单片机第三季-第六课：STM32标准库

1，为什么会有标准外设库

传统单片机软件开发方式：
(1)芯片厂商提供数据手册、示例代码、开发环境；
(2)单片机软件工程师面向产品功能，查阅数据手册，参考官方示例代码进行开发；
(3)硬件操作的方式是用C语言对寄存器进行读写以操作硬件；
(4)主要工作量分2块：一是调通各种外设，二是实现产品功能；
(5)在简单单片机（如51单片机）上这一套工作的很好，但是随着单片机变复杂就带来一些问题；

外设库有什么价值：
(1)外设库其实就是以前芯片公司提供的示例代码的标准化产物；
(2)外设库简化了我们开发产品的2大工作量的第一个；
(3)外设库以源码方式提供，这个源码本身写的很标准，可以用作学习素材； 

学习和使用外设库的难点：
(1)要有规范化编程的意识和能力；
(2)C语言功底要过关；
(3)要有一定的框架和层次认识；
(4)要会没有外设库时直接C语言操作寄存器的方式（看原理图、查数据手册、位操作等）；

外设库只是帮助我们简化编程，简化的主要是劳动量。
外设库一定程度上降低了编程难度，但是只会库、离了库就不会编程、库函数调用出了问题就束手无策这种还是没戏。（难度降低是对所有人的，你并不能从中得到好处） 

2，标准外设库的结构介绍 

如何获取最新版本标准外设库？从意法半导体官网下载。

意法半导体

STM32F10x系列最新版本为3.6.0版本，本文章中使用的是3.5.0版本。

使用SourceInsight软件建立工程查看标准库，SourceInsight软件方便对源码进行查看，具体参考参考嵌入式第二部分《2.3.6.SourceInsight的基本使用》。

  

标准库文件夹结构和主要文件的作用，主要是Libraries文件夹下的内容，包括CMSIS和STM32F10x_StdPeriph_Driver文件夹：

CMSIS（STM32内部ARM核心相关内容）
    CM3（Cortex-M3）
        CoreSupport
            内核相关的一些设置的寄存器集合及其封装
        DeviceSupport
            ST
                STM32F10x
                    startup（起始文件）
                    stm32f10x.h
                    system_stm32f10x.c
                    system_stm32f10x.h
STM32F10x_StdPeriph_Driver（外设驱动）
    inc（include，头文件，.h）
    src（source，源文件, .c） 

STM32标准外设库的学习方法：
(1)先搞清楚库对STM32这个硬件的封装和表达方式；
(2)再彻底理解库中使用的结构体式访问硬件寄存器的方式；
(3)初步建立起面向对象式编程的概念并且去体会；
(4)以模块为单位去研究这个模块的库函数，并且用库函数去编程，并且实验结果，并且分析代码，去体会去熟悉库函数使用的方法；
(5)最终达到什么程度？眼里有库心中无库。用人话说就是：思维能够穿透库函数直达内部对寄存器的操作。 

3，标准库对硬件信息的封装方式 

寄存器地址的封装：

以GPIO为例，查看标准库中如何对寄存器地址封装。

在路径Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x中的stm32f10x.h文件中，对GPIO的相关地址进行了定义。

定义了GPIO的基地址： 

#define APB1PERIPH_BASE       PERIPH_BASE
#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)

#define GPIOA_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
#define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
#define GPIOC_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
#define GPIOD_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
#define GPIOE_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
#define GPIOF_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
#define GPIOG_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)

定义了GPIO寄存器的结构体类型，将GPIO相关的寄存器放到一个结构体类型中：

typedef struct
{
  __IO uint32_t CRL;       //#define     __IO    volatile
  __IO uint32_t CRH;
  __IO uint32_t IDR;
  __IO uint32_t ODR;
  __IO uint32_t BSRR;
  __IO uint32_t BRR;
  __IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

把整个一个模块的所有寄存器（地址是连接的）打包在一个结构体中，每个寄存器对应结构体中的一个元素，然后结构体基地址对应寄存器组的基地址，将来就可以通过结构体的各个元素来访问各个寄存器了。 

定义了宏定义指针指向结构体：

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB               ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC               ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD               ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE               ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF               ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG               ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)

访问GPIO寄存器的方式：

GPIOA->CRL = 0X0000 0083;

4，分析标准库自带的工程模板 

打开标准库路径Project\STM32F10x_StdPeriph_Template\MDK-ARM中的工程模板，工程中主要有下图中几个文件夹，User文件夹中存放用户代码文件，StdPeriph_Driver和CMSIS文件夹中存放的是标准库中的文件，MDK-ARM中存放启动文件。

在Manage Project Items选项卡中为工程目录树添加文件夹和文件：

在MDK-ARM中有几个启动文件，如何判断选择哪个启动文件？

在stm32f10x.h文件中注释有对目标STM32设备属于哪种类型进行了定义： 

/*  Tip: To avoid modifying this file each time you need to switch between these
        devices, you can define the device in your toolchain compiler preprocessor.

