【嵌入式开发工具】STM32+Keil实现软件工程搭建与开发调试

本篇文章介绍了使用Keil来对STM32F103C8芯片进行初始工程搭建，以及开发与工程调试的完整过程，帮助读者能够在实战中体会到Keil这个开发环境的使用方法，了解一个嵌入式工程从无到有的过程，并且具备快速搭建一个全新芯片对应最小软件工程的基本能力思路。文章首先介绍了基础工程搭建的过程，包括代码的组织以及Keil嵌软工程配置，然后讲述了一个简单功能的开发，最后介绍了Keil环境下提供的代码调试工具以及一些常用工具配置项。

目录

Keil概念

工程搭建

代码组织

Keil配置

开发与调试

下载调试准备

串口打印开发 

代码调试

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Keil概念

Keil（全称Keil µVision IDE）是一款集成开发环境（IDE），主要用于嵌入式系统的开发。Arm Keil MDK(Microcontroller Development Kit)是面向基于Arm的微控制器的最全面的软件开发解决方案，包括创建、构建和调试嵌入式应用所需的所有组件。主要可以分为MDK（IDE以及芯片对应编译器等）、Softwarepacks（可以随时添加软件包，这使得新的设备支持和中间件更新独立于工具链）、Debug Probes（MDK 支持许多不同的调试和跟踪适配器）。

下面介绍一下后面工程搭建以及开发调试涉及的相关概念。

• STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.6.0：芯片底层库文件，我们这里使用的是STM芯片F10系列，响应的库文件可以从ST官网找到，点击这里可直接跳转并下载。Libraries中主要包含CMSIS和STM32F10x_StdPeriph_Driver。Project中主要包含STM32F10x_StdPeriph_Template和STM32F10x_StdPeriph_Examples。，前者是，后者为不同芯片内部外设使用示例。
  • CMSIS:全称为Cortex Microcontroller Software Interface Standard,其中startup文件夹包含了对应芯片类型的启动代码core_cm3.c，包括复位处理程序和异常向量；CoreSupport文件夹中包含了STM32F10系列芯片使用的Cortex-M3内核外设接入层startup_stm32f10x_md.s(md表示芯片容量)。
  • STM32F10x_StdPeriph_Driver：STM32F10系列标准的外设驱动库，提供诸如ADC,CAN,GPIO等芯片内外设驱动。
  • STM32F10x_StdPeriph_Template：工程必备的不同IDE文件以及相关代码源文件模板，其中stm32f10x_conf.h包含了外设库头文件以及参数检查宏定义，stm32f10x_it.c包含了所有的中断服务函数定义，system_stm32f10x.c包含了芯片时钟配置。
  • STM32F10x_StdPeriph_Examples：芯片内部外设不同的使用示例，可以根据实际项目使用参考终端服务函数以及main.c中的相关外设配置，例如您如果用到了3ADCs并使用DMA，则可以参考STM32F10x_StdPeriph_Examples\ADC\3ADCs_DMA下的代码进行配置。
• JLink仿真器：德国SEGGER公司推出基于JTAG的仿真器。简单地说，是给一个JTAG协议转换盒，即一个小型USB到JTAG的转换盒，其连接到计算机用的是USB接口，而到目标板内部用的还是jtag协议。它完成了一个从软件到硬件转换的工作。我们使用它连接电脑与板卡实现程序烧录和在线调试。

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工程搭建

代码组织

建立工程文件夹，在工程文件夹下建立以下目录结构，组织工程代码（可根据公司规定对工程目录结构进行统一修改）。

目录名称	存放文件	文件来源
Startup	startup_stm32f10x_md.s	STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.6.0\Libraries\CMSIS\CM3\ DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\arm
CMSIS	core_cm3.c、core_cm3.h	STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.6.0\Libraries\CMSIS\CM3 \CoreSupport
Libraries	芯片外设标准库文件	STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.6.0\Libraries\STM32F10x _StdPeriph_Driver
App	1.用户编写的业务代码，可根据业务创建子目录。 2.main.c、stm32f10x_conf.h、stm32f10x_it.c、system_stm32f10x.c	1.用户编写/移植。 2.STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.6.0\Project\STM32F10x_ StdPeriph_Template
Bulid	用来存放编译生成文件	Keil编译生成。

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Keil配置

首先打开Keil5，新建工程，芯片型号选择STM32F103C8。随后弹出在线添加库文件，关闭即可。如下图所示。

然后点击三色块用来添加工程目录，并添加相关目录，增加待编译源文件。如下图所示。

 最后，单击魔术棒进行配置，这部分的配置比较多，下面分步逐一进行介绍。

1. 配置目标属性，晶振等信息，因为我现在用的单片机晶振为8M的，所以改为8M；下面调试需要用到printf函数，需要勾选MicroLIB库。

   

