stm32-hal库开发入门

stm32-hal库开发入门

很久之前就听说st出了一个新版本的库，用于代替原来的标准库，非常好奇，但是一直没有机会去体验。这次借着做毕设的机会，尝试着切换到新库。

官网介绍说，hal（hardware abstract layer）是一层硬件的抽象，看到这里，我非常激动，看来st终于意识到原来标准库的问题了，原来的标准库非常依赖于具体硬件细节，很难体现出使用库的优势，而且很难移植。同时我也非常好奇，st到底是如何把不同系列mcu的操作给封装起来的，是不是足够抽象，方便移植。

话不多说，直接上官网下下来再说。

Paste_Image.png

上图就是hal库的全部内容，其中STM32F1xx_HAL_Driver中属于hal库的内容。

拿到库第一步需要做的就是配置一个简单的hello world，我在配置的时候，出现了非常多的问题。最开始非常自信，只从文件夹里挑选自认为有用的文件加入到工程中，结果出现了各种问题，里面各种库的依赖关系比较复杂，如果不是很熟悉整个架构的话，还是老老实实拷贝整个文件夹吧。

配置之前，首先要了解一下整个库的框架，官方给的框架图如下：

捕获.PNG

个人认为这幅图和我理解的有些许出入，故重新画了一张：

Paste_Image.png

有几点区别：

• cmsis我放在了驱动层的最底层，因为cmsis库中包含的内容都是和具体cpu内核相关的东西，还有一些地址定义，这些都是非常底层的东西了，而且hal层确实是依赖于cmsis。
• hal底层我增加了一层msp，类似于bsp，全称是mcu support package，这一层相当于hal的驱动层，与硬件相关的部分比如最终的时钟配置，gpio配置等等提取出来，交给用户配置。

了解了架构，下面我们就来配置一个简单的工程吧。

1. 首先拷贝整个Driver目录到工程中。
2. 新建user文件夹，新建main.c文件。
   找到stm32f1xx_hal_conf_template.h,stm32f1xx_hal_msp_template.c，去掉"_template"放入user文件夹。
   找到stm32f1xx_it.c和stm32f1xx_it.h放入user文件夹。
3. 新建工程
   添加源文件：

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配置工程：

• 勾选Use MicroLib，因为hal使用了c标准库。

• 添加全局宏定义：USE_HAL_DRIVER,STM32F103xB。关于芯片选择，有如下表格：

  
  
  

  捕获1.PNG
• 勾选c99支持，因为hal采用的是c99标准编写，不勾选的话，会出现类似于uint32_t等类型不存在的编译错误。
• 添加包含目录，如下图：

Paste_Image.png

4.编写代码：

配置stm32f1xx_hal_conf.h：
这里面有许多用于配置的宏，比如用于精准延时的晶振频率，还有各个外设模块的开关等等。

main.c

#include "stm32f1xx_hal.h"
int main()
{
    HAL_Init();
    
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    
    GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
    gpio_initstruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    gpio_initstruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    gpio_initstruct.Pull=GPIO_NOPULL;
    gpio_initstruct.Pin=GPIO_PIN_13;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC,&gpio_initstruct);

    while(1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
        HAL_Delay(1000);
    }
    return 0;
}

stm32f1xx_hal_msp.c

#include "stm32f1xx_hal.h"
void SystemClock_Config(void);
void HAL_MspInit(void)
{
    SystemClock_Config();
}
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_ClkInitTypeDef clkinitstruct = {0};
  RCC_OscInitTypeDef oscinitstruct = {0};
  
