STM32的HAL库及其使用

随着时代的逐步发展，联网、USB、文件系统、加密算法、RTOS、GUI等第三方组件变得越来越重要，简陋的标准库已经很难满足当代单片机开发需求了。

事实上，单片机开发在走PC、手机等以CPU为核心的产品的老路：底层和细节越来越成熟，ARM提供CPU的库、单片机厂商提供外设库，单片机软件工程师直接基于这些库来构建自己的应用。现在更倾向于提供一整套开发生态而不只是一个SDK包，于是HAL库应运而生，提供HAL抽象层驱动来加速产品移植和选型，增加客户粘度。

STM32软件开发的各种模式
第1代：寄存器开发
第2代：标准库开发
第3代：HAL/LL库 + STM32CubeMX工具开发

• HAL（hardware abstract layer）、LL（lowerlevel layer）
• HAL库的优势是便于在不同型号的STM32芯片之间移植，劣势是代码效率低。标准外设库可以很简单直接跟踪到底层寄存器，而HAL库里面的代码想要跟踪并理解底层很难。
• LL库几乎等同于直接操作寄存器
• CubeMX工具是ST的一站式开发包，层级高于SDK包，包含了STM32芯片开发的所有官方资源，提供了友好的使用方法；CubeMX是一个windows上的IDE软件；CubeMX是一个工具包加芯片容器，各系列芯片资料以插件补丁形式安装；
• HAL/LL库和CubeMX本质上是独立的东西，只是使用上纠缠在一起了而已。
• CubeMX和Keil MDK是不同作用的东西，要搞清楚。

那到底什么是HAL库呢？

STM32 HAL固件库是Hardware Abstraction Layer的缩写，中文名称是：硬件抽象层。HAL库是ST公司为STM32的MCU最新推出的抽象层嵌入式软件，为更方便的实现跨STM32产品的最大可移植性。HAL库的推出，可以说ST也慢慢的抛弃了原来的标准固件库，这也使得很多老用户不满。但是HAL库推出的同时，也加入了很多第三方的中间件，有RTOS，USB，TCP / IP和图形等等。

和标准库对比起来，STM32的HAL库更加的抽象，ST最终的目的是要实现在STM32系列MCU之间无缝移植，甚至在其他MCU也能实现快速移植。

并且从16年开始，ST公司就逐渐停止了对标准固件库的更新，转而倾向于HAL固件库和 Low-layer底层库的更新，停止标准库更新，也就表示了以后使用STM32CubeMX配置HAL/LL库是主流配置环境。

HAL库目录结构

STM32Cube_FW_F1_V1.8.4

HAL库的目录内容如下所示：

在第二个Documentation中有个文档，里面有目录结构说明：

相对标准库，重点多了个BSP，这里面放的是板级支持包，针对的是ST官方出的几款特定开发板。

另外，中间件也需要重点关注下。

其他和标准库的很类似，此处不赘述。

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HAL项目解读

HAL工程创建后的文件目录如下：

其中.ioc就是mx项目文件。可双击后打开进行修改。用记事本打开，可以看到其内容，比如以下是该文件开头部分的几行：

注意：不同的MX版本、不同的固件版本、不同的芯片，其项目目录都可能有所差别。

所以，需要掌握本质的东西，才能举一反三。

重点关注各文件，以及文件的作用。

Core目录

这一块不要死记硬背，关键是要学会阅读源码。

Core目录应该是和内核相关的程序代码。

 

main文件

在main文件中，主要实现了如下功能：

在MX中配置的引脚的宏定义；

系统时钟配置；

引脚初始化；

stm32f1xx_hal_conf.h

这里面主要是一些配置信息。

模块使能的宏定义

定义各时钟源默认的时钟值

关于回调函数等的一些配置

 网络相关的配置

SPI_CRC配置

指定模块的头文件包含

断言定义

stm32f1xx_it

定义了系统异常处理函数

需要处理中断直接在里面指示的位置写，调用和管理等都会交由 HAL 库完成。

头文件

c文件中基本都是空的，需要自己去定义如何处理这些异常

stm32f1xx_hal_msp.c

MSP即MCU Specific Package，也就是和具体的单片机相关的一些配置。例如在普通的 Init 函数中设置的是与具体 MCU 无关的参数，MspInit 中就会有些关于具体引脚的配置。举例来说，用 CubeMX 自动生成 USART 和 DMA 的配置，那么 MX_USART1_UART_Init 函数里面就会配置 USART 的一些约定参数例如波特率等，而在 HAL_UART_MspInit 函数中就会配置例如 USART 占用具体哪个脚，配置 DMA 占用哪个通道和其他参数等。

system_stm32f1xx.c

文件里面已经讲到了，重点如下：

SystemInit()初始化系统时钟；

SystemInit()在启动文件中被调用，且在复位之后，跳转到main之前被执行；

另外就是一个内核时钟HCLK变量以及和时钟更新函数。

MDK-ARM目录

这个目录里主要是生成的Keil工程。

除了.uvprojx之外，还有一个比较重要的文件，那就是startup_stm32f103xe.s

这就是程序的启动文件，主要是进行底层的初始化。

比如：

内存空间的相关设置

中断向量表定义

异常的系统化处理

比如在复位异常中，就能看到先执行的SystemInit函数，然后再执行main函数。

再就是堆栈的初始化

Drivers目录

STM32F1xx_HAL_Driver

这里面就是各个外设的驱动程序。

里面包含了HAL和LL的库文件，我们重点关注HAL库文件。

另外，对于有的外设，除了有常规的文件，还有一个ex扩展文件。

常规文件中是一些常用的功能，ex中是一些相对复杂不太常用的功能。 

另外，在该目录中，还有一个不是特定外设的文件

stm32f1xx_hal

这个文件里放的是跟系统相关的一些内容

比如Tick时钟频率

 各外设Debug模式的宏定义；

初始化/去初始化

Tick相关函数/省电模式相关函数/获取版本/获取ID号等函数

CMSIS目录

这里面内容比较多。

几个比较重要的文件提一下。

Device\ST\STM32F1xx\Include

stm32f1xx.h

这里面主要是选择设备、版本号、一些标志位状态位、头文件包含、带参宏等等。

具体查看源码。

stm32f103xe.h

另外，CMSIS\Device\ST\STM32F1xx\Source\Templates\arm

这里面有arm单片机的一些启动文件。

 

 其他目录暂时不管，有需要再去看看。

打开MDK-ARM下的工程文件：

工程目录如下：

不赘述。

注意：

自动生成的project目录结构和名称等都是既定的，最好不要改；
由CubeMX工程到MDK工程是单向的，不能逆向同步；
STM32CubeMX工具只是生成工程和外设初始化代码，大量开发工作还是靠自己的；
HAL库是一套体系，有自己的架构，必须理解透彻，否则会有无处下手的感觉；
因为HAL库很庞大，整个编译一次很久，所以建议要点build而不是rebuild；

源码简读

自行阅读源码。

做好必要的记录。