2. 输出文件夹改到Bulid文件夹，勾选生成hex文件。

   

3. 修改编译信息，包括添加编译宏定义和头文件路径等。

   

4. 配置Flash类型。

   

最后，如果配置正确，相关的文件也都正确添加至工程内，编译之后就会在Build Output看到生成了可以下载执行的hex文件，如果没有需要我们根据错误信息来逐步解决。​

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开发与调试

下载调试准备

首先我们需要安装JLINK驱动（segger上或者百度），如果驱动安装成功，将设备usb接口插到电脑上后，绿灯转为常亮，电脑的设备管理在通用串行控制器中能够识别到仿真器。然后我们需要按照JTAG接口引脚定义正确将仿真器与板卡相连。

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最后，我们需要在Keil中根据我们仿真器类型正确配置Debug信息如下，并选择相关仿真器窗口。

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这是如果仿真器能够正常连接到板卡，绿灯会闪烁，点击Settings摁扭能看到识别到的芯片核心，如果不正常则会为空白。

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串口打印开发 

我们开发一个串口打印的功能，因为只是一个demo，所以我们将串口初始化的部分也放到main.c里，下面是main.c的代码。

#include "stm32f10x.h" 
#include "usart.h"


void uart_init(u32 bound){
  //GPIO端口设置
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	 
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟
  
	//USART1_TX   GPIOA.9
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
   
  //USART1_RX	  GPIOA.10初始化
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10  

  //Usart1 NVIC 配置
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0 ;//抢占优先级0
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;		//子优先级1
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器
  
   //USART 初始化设置

  USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式

  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1 

}



void USART1_IRQHandler(void)  
{
	u8 Data;

	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET)
	{
		Data = USART1->DR;
	}
	
}


///重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
		/* 发送一个字节数据到串口 */
		USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
		
		/* 等待发送完毕 */
		while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);		
	
		return (ch);
	

}

int main(void)
{	
	uart_init(9600);
	while(1)
	{
		printf("STM32\n");
	}
}

然后点击编译，生成可执行文件之后点击下载到板卡。

最后正确连接板卡上的串口线到串口小板（TTL转USB）,打开串口调试助手，就能看到板卡打印出来的串口信息。

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代码调试 

点击红色那个上面有个红色字母d的小放大镜摁扭，就会下载程序并进入仿真模式，这个时候程序停在起始位置。

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 按照上图的标号，我们介绍一下相关区域的作用。

1. 重启执行摁扭：从左到右第一个为系统复位，程序回到起始位置并停止执行。第二个为全速执行摁扭，一般跟预先设置的断点配合使用。
2. 单步调试摁扭：从左到右依次是进入执行（会进入调用函数），逐行执行（不进入调用函数），跳出执行（执行到跳出此函数），执行到光标处（执行到蓝色光标处）。代码走查常用。
3. 寄存器窗口：这个串口可以看到ARM核心的一些特殊寄存器，不知道用法的可以移步到《【硬件】嵌入式电子设计基础之单片机》文章去了解一下。这个页签中还有很多别的功能可供发掘，诸如可以通过system中的系统变量sec来查看程序运行所用时间，将两个地方的所用时间相减，即可得到所间隔的时长。
4. 汇编代码窗口：当前运行程序对应的汇编代码行，可以在更细的层面调试程序。
5. C代码窗口：黄色光标指向当前运行到行，在左侧深灰处双击即可添加断点，可以看到红色小圆点​。
6. 命令窗口：Keil提供命令窗口可以在调试过程中执行命令，诸如SAVE E:\Debug\DATA.txt 0x20004A18,0x20004A3A这段命令即可将0x20004A18~0x20004A3A这段内存区存储到文件中。
7. 调用栈:调用栈信息显示了当前代码处的完整调用关系，有的时候当在中断服务函数中时，无法看到进入中断之前的调用栈信息，需要结合其他寄存器信息直接从栈空间中查找相关调用信息。

还有一些比较常用的调试窗口。memory窗口可以看指定区域的存储器数值，正如上面提到的存储指令，我们也可以通过memory窗口看到对应的内容。

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还有就是Watch窗口，可以添加一些变量，在调试过程中观察变量的变化。

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最后一个常用的就是系统外设窗口，在调试过程中可以看到具体对应外设的寄存器值。

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Keil环境补充说明

keil默认无法显示中文，输入中文时，出现的是问号。可以将Edit-->Configuration中的编码改成GB2312解决这个问题,同时在这个页签中可以将Tab设置为4个空格。在Configuration还有更多诸如字体等环境配置，读者可以根据自己的喜好来进行调整。

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