STM32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的文件結(jié)構(gòu)解析

STM32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的文件結(jié)構(gòu)解析最近考試較多，教材編寫暫停了一下，之前寫了很多，只是每一章都感覺不是特別完整，最近把其中的部分內(nèi)容貼出來一下，歡迎指正。本文內(nèi)容基于我對(duì)固件庫的理解，按照便于理解的順序進(jìn)行整理介紹，部分參考了固件庫的說明，但是也基本上重新表述并按照我理解的順序進(jìn)行重新編寫。我的目的很簡(jiǎn)單，很多人寫教程只是告訴你怎么做，不會(huì)告訴你為什么這么做，我就盡量吧前因后果都說清楚，這是我的出發(fā)點(diǎn)，水平所限，難免有很大的局限性，具體不足歡迎指正。1.1基于標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的軟件開發(fā)1.1.1STM32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫概述STM32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫之前的版本也稱固件函數(shù)庫或簡(jiǎn)稱固件庫，是一個(gè)固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。該函數(shù)庫還包括每一個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)描述和應(yīng)用實(shí)例，為開發(fā)者訪問底層硬件提供了一個(gè)中間API，通過使用固件函數(shù)庫，無需深入掌握底層硬件細(xì)節(jié)，開發(fā)者就可以輕松應(yīng)用每一個(gè)外設(shè)。因此，使用固態(tài)函數(shù)庫可以大大減少用戶的程序編寫時(shí)間，進(jìn)而降低開發(fā)成本。每個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)所有功能。每個(gè)器件的開發(fā)都由一個(gè)通用API（applicationprogramminginterface應(yīng)用編程界面）驅(qū)動(dòng)，API對(duì)該驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)，函數(shù)和參數(shù)名稱都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ST公司2007年10月發(fā)布了V1.0版本的固件庫，MDKARM3.22之前的版本均支持該庫。2008年6月發(fā)布了V2.0版的固件庫，從2008年9月推出的MDKARM3.23版本至今均使用V2.0版本的固件庫。V3.0以后的版本相對(duì)之前的版本改動(dòng)較大，本書使用目前較新的V3.4版本。1.1.2使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫開發(fā)的優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)單的說，使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫進(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)庫覆蓋了從GPIO到定時(shí)器，再到CAN、I2C、SPI、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。1.1.3STM32F10XXX標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫結(jié)構(gòu)與文件描述1.標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的文件結(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)庫的開發(fā)的優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的熟悉程度直接影響到程序的編寫，下面讓我們來認(rèn)識(shí)一下STM32F10XXX的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫。STM32F10XXX的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫經(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)庫的結(jié)構(gòu)?？梢詮腟T的官方網(wǎng)站下載到各種版本的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫，首先看一下3.4版本標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的文件結(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。圖5？3STM32F10XXXV3.4標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫文件結(jié)構(gòu)表5？4中介紹了每個(gè)文件夾所包含的主要內(nèi)容。表5？4STM32F10XXXV3.4標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫文件夾描述STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.4.0_htmresc本文件夾包含了所有的html頁面資源LibrariesCMSIS見表5？6STM32F10x_StdPeriph_Driverinc標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫驅(qū)動(dòng)頭文件src標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫驅(qū)動(dòng)源文件ProjectExamples標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫驅(qū)動(dòng)的完整例程TemplateMDK-ARMKEILRVMDK的項(xiàng)目模板示例RIDERaisonanceRIDE的項(xiàng)目模板示例EWARMIAREWARM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)庫的第一部分是CMSIS和STM32F10x_StdPeriph_Driver，CMSIS是獨(dú)立于供應(yīng)商的Cortex-M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)同樣可以作為學(xué)習(xí)的重要參考。STM32F10xxx標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫體系結(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明如表5？5所示。圖5？4STM32F10xxx標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫體系結(jié)構(gòu)表5？5文件功能說明文件名功能描述具體功能說明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、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，用來初始化微控制器函數(shù)Sysem_ExtMemCtl，用來配置外部存儲(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固件庫配置文件通過更改包含的外設(shè)頭文件來選擇固件庫所使用的外設(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.hstm32f10x_it.c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，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)庫提供的接口進(jìn)行相應(yīng)的外設(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公司來說，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-naryMicro、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。圖5？5CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的軟件架構(gòu)層主要分為以下3個(gè)部分：（1）核內(nèi)外設(shè)訪問層（CPAL，CorePeripheralAccessLayer）：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，DevicePeripheralAccessLayer）：該層由芯片廠商負(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，AccessFunctionsforPeripherals）：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