件開發(fā)成本，因此， ARM與 Atmel、 IAR、 Keil、 hami-nary Micro、 Micrium 、 NXP、 SEGGER和 ST等諸多芯片和軟件廠商合作，將所有Cortex 芯片廠商產(chǎn)品的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化，制定了CMSIS標(biāo)準(zhǔn)。此舉意在降低軟件開發(fā)成本，尤其針對(duì)新設(shè)備項(xiàng)目開發(fā)，或者將已有軟件移植到

9、其他芯片廠商提供的基于 Cortex 處理器的微控制器的情況。有了該標(biāo)準(zhǔn)，芯片廠商就能夠?qū)⑺麄兊馁Y源專注于產(chǎn)品外設(shè)特性的差異化，并且消除對(duì)微控制器進(jìn)行編程時(shí)需要維持的不同的、互相不兼容的標(biāo)準(zhǔn)的需求，從而達(dá)到降低開發(fā)成本的目的。如圖 5-5 所示，基于CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的軟件架構(gòu)主要分為以下4 層：用戶應(yīng)用層、操作系統(tǒng)及中間件接口層、CMSIS層、硬件寄存器層。其中CMSIS層起著承上啟下的作用：一方面該層對(duì)硬件寄存器層進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)，屏蔽了不同廠商對(duì)Cortex-M 系列微處理器核內(nèi)外設(shè)寄存器的不同定義；另一方面又向上層的操作系統(tǒng)及中間件接口層和應(yīng)用層提供接口，簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序開發(fā)難度，使開發(fā)人員能夠

10、在完全透明的情況下進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。也正是如此，CMSIS層的實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜。層主要分為以下3 個(gè)部分：(1) 核內(nèi)外設(shè)訪問層(CPAL， Core Peripheral Access Layer) ：該層由ARM 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。包括對(duì)寄存器名稱、地址的定義，對(duì)核寄存器、NVIC、 調(diào)試子系統(tǒng)的訪問接口定義以及對(duì)特殊用途寄存器的訪問接口(例如：CONTROL， xPSR)定義。由于對(duì)特殊寄存器的訪問以內(nèi)聯(lián)方式定義，所以針對(duì)不同的編譯器ARM 統(tǒng)一用來(lái)屏蔽差異。該層定義的接口函數(shù)均是可重入的。(2) 片上外設(shè)訪問層(DPAL, Device Peripheral Access Layer) ：該層由芯

11、片廠商負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。該層的實(shí)現(xiàn)與CPAL 類似，負(fù)責(zé)對(duì)硬件寄存器地址以及外設(shè)訪問接口進(jìn)行定義。該層可調(diào)用CPAL 層提供的接口函數(shù)同時(shí)根據(jù)設(shè)備特性對(duì)異常向量表進(jìn)行擴(kuò)展，以處理相應(yīng)外設(shè)的中斷請(qǐng)求。(3) 外設(shè)訪問函數(shù)( AFP, Access Functions for Peripherals) ： 該層也由芯片廠商負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，主要是提供訪問片上外設(shè)的訪問函數(shù)，這一部分是可選的。對(duì)一個(gè) Cortex-M 微控制系統(tǒng)而言，CMSIS 通過以上三個(gè)部分實(shí)現(xiàn)了：l 定義了訪問外設(shè)寄存器和異常向量的通用方法；l 定義了核內(nèi)外設(shè)的寄存器名稱和核異常向量的名稱；l 為 RTOS 核定義了與設(shè)備獨(dú)立的接口，包括De

12、bug 通道。這樣芯片廠商就能專注于對(duì)其產(chǎn)品的外設(shè)特性進(jìn)行差異化，并且消除他們對(duì)微控制器進(jìn)行編程時(shí)需要維持的不同的、互相不兼容的標(biāo)準(zhǔn)需求，以達(dá)到低成本開發(fā)的目的。CMSIS中的具體文件結(jié)構(gòu)如表5-6 所示。表5-6 CMSIS文件夾結(jié)構(gòu)CMSISCoreDocumentationCMSIS 文 檔CM3StartuparmMDK ARM編 譯 器啟動(dòng)文件startup_stm32f10x_hd.s:大容量產(chǎn)品啟動(dòng)文件startup_stm32f10x_md.s:中容量產(chǎn)品啟動(dòng)文件startup_stm32f10x_ld.s:小容量產(chǎn)品啟動(dòng)文件gcc_ride7GCC 編譯器 啟動(dòng)文件iarIA

13、R 編 譯 器 啟動(dòng)文件TrueSTUDIOTrueSTUDIO編譯器啟動(dòng) 文件本文件夾包含STMF10xxxCMSIS 文件：微控制器外設(shè)訪問層和內(nèi)核設(shè)備訪問層：core_cm3.h ： CMSIS 的Cortex-M3 內(nèi)核設(shè)備訪問層頭文件core_cm3.c ： CMSIS 的Cortex-M3 內(nèi)核設(shè)備訪問層源文件stm32f10x.h ： CMSIS 的Cortex-M3 STM32f10xxx 微控制器外設(shè)訪問層頭文件system_stm32f10x.h：CMSIS 的Cortex-M3STM32f10xxx 微控制器外設(shè)訪問層頭文件system_stm32f10x.c：CMSIS