  /* Configure PLL ------------------------------------------------------*/
  /* PLL configuration: PLLCLK = (HSI / 2) * PLLMUL = (8 / 2) * 16 = 64 MHz */
  /* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLLCLK / HSEPredivValue = 64 / 1 = 64 MHz */
  /* Enable HSI and activate PLL with HSi_DIV2 as source */
  oscinitstruct.OscillatorType  = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;//RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  oscinitstruct.HSEState        = RCC_HSE_ON;//RCC_HSE_OFF;
  oscinitstruct.LSEState        = RCC_LSE_OFF;
  oscinitstruct.HSIState        = RCC_HSI_OFF;//RCC_HSI_ON;
  oscinitstruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  oscinitstruct.HSEPredivValue    = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  oscinitstruct.PLL.PLLState    = RCC_PLL_ON;
  oscinitstruct.PLL.PLLSource   = RCC_PLLSOURCE_HSE;//RCC_PLLSOURCE_HSI_DIV2;
  oscinitstruct.PLL.PLLMUL      = RCC_PLL_MUL9;//RCC_PLL_MUL16;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&oscinitstruct)!= HAL_OK)
  {
    /* Initialization Error */
    while(1); 
  }

  /* Select PLL as system clock source and configure the HCLK, PCLK1 and PCLK2 
     clocks dividers */
  clkinitstruct.ClockType = (RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
  clkinitstruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  clkinitstruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  clkinitstruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  clkinitstruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;  
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&clkinitstruct, FLASH_LATENCY_2)!= HAL_OK)
  {
    /* Initialization Error */
    while(1); 
  }
}

整个编程步骤就是，hal库初始化->开外设时钟->外设初始化->用户程序，然后在msp.c文件里实现其他平台相关的杂七杂八的操作，需要调用的时候会自动调用，我这里只实现了一个点亮led的功能，故只实现了HAL_MspInit()函数。如果我们要使用uart、adc等其他更复杂的外设，我们需要在msp.c文件里重写HAL_UART_MspInit()、HAL_ADC_MspInit()等函数，当我们调用HAL_PPP_Init()时，他们都会自动被调用。

说到这里，我要说一下这里其实使用了一个c语言的技巧，实现了类似于c++的重载功能。比如我们来看UART的源文件：

/**
  * @brief  USART MSP Init.
  * @param  husart: Pointer to a USART_HandleTypeDef structure that contains
  *                 the configuration information for the specified USART module.
  * @retval None
  */
 __weak void HAL_USART_MspInit(USART_HandleTypeDef *husart)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(husart);
  /* NOTE: This function should not be modified, when the callback is needed,
           the HAL_USART_MspInit can be implemented in the user file
   */ 
}

函数被__weak修饰了，意思就是，如果别处没定义，这个函数就是他，如果别处重定义了，就用新的函数，这样就实现了重载。这有一个很大的好处，就是实现oo思想中的差异化编程，hal实现所有硬件通用的功能，而把不通用的部分通过可重载的函数开放给用户修改。

体现oo的还有个地方，每个函数中，都会接收到一个handle指针，这其实和this指针非常类似，每个函数都不用知道自己到底是在操作某一个具体的对象，只需要根据handle的指向来操作就可以了。

回到上面的重载。在hal库中有一点比较大的改变是，中断都是通过回调函数来开放给用户的，具体使用方式也是重载相关回调函数，不像标准库是直接在stm32fxxx_it.c里填写相关中断处理函数。这样做的好处是，hal帮我们处理了一些中断来临时的杂务，只把我们感兴趣的事件开放给用户。

但是个人觉得这个改变需要再彻底一点，因为这并没有解决代码耦合性的痛点，每一次我们需要写中断函数的时候，总是要去改底层代码，而如果st给我们实现一个注册回调的接口，那么上层和下层之前就完全分离了，应用层各个模块之间也不会产生耦合。

总结：
总体而言，hal相比于标准库，层次架构更加清晰了，对平台更加抽象，但是还远远不够，依然非常依赖于具体的硬件，如果能实现Qt的那种抽象就完美了。用户使用的时候，只用包含hal.h而不用去管是hal_f1还是hal_f2或是什么其他系列的头文件，所有系列的代码打包在一起，通过条件编译来实现真正的跨平台，而如果需要使用某款mcu的特色功能时，就再包含一个hal_f1extend.h。如果这些st都实现了，那么单片机编程将会变得和应用编程一样简单方便！