STM32从固件库到HAL库

让坚持成为一种热爱，极致成为一种精神。历时10个月，目前我又重新回到了程序员的身份，2023想玩不一样的嵌入式。

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前言

我学STM32是基于固件库的，之后的一年都是用固件库开发STM32。其实固件库还是挺好用的，很稳定，即使ST已经放弃很多年了。
为什么改用HAL库？
1）CubeMX+HAL库是大势所趋。
2）CubeMX可以直接生成驱动代码，而且CubeMX是很好的工具，即使不用HAL库，里面的一些工具对开发也很有帮助。
3）HAL库效率不如固件库，一些关键代码可以改为寄存器操作，比如串口、DMA、ADC。
4）现在很多优秀的开源项目都是基于HAL库开发，看不懂代码怎么CV[doge]
一些个人做法
直接用CubeMX生成的MDK工程开发我认为是不可取的。开发过程中随时会修改驱动参数，而CubeMX每次修改都会覆盖原工程，只能在固定区域编程，极其不优雅。因此我的做法是用自己配置的工程开发，然后把CubeMX生成的驱动代码复制到自己工程里。本文基于这种做法展开。

开发环境
操作系统：Windows 11
JAVA 1.8.0_351
STM32CubeMX 6.5
STM32Cube_FW_F1_V 1.8.4
STM32Cube_FW_F4_V 1.26.1
keil MDK 5.36

一、安装STM32CubeMX

CubeMX需要JAVA环境，首先需要安装JAVA。适用于 Windows 的 64位 Java
然后安装CubeMX，直接在ST官网搜即可。ST官网
安装完配置仓库地址，然后下载对应的芯片包即可。
第一次打开设置时会报错，等几分钟再打开


下载芯片包


开启工程后第一步应该先设置RCC时钟源和SYS调试接口，根据我的做法这部分可以直接跳过，因为只需要驱动代码，所以直接配置IO口生成即可。

二、配置自己的HAL库MDK工程

这部分跟配置固件库工程步骤相同，只是把对应文件改为HAL库，这里我直接在正点原子的例程代码基础上进行修改，HAL库版本的原子例程依旧带有system文件夹。然后建立BSP文件，把CubeMX生成的驱动代码复制过来即可。下面讲下HAL库跟固件库的一些区别。

三、HAL库与固件库的区别

这里简单说下除命名外的一些区别。

1.句柄

所谓句柄，在HAL库里就是一个外设的结构体。
在固件库中我们是这样初始化外设的：先定义一个函数，在函数里定义一个结构体，开启时钟，然后操作这个结构体成员，最后利用这个结构体初始化外设。
在HAL库中，需要定义一个全局变量结构体，也就是句柄，为什么是全局变量？因为不只是初始化外设要用到，后面对外设的一系列操作都需要用到，比如说ADC的校正、读取，串口的接发。

2.回调函数

在固件库初始化外设中，一般都是先打开时钟，配置GPIO，配置复用功能。而在HAL库中时钟、GPIO和中断的配置都放到了回调函数中（带有MspInit结尾），因为HAL库在Init外设后会自动调用回调函数，回调函数是weak（弱定义）函数，默认为空，也就是ST让用户重新定义的函数。既然回调函数中放入了时钟和GPIO配置，那么初始化函数中就只剩下外设的复用配置。
还有一个问题，例如串口只有一个回调函数HAL_UART_MspInit，在配置USART1时会调用函数HAL_UART_MspInit，配置USART2时也会调用函数HAL_UART_MspInit，所以HAL_UART_MspInit中必须判断目前在配置哪个串口，这样才不会出错。
另外，回调函数默认是一个空函数，不一定要按照ST的思路来编程，我们也可以把回调函数中的代码放回到初始化函数中，也就是像用固件库编程那样。下面是串口的回调函数代码。

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    if(huart->Instance == USART_UX)                             /* 如果是串口1，进行串口1 MSP初始化 */
    {
        USART_UX_CLK_ENABLE();                                  /* USART1 时钟使能 */
        USART_TX_GPIO_CLK_ENABLE();                             /* 发送引脚时钟使能 */
        USART_RX_GPIO_CLK_ENABLE();                             /* 接收引脚时钟使能 */

        gpio_init_struct.Pin = USART_TX_GPIO_PIN;               /* TX引脚 */
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;                /* 复用推挽输出 */
        gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                    /* 上拉 */
        gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;          /* 高速 */
        gpio_init_struct.Alternate = USART_TX_GPIO_AF;          /* 复用为USART1 */
        HAL_GPIO_Init(USART_TX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   /* 初始化发送引脚 */

        gpio_init_struct.Pin = USART_RX_GPIO_PIN;               /* RX引脚 */
        gpio_init_struct.Alternate = USART_RX_GPIO_AF;          /* 复用为USART1 */
        HAL_GPIO_Init(USART_RX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   /* 初始化接收引脚 */

#if USART_EN_RX
        HAL_NVIC_EnableIRQ(USART_UX_IRQn);                      /* 使能USART1中断通道 */
        HAL_NVIC_SetPriority(USART_UX_IRQn, 3, 3);              /* 抢占优先级3，子优先级3 */
#endif
    }

3.时钟配置

在固件库中，根据外设对应的AHB、APB1、APB2时钟用对应的RCC函数打开时钟。如

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );

在HAL库中把每个外设和GPIO的时钟都单独分开为一个宏。如

ADC_ADCX_CHY_CLK_ENABLE();      /* 使能ADCx时钟 */
ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 开启GPIO时钟 */

4.HAL_Init()

main函数中需要加入HAL_Init()函数进行系统初始化。
HAL_Init()的功能是配置Flash，设置中断分组、系统时钟。默认的中断分组是4（如果后面不进行修改）

HAL_StatusTypeDef HAL_Init(void)
{
  /* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache */ 
#if (INSTRUCTION_CACHE_ENABLE != 0U)
  __HAL_FLASH_INSTRUCTION_CACHE_ENABLE();
#endif /* INSTRUCTION_CACHE_ENABLE */

#if (DATA_CACHE_ENABLE != 0U)
  __HAL_FLASH_DATA_CACHE_ENABLE();
#endif /* DATA_CACHE_ENABLE */

#if (PREFETCH_ENABLE != 0U)
  __HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE();
#endif /* PREFETCH_ENABLE */

  /* Set Interrupt Group Priority */
  HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);

  /* Use systick as time base source and configure 1ms tick (default clock after Reset is HSI) */
  HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY);

  /* Init the low level hardware */
  HAL_MspInit();

  /* Return function status */
  return HAL_OK;
}

不难发现，里面也有一个回调函数，这里也是一个空函数。

5.其他

以上四个是重要区别，其他基本都是命名区别，可以结合例程代码进行配置，在熟悉固件库的基础上花几个小时就可以快速入门HAL库。

另外我在配置时钟，发现我之前一直忽视了32的ADC时钟，以F1为例，官方给出的ADC最高采样率是1M，时钟频率最高为14MHz。
采样率 = 1 / （ 用户配置时钟周期 + 12.5（固定转换时钟周期）×（1/14MHz））
用户配置周期最小1.5，在这种情况下可以达到1M采样率。
但是当系统为72M时ADC并不能达到14MHz，如下图所示，ADC时钟最高只能达到12MHz
此时最高率为1 / （ 1.5 + 12.5（固定转换时钟周期）×（1/12MHz））≈ 857KHz
也就是说如果要ADC跑到1M（F1芯片），只能更换系统时钟频率（降频）。

结语

以上是本篇文章的所有内容。