14、 的Cortex-M3STM32f10xxx 微控制器外設(shè)訪問層源文件在實(shí)際開發(fā)過程中，根據(jù)應(yīng)用程序的需要，可以采取2種方法使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)(StdPeriph_Lib)：(1) 使用外設(shè)驅(qū)動(dòng)：這時(shí)應(yīng)用程序開發(fā)基于外設(shè)驅(qū)動(dòng)的API(應(yīng)用編程接口)。 用戶只需要配置文件 ” stm32f10x_conf.h，并使用相應(yīng)的文件 ” stm32f10x_ppp.h/.c 即可。 ”(2) 不使用外設(shè)驅(qū)動(dòng)：這時(shí)應(yīng)用程序開發(fā)基于外設(shè)的寄存器結(jié)構(gòu)和位定義文件。這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)在“使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)開發(fā)的優(yōu)勢(shì)”小節(jié)中已經(jīng)有了具體的介紹，這里仍要說(shuō)明的是，使用使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)進(jìn)行開發(fā)可以極大的減小軟件開發(fā)的工作量，

15、也是目前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)趨勢(shì)。標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)(StdPeriph_Lib)支持STM32F10xxx系列全部成員：大容量， 中容量和小容量產(chǎn)品。從表 5-6 中也可以看出，啟動(dòng)文件已經(jīng)對(duì)不同的系列進(jìn)行了劃分，實(shí)際開發(fā)中根據(jù)使用的STM32 產(chǎn)品具體型號(hào)，用戶可以通過文件” stm32f10x.h中的預(yù)處理 ” define 或者通過開發(fā)環(huán)境中的全局設(shè)置來(lái)配置標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)(StdPeriph_Lib)，一個(gè)define 對(duì)應(yīng)一個(gè)產(chǎn)品系列。下面列出支持的產(chǎn)品系列STM32F10x_LD： STM32小容量產(chǎn)品STM32F10x_MD： STM32中容量產(chǎn)品STM32F10x_HD： STM32大容量

16、產(chǎn)品在庫(kù)文件中這些define 的具體作用范圍是：l 文件 “ stm3210f.h中的中斷 ”IRQ定義l 啟動(dòng)文件中的向量表，小容量，中容量，大容量產(chǎn)品各有一個(gè)啟動(dòng)文件l 外設(shè)存儲(chǔ)器映像和寄存器物理地址l 產(chǎn)品設(shè)置：外部晶振(HSE)的值等l 系統(tǒng)配置函數(shù)因此通過宏定義這種方式，可以使標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)適用于不同系列的產(chǎn)品，同時(shí)也方便與不同產(chǎn)品之間的軟件移植，極大的方便了軟件的開發(fā)。4. 使用步驟前面幾個(gè)小節(jié)已經(jīng)詳細(xì)介紹了標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的組成結(jié)構(gòu)以及部分主要文件的功能描述，那么如果在開發(fā)中使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)需要哪些描述呢？下面就進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，這兒介紹的使用方法是與開發(fā)環(huán)境無(wú)關(guān)的，在不同的開發(fā)環(huán)境中可能在

17、操作方式上略有不同，但是總體的流程都是一樣的，下一小節(jié)將介紹在MDK ARM 開發(fā)環(huán)境下使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的詳細(xì)過程。首先新建一個(gè)項(xiàng)目并設(shè)置工具鏈對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)文件，可以使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)中提供的模板，也可以自己根據(jù)自己的需求新建。標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)中已經(jīng)提供了不同工具鏈對(duì)應(yīng)的文件，位于STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.4.0LibrariesCMSISCM3DeviceSupportSTSTM32F10xstartup目錄下。其次按照使用產(chǎn)品的具體型號(hào)選擇具體的啟動(dòng)文件，加入工程。文件主要按照使用產(chǎn)品的容量進(jìn)行區(qū)分，根據(jù)產(chǎn)品容量進(jìn)行選擇即可。每個(gè)文件的具體含義可以在“ stm32f10x.h

18、文件中”找到對(duì)應(yīng)的說(shuō)明，摘錄如下：#if !defined (STM32F10X_LD) && !defined (STM32F10X_LD_VL) && !defined (STM32F10X_MD)&& !defined (STM32F10X_MD_VL) && !defined (STM32F10X_HD) && !defined (STM32F10X_HD_VL) && !defined (STM32F10X_XL) && !defined (STM32F10X_CL)/*

