【003】使用GNU ARM工具链进行STM32开发
使用GNU ARM工具链进行STM32开发
关键词：STM32、ARM、GNU、Eclipse、HAL
STM32 HAL库与STD库
因为本教程采用STM32F4XX系列芯片，因此所有比较均基于此款芯片，但与其他STM32系列差别不大，可作为参考。
STD库即标准库，STM32F4xx系列芯片标准库全称STSW-STM32065，提供全覆盖的寄存器地址映射及声明，提供通用API（Application Programming Interface），采用‘Strict ANSI-C’标准编写。使用STD标准库能够在更接近硬件的层次上实现更灵活的程序设计，得到更高的效率。
HAL（Hardware AbstractionLayer），即硬件抽象层，如图1所示。其位于操作系统内核与硬件电路之间，目的在于将硬件抽象化。它隐藏了特定平台的硬件接口细节，为操作系统提供虚拟硬件平台，使其具有硬件无关性，可在多种平台上进行移植。在Linux等操作系统中，经常能够见到HAL层。想必意法半导体推出HAL库的目的，也是为了进一步提高程序的可移植性，降低芯片的使用难度。
图1 硬件抽象层示意图
可以从可移植性、易用性、灵活性、效率这四个方面来衡量两个库之间的差异：
- 可移植性
HAL库具有更高的可移植性，能够配合STM32提供的STM32CubeMX轻松产生不同芯片的初始化代码进行抑制。
STD库在移植的时候要更多的考虑芯片之间上下兼容的问题。针对不同的芯片需要手动修改部分代码，需要对芯片之间的差异有一定了解。
- 易用性
HAL库针对初学者来说似乎不用关心芯片内部运作方式，仿佛是在编写PC上的程序。看似降低了学习的门槛，但是也同时错过了了解芯片工作方式的机会。
STD需要自己进行一些手动的配置，知道芯片上电后的基本设置。在入门时期来看，HAL库更有利于上手，能够较快的体验到成功感，但是从后期进一步深入学习来看，STD库能对细节的把握更加透彻。
- 灵活性
HAL库由于高度的抽象，相对来说灵活度较低。且由于HAL库推出的时间并不长，还有很多需要进一步完善的地方。因此STD具有更高的灵活性。
- 效率
由于STD能够直接进行寄存器中的位操作，可以跟据不同的需求设计不同的操作方式，因为STD库的效率更高。实际应用中，如果芯片的性能远大于要实现的功能，那么可以不考虑此因素。
基于ARM GUN工具链的HAL库配置
在【002】搭建开源嵌入式集成开发环境一文中，我们已经搭建好基于ARM GNU工具链的嵌入式开发环境。让我们再来仔细看一下创建的工程结构，如图2所示。stm32f4-hal文件已经存在于工程之中，位于Example->system->src->stm32f4-hal。
图2 STM32工程结构
展开stm32f4-hal文件夹如图3所示。可以看到原工程为了减少占用空间仅添加了基本的.c文件至hal文件夹，而我们需要做的就是去STM32的官方网站下载完整的stm32f4-hal库并添加在工程中的stm32f4-hal文件夹内即可。
图3 stm32f4-hal文件夹内部结构
基于ARM GUN工具链的STD库配置
STD库配置相比HAL库较为复杂，首先需要删除无用的文件及文件夹。整理完之后的工程结构如图4所示。
图4 STD库工程结构
与图3相比，主要是移除了与Hal库有关或者与STD库重复的文件。解压下载的官方STD库得到如图5所示文件夹。这里我们将STD库即STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹复制到工程DEVICE文件夹中，除了STD库该文件夹下还有三个文件分别是startup_stm32f429_439xx.S（启动文件，注意S需要大写）、stm32f4xx_it.c（中断文件）、system_stm32f4xx.c（系统配置文件）。这三个文件分别来自：
STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates\TrueSTUDIO\startup_stm32f429_439xx.s
STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates\system_stm32f4xx.c
STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates\stm32f4xx_it.c
图5 STM32F4xx标准库
在工程文件夹ldscripts添加STM32F439NI_FLASH.ld文件，来自：
STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates\TrueSTUDIO\STM32F429_439xx\STM32F439NI_FLASH.ld
右击工程打开属性，这里我们需要设置预定义的宏，添加include路径，按图6、图7所示为汇编编译器添加宏定义以及路径信息。
图6 配置编译器宏定义
图7 配置编译器include路径信息
之后为C编译器和C++编译器添加相同的信息。更改连接器信息，添加STM32F439NI_FLASH.ld脚本文件如图8所示。
图8 配置编译其连接脚本
到此，STM32的标准库配置完成，可以点击Build按钮进行验证。
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