【STM32】 STM32官方标准固件库概述

00. 目录

01. STM32官方标准固件库简介

ST(意法半导体)为了方便用户开发程序，提供了一套丰富的 STM32F4 固件库。

02. 库开发和寄存器开发的关系

很多用户都是从学 51 单片机开发转而想进一步学习 STM32 开发，他们习惯了 51 单片机的寄存器开发方式，突然一个 ST 官方库摆在面前会一头雾水，不知道从何下手。下面我们将通过一个简单的例子来告诉 STM32 固件库到底是什么，和寄存器开发有什么关系？其实一句话就可以概括：固件库就是函数的集合，固件库函数的作用是向下负责与寄存器直接打交道，向上提供用户函数调用的接口（API）。

在 51 的开发中我们常常的作法是直接操作寄存器，比如要控制某些 IO 口的状态，我们直接操作寄存器：

P0=0x11;

而在 STM32 的开发中，我们同样可以操作寄存器：

GPIOF->BSRRL=0x0001; //这里是针对 STM32F4 系列

这种方法当然可以，但是这种方法的劣势是你需要去掌握每个寄存器的用法，你才能正确使用STM32，而对于 STM32 这种级别的 MCU，数百个寄存器记起来又是谈何容易。于是 ST(意法半导体)推出了官方固件库，固件库将这些寄存器底层操作都封装起来，提供一整套接口（API）供开发者调用，大多数场合下，你不需要去知道操作的是哪个寄存器，你只需要知道调用哪些函数即可。

比如上面的控制 BSRRL 寄存器实现电平控制，官方库封装了一个函数：

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
	GPIOx->BSRRL = GPIO_Pin;
}

这个时候你不需要再直接去操作 BSRRL 寄存器了，你只需要知道怎么使用 GPIO_SetBits ()这个函数就可以了。在你对外设的工作原理有一定的了解之后，你再去看固件库函数，基本上函数名字能告诉你这个函数的功能是什么，该怎么使用，这样是不是开发会方便很多。

03. STM32固件库与CMSIS标准

STM32F4 固件库就是函数的集合，这里就涉及到一个 CMSIS 标准的基础知识。经常有人问到 STM32 和 ARM 以及 ARM7 是什么关系这样的问题，其实 ARM 是一个做芯片标准的公司，它负责的是芯片内核的架构设计，而 TI，ST 这样的公司，他们并不做标准，他们是芯片公司，他们是根据 ARM 公司提供的芯片内核标准设计自己的芯片。所以，任何一个做 Cortex-M4 芯片，他们的内核结构都是一样的，不同的是他们的存储器容量，片上外设，IO 以及其他模块的区别。所以你会发现，不同公司设计的Cortex-M4 芯片他们的端口数量，串口数量，控制方法这些都是有区别的，这些资源他们可以根据自己的需求理念来设计。同一家公司设计的多种 Cortex-M4 内核芯片的片上外设也会有很大的区别，比如 STM32F407 和 STM32F429，他们的片上外设就有很大的区别。

既然大家都使用的是 Cortex-M4 核，也就是说，本质上大家都是一样的，这样 ARM 公司为了能让不同的芯片公司生产的 Cortex-M4 芯片能在软件上基本兼容，和芯片生产商共同提出了一套标准 CMSIS 标准(Cortex Microcontroller Software Interface Standard) ,翻译过来是“ARM Cortex™ 微控制器软件接口标准”。ST 官方库就是根据这套标准设计的。

CMSIS 分为 3 个基本功能层：

1. 核内外设访问层：ARM 公司提供的访问，定义处理器内部寄存器地址以及功能函数。
2. 中间件访问层:定义访问中间件的通用 API。由 ARM 提供，芯片厂商根据需要更新。
3. 外设访问层：定义硬件寄存器的地址以及外设的访问函数。

CMSIS 层在整个系统中是处于中间层，向下负责与内核和各个外设直接打交道，向上提供实时操作系统用户程序调用的函数接口。如果没有 CMSIS 标准，那么各个芯片公司就会设计自己喜欢的风格的库函数，而 CMSIS 标准就是要强制规定，芯片生产公司设计的库
函数必须按照 CMSIS 这套规范来设计。其实不用这么讲这么复杂的，一个简单的例子，我们在使用 STM32 芯片的时候首先要进
行系统初始化，CMSIS 规范就规定，系统初始化函数名字必须为 SystemInit，所以各个芯片公司写自己的库函数的时候就必须用 SystemInit 对系统进行初始化。CMSIS 还对各个外设驱动文件的文件名字规范化，以及函数名字规范化等等一系列规定。上一节讲的函数GPIO_ResetBits 这个函数名字也是不能随便定义的，是要遵循 CMSIS 规范的。

04. STM32F4标准固件库下载

这一节内容主要讲解 ST 官方提供的 STM32F4 固件库包的结构。ST 官方提供的固件库完整包可以在官方网站下载。

官方下载网址：https://www.st.com/en/embedded-software/stm32-standard-peripheral-libraries.html

下载之后得到文件 STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0.zip

05. STM32F4标准固件库介绍

解压之后得到以下文件

Libraries 文件夹下面有CMSIS和 STM32F4xx_StdPeriph_Driver 两个目录，这两个目录包含固件库核心的所有子文件夹和文件。

CMSIS文件夹存放的是符合CMSIS规范的一些文件。包括STM32F4核内外设访问层代码，DSP 软件库，RTOS API，以及 STM32F4 片上外设访问层代码等。我们后面新建工程的时候会从这个文件夹复制一些文件到我们工程。

