【STM32】在Keil上使用C++编程

前言：引入C++面向对象的编程方式会让写单片机程序看起来更加板正。祝我顺利！

人如果要进步，就要用于去接受新鲜事物，新鲜方法，新鲜思想。这种新鲜对你来说是新鲜的，可是在客观的世界，它却比你想象的更加成熟，这就是你的无知，善于向优秀的人去学习，善于向不同领域的人学习，倾听他们的思想，可能当时你觉得没用，那是因为你们还不在一个LEVEL。回到单片机，仅仅以实现功能为目的，那可能单片机你能走的路也就这么长了，甚至一年以后，五年以后，你还是这个水平，写的代码拼凑，没有层次，没有美感。这不是我想要的，所以从0到1，每天努力一点，不要永远做底层的那帮人。——米杰的声音

1 基础准备：一块电路板

程序主要是在这个板子上跑，硬件电路板如下（原理图就不贴了，主要学习思想）：

2 基础准备：CobeMX基础功能配置 

2.1 CobeMX项目设置

ADC采用多通道和DMA传输：

扫描转换模式开启

再把ADC中断加上，再加上DMA。

2.2 定时器TIM2的PWM输出设置

产生了1ms周期可调的占空比信号

加入中断，在中断里面调整占空比：

2.3 按键外部中断设置

检测低电平按下

 2.4 添加FREERTOS

3 Keil环境配置

我们的文件夹按照这个格式配置看起来相对工整一些，之后只需要将自己配置的文放在对应的文件夹里面就可以了。

Port用于存放连接硬件和应用层的底层驱动。 今后上述文件夹中的Scr和Inc再去调用GPIO的时候，不必直接去调用HAL库文件，而是直接调用Port中的GPIO类，因此给新建的GPIO类起一个好听的名字就显得格外重要。

4 GPIO类创建

开发环境IDE基于Keil5

类的基本思想是数据的抽象和封装，数据抽象是一个依赖于接口和实现分离的编程。

封装实现了类的接口和实现的分离，要想实现数据抽象和封装，首先需要定义一个抽象的数据类型。

比如GPIO这个功能，我们想要调用一个端口比如GPIOA的PN1，GPIOA是端口的基地址，也就是：

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)

#define GPIOA_BASE            (D3_AHB1PERIPH_BASE + 0x0000UL)

引脚号是基于端口基地址的偏移量：

#define GPIO_PIN_1                 ((uint16_t)0x0002)  /* Pin 1 selected    */

因此我们操作具体某个引脚的时候，这两个输入实参就会作为数据的输入：

那么输入知道了，就需要对这个功能进行封装了。

我们常用的功能有输出、输入、反转；

我们建立便携GPIO类的这个文件。

并将其导入工程中。

4.1 创建MCUGPIO类——构造函数

这个类主要是实现GPIO的一些操作，比如：

HAL_GPIO_WritePin的GPIO_PIN_SET和GPIO_PIN_RESET

输入量是GPIO_TypeDef *GPIOx和uint16_t GPIO_Pin

那么首先要进行构造函数来初始化这两个输入值

首先类要有成员定义：

    void *_GPIOx;
    uint16_t _GPIO_Pin;

构造函数没有返回值且函数名和类名相同，同时构造函数也可以重载；

    MCUGPIO(void *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
    MCUGPIO();

那么如何调用构造函数？

构造函数和普通函数不同，一般不显式的去调用；但在创建一个对象时构造函数被自动调用；

也就是说我定义了一个对象：

在生成这个对象的过程中：

MCUGPIO::MCUGPIO(void *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
    _GPIOx = GPIOx;
    _GPIO_Pin = GPIO_Pin;
}

在.cpp中定义的构造函数的具体实现会被编译器自动调用。

在C中引用C++语言中的函数和变量时，C++的函数或变量要声明在extern "C"{}里，

在main.h中定义了引脚的宏定义

/* Define to prevent recursive inclusion -------------------------------------*/
#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f1xx_hal.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

