STM32固件庫詳解

1、STM32固件庫詳解1.1 基于標準外設庫的軟件開發(fā)1.1.2 使用標準外設庫開發(fā)的優(yōu)勢簡單的說，使用標準外設庫進行開發(fā)最大的優(yōu)勢就在于可以使開發(fā)者不用深入了解底層硬件細節(jié)就可以靈活規(guī)范的使用每一個外設。標準外設庫覆蓋了從GPIO到定時器，再到CAN、I2C、 SP、I UART和 ADC等等的所有標準外設。對應的C源代碼只是用了最基本的C編程的知識， 所有代碼經(jīng)過嚴格測試，易于理解和使用，并且配有完整的文檔，非常方便進行二次開發(fā)和應用。1.1.3 STM32F10XXX標準外設庫結構與文件描述1. 標準外設庫的文件結構在上一小節(jié)中已經(jīng)介紹了使用標準外設庫的開發(fā)的優(yōu)勢，因此對標準外設庫的熟悉程

2、度直接影響到程序的編寫，下面讓我們來認識一下STM32F10XXX的標準外設庫。STM32F10XXX的標準外設庫經(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)境中自帶的標準外設庫為 2.0.3 版本，本書中以比較穩(wěn)定而且較新的V3.4版本為基礎介紹標準外設庫的結構?？梢詮?ST的官方網(wǎng)站下載到各種版本的標準外設庫，首先看一下3.4 版本標準外設庫的文件結構，如圖5-3 所示。 3.0 以上版本的文件結構大致相同，每個版本可能略有調(diào)整。STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.4.0_htmresc本文件夾包含了所有的html 頁面資源LibrariesCMSIS見表5-

3、6STM32F10x_StdPeriph_Driverinc標準外設庫驅(qū)動頭文件src標準外設庫驅(qū)動源文 件ProjectExamples標準外設庫驅(qū)動的完整例程TemplateMDK-ARMKEIL RVMDK的項目模板示例RIDERaisonance RIDE的項 目模板示例EWARMIAR EWARM的項目模 板示例UtilitiesSTM3210-EVAL本文件夾包含了用于 STM3210B-EVAL 和 STM3210E-EVAL 評估板的專用驅(qū)動標準外設庫的第一部分是CMSIS 和 STM32F10x_StdPeriph_Driver， CMSIS 是獨立于供應商的Cortex-M

4、 處理器系列硬件抽象層，為芯片廠商和中間件供應商提供了簡單的處理器軟件接口，簡化了軟件復用工作，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)者的學習曲線和新產(chǎn)品的上市時間。STM32F10x_StdPeriph_Driver 則包括了分別對應包括了所有外設對應驅(qū)動函數(shù)，這些驅(qū)動函數(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目模板，這些例程是學習和使用STM32 的重要參考。Utilities 包含了相關評估板的示例程序和驅(qū)動函數(shù)，供使用官方評估板的開發(fā)者使用，很多驅(qū)動函數(shù)

5、同樣可以作為學習的重要參考。STM32F10xxx標準外設庫體系結構如圖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5-4 STM32F10xxx標準外設庫體系結構表 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 設備文件訪問Cortex-M3 內(nèi)核及其設備：NVIC， SysTick等訪問Cortex-M3 的 CPU寄存器和內(nèi)核外設的函數(shù)stm32f10x.h微控制器專用頭文 件這個文件包含了STM32F10x全系列所有外設寄存器的定義（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)時鐘頻率startup_stm32f10x_Xd.s編譯器啟動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函數(shù)（可以被用戶代碼覆蓋） 該文件是與編譯器相關的stm32f10x_conf.h固件庫

7、配置文件通過更改包含的外設頭文件來選擇固件庫所 使用的外設，在新建程序和進行功能變更之前 應當首先修改對應的配置。stm32f10x_it.h外設中斷函數(shù)文件用戶可以相應的加入自己的中斷程序的代碼，stm32f10x_it.c對于指向同一個中斷向量的多個不同中斷請 求，用戶可以通過判斷外設的中斷標志位來確 定準確的中斷源，執(zhí)行相應的中斷服務函數(shù)。stm32f10x_ppp.hstm32f10x_ppp.c外設驅(qū)動函數(shù)文件包括了相關外設的初始化配置和部分功能應 用函數(shù)，這部分是進行編程功能實現(xiàn)的重要組 成部分。Application.c用戶文件用戶程序文件，通過標準外設庫提供的接口進 行相應的外

8、設配置和功能設計。2. 基于 CMSIS標準的軟件架構根據(jù)調(diào)查研究，軟件開發(fā)已經(jīng)被嵌入式行業(yè)公認為最主要的開發(fā)成本。對于 ARM 公司來說，一個 ARM 內(nèi)核往往會授權給多個廠家，生產(chǎn)種類繁多的產(chǎn)品，如果沒有一個通用的軟件接口標準，那么當開發(fā)者在使用不同廠家的芯片時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)品的軟件接口標準化，制定了CMSIS標準。此舉意在降低軟件開發(fā)成本，尤其針對新設備項目開發(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。有了該標準，芯片廠商就能夠?qū)⑺麄兊馁Y源專注于產(chǎn)品外設特性的差異化，并且消除對微控制器進行編程時需要維持的不同的、互相不兼容的標準的需求，從而達到降低開發(fā)成本的目的。如圖 5-5 所示，基于CMSIS標準的軟件架構主要分為以下4 層：用戶應用層、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：一方面該層對硬件寄存器層進行統(tǒng)一實現(xiàn)，屏蔽了不同廠商對Cortex-M 系列微處理器核內(nèi)外設寄存器的不同定義；另一方面又向上層的操作系統(tǒng)及中間件接口層和應用層提供接口，簡化了應用程序開發(fā)難度，使開發(fā)人員能夠