19、#define STM32F10X_LD */ /*!< STM32F10X_LD: STM32 Low density devices */* #define STM32F10X_LD_VL */ /*!< STM32F10X_LD_VL: STM32 Low density Value Line devices*/* #define STM32F10X_MD */ /*!< STM32F10X_MD: STM32 Medium density devices */* #define STM32F10X_MD_VL */ /*!< STM32F10X_MD_VL: S

20、TM32 Medium density Value Linedevices */ /* #define STM32F10X_HD */ /*!< STM32F10X_HD: STM32 High density devices */* #define STM32F10X_HD_VL */ /*!< STM32F10X_HD_VL: STM32 High density value line devices */* #define STM32F10X_XL */ /*!< STM32F10X_XL: STM32 XL-density devices */* #define ST

21、M32F10X_CL */ /*!< STM32F10X_CL: STM32 Connectivity line devices */#endif/* Tip: To avoid modifying this file each time you need to switch between thesedevices, you can define the device in your toolchain compiler preprocessor.- Low-density devices are STM32F101xx, STM32F102xx and STM32F103xx mic

22、rocontrollers where the Flash memory density ranges between 16 and 32 Kbytes.- Low-density value line devices are STM32F100xx microcontrollers where the Flash memory density ranges between 16 and 32 Kbytes.- Medium-density devices are STM32F101xx, STM32F102xx and STM32F103xx microcontrollers where t

23、he Flash memory density ranges between 64 and 128 Kbytes.- Medium-density value line devices are STM32F100xx microcontrollers where theFlash memory density ranges between 64 and 128 Kbytes.- High-density devices are STM32F101xx and STM32F103xx microcontrollers wherethe Flash memory density ranges be

24、tween 256 and 512 Kbytes.- High-density value line devices are STM32F100xx microcontrollers where theFlash memory density ranges between 256 and 512 Kbytes.- XL-density devices are STM32F101xx and STM32F103xx microcontrollers wherethe Flash memory density ranges between 512 and 1024 Kbytes.- Connect

25、ivity line devices are STM32F105xx and STM32F107xx microcontrollers.- /“ stm32f10x.h是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)的入口文件，這個(gè)文件包含了 ”STM32F10x 全系列所有外設(shè)寄存器的定義（寄存器的基地址和布局）、位定義、中斷向量表、存儲(chǔ)空間的地址映射等。為了是這個(gè)文件適用于不同系列的產(chǎn)品，程序中是通過宏定義來(lái)實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品的匹配的，上面這段程序的注釋中已經(jīng)詳細(xì)給出了每個(gè)啟動(dòng)文件所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品系列，與之對(duì)應(yīng)，也要相應(yīng)的修改這個(gè)入口文件，需要根據(jù)所使用的產(chǎn)品系列正確的注釋/去掉相應(yīng)的注釋define。在這段程序的下方同樣有這樣的

26、一個(gè)注釋程序/*#define USE_STDPERIPH_DRIVER用于選擇是*/否使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)，如果保留這個(gè)注釋，則用戶開發(fā)程序可以基于直接訪問“ stm32f10x.h中定義的外設(shè)寄存器，所有的操作均基于寄存器完成，目前不使用固件庫(kù)的單片機(jī)開發(fā)，如51 、 AVR、 MSP430 等其實(shí)都是采用此種方式，通過在對(duì)應(yīng)型號(hào)的頭文件中進(jìn)行外設(shè)寄存器等方面的定義，從而在程序中對(duì)相應(yīng)的寄存器操作完成相應(yīng)的功能設(shè)計(jì)。如果去掉/*#define USE_STDPERIPH_DRIVER的注釋，則是使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)進(jìn)行開發(fā)，用戶 */需要使用在文件“ stm32f10x_conf.h中，選擇要用的外設(shè)

27、，外設(shè)同樣是通過注釋 ”/去掉注釋的方式來(lái)選擇。示例程序如下：/* Uncomment the line below to enable peripheral header file inclusion */#include "stm32f10x_adc.h"/* #include "stm32f10x_bkp.h" */* #include "stm32f10x_can.h" */* #include "stm32f10x_cec.h" */* #include "stm32f10x_crc.h&quo

28、t; */* #include "stm32f10x_dac.h" */* #include "stm32f10x_dbgmcu.h" */#include "stm32f10x_dma.h"/* #include "stm32f10x_exti.h" */* #include "stm32f10x_flash.h" */* #include "stm32f10x_fsmc.h" */#include "stm32f10x_gpio.h"/* #inclu

29、de "stm32f10x_i2c.h" */* #include "stm32f10x_iwdg.h" */* #include "stm32f10x_pwr.h" */#include "stm32f10x_rcc.h"/* #include "stm32f10x_rtc.h" */* #include "stm32f10x_sdio.h" */* #include "stm32f10x_spi.h" */* #include "stm32f10x_tim.h" */* #include "stm32f10x_usart.h" */* #include "stm32f10x_wwdg.h" */#include "misc.h" /* High level functions for NVI