#define SCL_Pin GPIO_PIN_6
#define SCL_GPIO_Port GPIOB
#define SDA_Pin GPIO_PIN_7
#define SDA_GPIO_Port GPIOB

/* USER CODE BEGIN Private defines */
#ifdef __cplusplus
}
#endif
/* USER CODE END Private defines */

#endif /* __MAIN_H */

4.1.1 析构函数

构造函数用来完成对象的初始化

析构函数用来清理

注意：析构函数和构造函数没有来行说明符，程序不能直接调用，创建和撤销由系统调用自动完成。

4.2 FREE RTOS任务函数创建——this指针

GPIO类创建完成之后

this指针：

1 this指针指向的是类的对象；答：this指针不占用类的大小，是编译器帮助传递的。

2 this指针是一个地址，地址里面存放的是什么？答：this实际存放对象的首地址。

3.类的成员函数有静态static和非静态，为什么this指针不能操作静态成员函数？

答：因为静态成员函数是先于对象存在的，是对于所有对象共享的。如果没有对象this是不能实例化对象首地址的。因此也就解释了为什么在static静态成员函数中不能直接调用this指针。

4 为什么要设计this指针？c++对象模型。

4.2.1 创建osInterface文件放在视图层

用于对下面的模型信息进行操作，任务的调度。

头文件的框架如下：

便于C的调用

#ifndef __OSINTERFACE_H__
#define __OSINTERFACE_H__

#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif



#ifdef __cplusplus
};
#endif

#endif/* __OSINTERFACE_H__ */

我们在OS文件中主要将CUBEMX生成的任务虚函数拿过来。

这些虚函数在freertos.c/.h文件里面

我们将它提取到视图文件里；

#ifndef __OSINTERFACE_H__
#define __OSINTERFACE_H__

#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif
    void StartDefaultTask(void const * argument);
    void StartTask02(void const * argument);
    void StartTask03(void const * argument);
    void StartTask04(void const * argument);
    void StartTask05(void const * argument);
    void StartTask06(void const * argument);

#ifdef __cplusplus
};
#endif

#endif  /* __OSINTERFACE_H__ */

5 创建IO对象——单例模式（23种设计模式之一）

单例模式：确保一个类有且只有一个实例，且自行实例化并向整个系提供这个实例。

注定了它的构造方法不能是public，而是private。

且这个实例是当前类的成员变量，即静态变量，即用static修饰。

故单例模式要求构造方法是private，并且拥有当前类的静态成员变量。还需要提供一个静态方法，向外界提供当前类的实例。

单例模式的作用是确保一个类只有一个实例存在；

特点是：类构造器私有；持有自己类型的属性；对外界提供获取实例的静态方法；

注意事项：构造函数是私有的；析构函数是共有的；提供获取实例的函数；自己类型的属性需要在外部初始化；最后的垃圾回收。

实现顺序是：定义类——定义构造函数——添加自身属性——添加获取实例函数——使用

首先判断这个对象是否为空，不为空就返回这个对象，为空就创建一个新的对象；为这个对象开辟内存。

class TurnTable
{
private:
    static TurnTable *_instance; //私有静态对象属性

    TurnTable() {}；禁止外部实例化对象，应当私有化这个类的构造函数

public:公有静态方法实例化对象
    static TurnTable *Instance();

}

TurnTable *TurnTable::_instance = nullptr;

TurnTable *TurnTable::Instance()
{
    if (nullptr == _instance)
    {
        _instance = new TurnTable;//如果时空创建这个对象
    }
    return _instance;//如果不为空，返回这个对象
}