10、在完全透明的情況下進行應用程序開發(fā)。也正是如此，CMSIS層的實現(xiàn)相對復雜。層主要分為以下3 個部分：(1) 核內(nèi)外設訪問層(CPAL， Core Peripheral Access Layer) ：該層由ARM 負責實現(xiàn)。包括對寄存器名稱、地址的定義，對核寄存器、NVIC、 調(diào)試子系統(tǒng)的訪問接口定義以及對特殊用途寄存器的訪問接口(例如：CONTROL， xPSR)定義。由于對特殊寄存器的訪問以內(nèi)聯(lián)方式定義，所以針對不同的編譯器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) 片上外設訪問層(DPAL, Device Peripheral Access Layer) ：該層由芯

11、片廠商負責實現(xiàn)。該層的實現(xiàn)與CPAL 類似，負責對硬件寄存器地址以及外設訪問接口進行定義。該層可調(diào)用CPAL 層提供的接口函數(shù)同時根據(jù)設備特性對異常向量表進行擴展，以處理相應外設的中斷請求。(3) 外設訪問函數(shù)( AFP, Access Functions for Peripherals) ： 該層也由芯片廠商負責實現(xiàn)，主要是提供訪問片上外設的訪問函數(shù)，這一部分是可選的。對一個 Cortex-M 微控制系統(tǒng)而言，CMSIS 通過以上三個部分實現(xiàn)了：l 定義了訪問外設寄存器和異常向量的通用方法；l 定義了核內(nèi)外設的寄存器名稱和核異常向量的名稱；l 為 RTOS 核定義了與設備獨立的接口，包括De

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

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

14、 的Cortex-M3STM32f10xxx 微控制器外設訪問層源文件在實際開發(fā)過程中，根據(jù)應用程序的需要，可以采取2種方法使用標準外設庫(StdPeriph_Lib)：(1) 使用外設驅(qū)動：這時應用程序開發(fā)基于外設驅(qū)動的API(應用編程接口)。 用戶只需要配置文件 ” stm32f10x_conf.h，并使用相應的文件 ” stm32f10x_ppp.h/.c 即可。 ”(2) 不使用外設驅(qū)動：這時應用程序開發(fā)基于外設的寄存器結構和位定義文件。這兩種方法的優(yōu)缺點在“使用標準外設庫開發(fā)的優(yōu)勢”小節(jié)中已經(jīng)有了具體的介紹，這里仍要說明的是，使用使用標準外設庫進行開發(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)的一個趨勢。標準外設庫(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，啟動文件已經(jīng)對不同的系列進行了劃分，實際開發(fā)中根據(jù)使用的STM32 產(chǎn)品具體型號，用戶可以通過文件” stm32f10x.h中的預處理 ” define 或者通過開發(fā)環(huán)境中的全局設置來配置標準外設庫(StdPeriph_Lib)，一個define 對應一個產(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 啟動文件中的向量表，小容量，中容量，大容量產(chǎn)品各有一個啟動文件l 外設存儲器映像和寄存器物理地址l 產(chǎn)品設置：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，可以使標準外設庫適用于不同系列的產(chǎn)品，同時也方便與不同產(chǎn)品之間的軟件移植，極大的方便了軟件的開發(fā)。4. 使用步驟前面幾個小節(jié)已經(jīng)詳細介紹了標準外設庫的組成結構以及部分主要文件的功能描述，那么如果在開發(fā)中使用標準外設庫需要哪些描述呢？下面就進行簡要的介紹，這兒介紹的使用方法是與開發(fā)環(huán)境無關的，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)境下使用標準外設庫的詳細過程。首先新建一個項目并設置工具鏈對應的啟動文件，可以使用標準外設庫中提供的模板，也可以自己根據(jù)自己的需求新建。標準外設庫中已經(jīng)提供了不同工具鏈對應的文件，位于STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.4.0LibrariesCMSISCM3DeviceSupportSTSTM32F10xstartup目錄下。其次按照使用產(chǎn)品的具體型號選擇具體的啟動文件，加入工程。文件主要按照使用產(chǎn)品的容量進行區(qū)分，根據(jù)產(chǎn)品容量進行選擇即可。每個文件的具體含義可以在“ stm32f10x.h

18、文件中”找到對應的說明，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是整個標準外設庫的入口文件，這個文件包含了 ”STM32F10x 全系列所有外設寄存器的定義（寄存器的基地址和布局）、位定義、中斷向量表、存儲空間的地址映射等。為了是這個文件適用于不同系列的產(chǎn)品，程序中是通過宏定義來實現(xiàn)不同產(chǎn)品的匹配的，上面這段程序的注釋中已經(jīng)詳細給出了每個啟動文件所對應的產(chǎn)品系列，與之對應，也要相應的修改這個入口文件，需要根據(jù)所使用的產(chǎn)品系列正確的注釋/去掉相應的注釋define。在這段程序的下方同樣有這樣的

26、一個注釋程序/*#define USE_STDPERIPH_DRIVER用于選擇是*/否使用標準外設庫，如果保留這個注釋，則用戶開發(fā)程序可以基于直接訪問“ stm32f10x.h中定義的外設寄存器，所有的操作均基于寄存器完成，目前不使用固件庫的單片機開發(fā)，如51 、 AVR、 MSP430 等其實都是采用此種方式，通過在對應型號的頭文件中進行外設寄存器等方面的定義，從而在程序中對相應的寄存器操作完成相應的功能設計。如果去掉/*#define USE_STDPERIPH_DRIVER的注釋，則是使用標準外設庫進行開發(fā)，用戶 */需要使用在文件“ stm32f10x_conf.h中，選擇要用的外設

27、，外設同樣是通過注釋 ”/去掉注釋的方式來選擇。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