STM32F4xx_StdPeriph_Driver 放的是 STM32F4 标准外设固件库源码文件和对应的头文件。inc 目录存放的是 stm32f4xx_ppp.h 头文件,无需改动。src 目录下面放的是 stm32f4xx_ppp.c 格式的固件库源码文件。每一个.c 文件和一个相应的.h 文件对应。这里的文件也是固件库外设的关键文件，每个外设对应一组文件。

Libraries 文件夹里面的文件在我们建立工程的时候都会使用到。

Project 文件夹下面有两个文件夹。顾名思义，STM32F4xx_StdPeriph_Examples 文件夹下面存放的的 ST 官方提供的固件实例源码，在以后的开发过程中，可以参考修改这个官方提供的实例来快速驱动自己的外设，很多开发板的实例都参考了官方提供的例程源码，这些源码对以后的学习非常重要。STM32F4xx_StdPeriph_Template 文件夹下面存放的是工程模板。

Utilities 文件下就是官方评估板的一些对应源码，这个对于本手册学习可以忽略不看。

根目录中还有一个 stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm 文件，直接打开可以知道，这是一个固件库的帮助文档，这个文档非常有用，只可惜是英文的，在开发过程中，这个文档会经常被使用到。

STM32F4工程中比较重要的文件

core_cm4.h 文件位于\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Include 目录下面的，这个就是 CMSIS 核心文件，提供进入 M4 内核接口，这是 ARM 公司提供，对所有CM4 内核的芯片都一样。你永远都不需要修改这个文件。

stm32f4xx.h 和 system_stm32f4xx.h 文件存放在文件夹\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Include 下面。
system_stm32f4xx.h 是片上外设接入层系统头文件。主要是申明设置系统及总线时钟相关的函数。与其对应的源文件 system_stm32f4xx.c 在目录\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates 可以找到。这
个里面有一个非常重要的 SystemInit()函数申明，这个函数在我们系统启动的时候都会调用，用来设置系统的整个系统和总线时钟。

stm32f4xx.h 是 STM32F4 片上外设访问层头文件。这个文件就相当重要了，只要你做STM32F4 开发，你几乎时刻都要查看这个文件相关的定义。这个文件打开可以看到，里面非常多的结构体以及宏定义。这个文件里面主要是系统寄存器定义声明以及包装内存操作，同时该文件还包含了一些时钟相关的定义，FPU 和 MPU 单元开启定义，中断相关定义等等。

stm32f4xx_it.c,stm32f4xx_it.h 以 及 stm32f4xx_conf.h 等 文 件 ， 我 们 可 以 从\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates文件夹中找到。这几个文件我们后面新建工程也有用到。stm32f4xx_it.c 和 stm32f4xx_it.h 里面是用来编写中断服务函数，中断服务函数也可以随意编写在工程里面的任意一个文件里面，个人觉得这个文件没太大意义。

stm32f4xx_conf.h 是外设驱动配置文件。文件打开可以看到一堆的#include,这里你建立工程的时候，可以注释掉一些你不用的外设头文件。

对于上图中的 misc.c,misc.h,stm32f4xx_ppp.c,stm32f4xx_ppp.h 以及 stm32f4xx_rcc.c 和stm32f4xx_rcc.h 文件，这些文件存放在目录 Libraries\STM32F4xx_StdPeriph_Driver。这些文件是 STM32F4 标准的外设库文件。其中 misc.c 和 misc.h 是定义中断优先级分组以及 Systick 定时器相关的函数。stm32f3xx_rcc.c 和 stm32f4xx_rcc.h 是与 RCC 相关的一些操作函数，作用主要是一些时钟的配置和使能。在任何一个 STM32 工程 RCC 相关的源文件和头文件是必须添加的。

对于文件 stm32f4xx_ppp.c 和 stm32f4xx_ppp.h，这就是 stm32F4 标准外设固件库对应的源文件和头文件。包括一些常用外设 GPIO,ADC,USART 等。

文件 Application.c 实际就是说是应用层代码。这个文件名称可以任意取了。我们工程中，直接取名为 main.c。

实际上一个完整的 STM32F4 的工程光有上面这些文件还是不够的。还缺少非常关键的启动文件。STM32F4 的启动文件存放在目录\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates\arm 下面。对于不同型号的 STM32F4 系列对应启动文件也不一样。我们的开发板是 STM32F407 系列所以我们选择的启动文件为startup_stm32f40_41xxx.s。 启动文件到底什么作用，其实我们可以打开启动文件进去看看。启动文件主要是进行堆栈之类的初始化，中断向量表以及中断函数定义。启动文件要引导进入main 函数。Reset_Handler 中断函数是唯一实现了的中断处理函数，其他的中断函数基本都是死循环。Reset_handler 在我们系统启动的时候会调用，下面让我们看看 Reset_handler 这段代码：

; Reset handler
Reset_Handler    PROC
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
        IMPORT  SystemInit
        IMPORT  __main

                 LDR     R0, =SystemInit
                 BLX     R0
                 LDR     R0, =__main
                 BX      R0
                 ENDP

这段代码的作用是在系统复位之后引导进入 main 函数，同时在进入 main 函数之前，首先要调用 SystemInit 系统初始化函数。

07. 附录

7.1 【STM32】STM32系列教程汇总

网址：【STM32】STM32系列教程汇总

08. 声明

该教程参考了正点原子的《STM32 F4 开发指南》