这就引出一个问题C++的空如何表示？

5.1 C++中NULL和nullptr的区别

空指针不指向任何对象，在试图使用一个指针之前可以首先检查它是否为空。

得到一个空指针最直接的办法就是直接使用nullprt初始化指针，这种类型的字面值可以被转化成任意其他的指针类型，也可以通过将指针初始化为0来生成空指针。

在C++中使用NULL来初始化指针需要引入头函数#include

在新的标准下，最好使用nullpr，避免使用NULL。

因此应当初始化所有的指针，且在定义了对象之后再定义指向它的指针，如果不清楚指针的具体位置，可以使用0或者nullprt进行初始化

5.2 懒汉式单例模式

//懒汉式：
pbulic class SinglentonDemo{

     private static SingletonDemo instance;

     private SingletonDemo(){ } //构造函数

     public static SingletonDemo getinstance(){
        if(instance == nullprt){
        instance = new SingletonDemo();
        return instance;
        }
    }
}

//线程安全加锁，增加synchronized关键字，效率低
pbulic class SinglentonDemo{

     private static SingletonDemo instance;

     private SingletonDemo(){ } //构造函数

     public static synchronized SingletonDemo getinstance(){
        if(instance == nullprt){
        instance = new SingletonDemo();
        return instance;
        }
    }
}

//饿汉式：直接初始化
pbulic class SinglentonDemo{

     private static SingletonDemo instance = new SingletonDemo;

     private SingletonDemo(){ } //构造函数

     public static synchronized SingletonDemo getinstance(){
        if(instance == nullprt){
        instance = new SingletonDemo();
        return instance;
        }
    }
}

6 创建IO操作函数；

对于这个项目，IO口主要实现的功能主要包括LED小灯的点亮工作。

我们建立一个deviceconfigure.cpp函数用于实例MCUGPIO类。

在这里我们创建了实例化构造函数：

MCUGPIO LED1(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);
MCUGPIO LED2(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin);
MCUGPIO LED3(LED3_GPIO_Port,LED3_Pin);
MCUGPIO LED4(LED4_GPIO_Port,LED4_Pin);

并在头文件中声明了其调用性。

extern MCUGPIO LED1;
extern MCUGPIO LED2;
extern MCUGPIO LED3;
extern MCUGPIO LED4;

同时为了延时的实现，又声明了延时函数用于系统调用。

/**
 * @description: 延时函数
 * @param {uint32_t} ms
 * @return {*}
 */
void delay_ms(uint32_t nms)
{
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState  == 1 )	
	if(xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//如果OS已经在跑了,并且不是在中断里面(中断里面不能任务调度)	    
	{		 
		osDelay(nms);	//OS延时   
	}
	else delay_us((uint32_t)(nms*1000));				//普通方式延时
#else
	HAL_Delay(nms);
#endif
} 

/**
 * @description: 微秒级延时
 * @param {__IO uint32_t} delay
 * @return {*}
 */
void delay_us(uint32_t us)
{
    __IO uint32_t currentTicks = SysTick->VAL;
    /* Number of ticks per millisecond */
    const uint32_t tickPerMs = SysTick->LOAD + 1;
    /* Number of ticks to count */
    const uint32_t nbTicks = ((us - ((us > 0) ? 1 : 0)) * tickPerMs) / 1000;
    /* Number of elapsed ticks */
    uint32_t elapsedTicks = 0;
    __IO uint32_t oldTicks = currentTicks;
    do
    {
        currentTicks = SysTick->VAL;
        elapsedTicks += (oldTicks < currentTicks) ? tickPerMs + oldTicks - currentTicks : oldTicks - currentTicks;
        oldTicks = currentTicks;
    } while (nbTicks > elapsedTicks);
}

然后再在视图控制器中去进行调用，也就是让其再任务中执行。例如：

void StartTask04(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
    LED4.setpin();
    delay_ms(100); 
    LED4.resetpin();
    delay_ms(100); 
    osDelay(1);
  }
}

效果如下：

我们可以看到LED不是同时闪亮，主要原因就是任务的优先级设置的问题。

因为优先级高的任务可以打断优先级低的任务，这就导致了优先级低的LED灯闪亮的时间不是自己设置的，更改的方法很简单。

 

7. IIC驱动液晶屏

在编写程序之前需要将源程序添加到工程里面。