 - Low-density devices are STM32F101xx, STM32F102xx and STM32F103xx microcontrollers
   where the Flash memory density ranges between 16 and 32 Kbytes.
 - Low-density value line devices are STM32F100xx microcontrollers where the Flash
   memory density ranges between 16 and 32 Kbytes.
 - Medium-density devices are STM32F101xx, STM32F102xx and STM32F103xx microcontrollers
   where the Flash memory density ranges between 64 and 128 Kbytes.
 - Medium-density value line devices are STM32F100xx microcontrollers where the 
   Flash memory density ranges between 64 and 128 Kbytes.   
 - High-density devices are STM32F101xx and STM32F103xx microcontrollers where
   the Flash memory density ranges between 256 and 512 Kbytes.
 - High-density value line devices are STM32F100xx microcontrollers where the 
   Flash memory density ranges between 256 and 512 Kbytes.   
 - XL-density devices are STM32F101xx and STM32F103xx microcontrollers where
   the Flash memory density ranges between 512 and 1024 Kbytes.
 - Connectivity line devices are STM32F105xx and STM32F107xx microcontrollers.
  */

在system_stm32f10x.c文件中有两个函数和一个全局变量，是与设置时钟相关的：

This file provides two functions and one global variable to be called from 
  *     user application:
  *      - SystemInit(): Setups the system clock (System clock source, PLL Multiplier
  *                      factors, AHB/APBx prescalers and Flash settings). 
  *                      This function is called at startup just after reset and 
  *                      before branch to main program. This call is made inside
  *                      the "startup_stm32f10x_xx.s" file.
  *
  *      - SystemCoreClock variable: Contains the core clock (HCLK), it can be used
  *                                  by the user application to setup the SysTick 
  *                                  timer or configure other parameters.
  *                                     
  *      - SystemCoreClockUpdate(): Updates the variable SystemCoreClock and must
  *                                 be called whenever the core clock is changed
  *                                 during program execution.

在Options for Target选项卡中定义全局宏定义，可以不用修改源代码中的宏定义：

 

stm32f10x_conf.h文件中定义了一个断言函数，stm32f10x_conf.h文件是这个工程模板提供的，不是标准库中的文件：

5，RCC模块的标准库 

以标准库中stm32f10x_rcc文件中的内容进行分析。

下边代码中对寄存器地址对应的位带地址进行定义：

/* Alias word address of HSION bit */
#define CR_OFFSET                 (RCC_OFFSET + 0x00)
#define HSION_BitNumber           0x00
#define CR_HSION_BB               (PERIPH_BB_BASE + (CR_OFFSET * 32) + (HSION_BitNumber * 4))

 对某一位操作值得宏定义，Reset代表将一位置0，其它位不变，Set代表将一位置1，其它位不变：

/* CR register bit mask */
#define CR_HSEBYP_Reset           ((uint32_t)0xFFFBFFFF)
#define CR_HSEBYP_Set             ((uint32_t)0x00040000)
#define CR_HSEON_Reset            ((uint32_t)0xFFFEFFFF)
#define CR_HSEON_Set              ((uint32_t)0x00010000)
#define CR_HSITRIM_Mask           ((uint32_t)0xFFFFFF07)

 HSE寄存器的设置函数，设置外部高速晶振，以下标准库代码中包括对该函数的介绍，，注意事项，函数输入参数介绍和类型，返回值：

/**
  * @brief  Configures the External High Speed oscillator (HSE).
  * @note   HSE can not be stopped if it is used directly or through the PLL as system clock.
  * @param  RCC_HSE: specifies the new state of the HSE.
  *   This parameter can be one of the following values:
  *     @arg RCC_HSE_OFF: HSE oscillator OFF
  *     @arg RCC_HSE_ON: HSE oscillator ON
  *     @arg RCC_HSE_Bypass: HSE oscillator bypassed with external clock
  * @retval None
  */
void RCC_HSEConfig(uint32_t RCC_HSE)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_RCC_HSE(RCC_HSE));
  /* Reset HSEON and HSEBYP bits before configuring the HSE ------------------*/
  /* Reset HSEON bit */
  RCC->CR &= CR_HSEON_Reset;
  /* Reset HSEBYP bit */
  RCC->CR &= CR_HSEBYP_Reset;
  /* Configure HSE (RCC_HSE_OFF is already covered by the code section above) */
  switch(RCC_HSE)
  {
    case RCC_HSE_ON:
      /* Set HSEON bit */
      RCC->CR |= CR_HSEON_Set;
      break;
      
    case RCC_HSE_Bypass:
      /* Set HSEBYP and HSEON bits */
      RCC->CR |= CR_HSEBYP_Set | CR_HSEON_Set;
      break;
      
    default:
      break;
  }
}

通过函数参数可以设置将HSE关闭、打开、或使用外部晶振电路。

HSE设置函数中以下代码的含义即为打开HSE Bypass，即使用外部晶振电路：

    case RCC_HSE_Bypass:
      /* Set HSEBYP and HSEON bits */
      RCC->CR |= CR_HSEBYP_Set | CR_HSEON_Set;

对应数据手册中的以下内容：

外部时钟源(HSE旁路) 在这个模式里，必须提供外部时钟。它的频率最高可达25MHz。用户可通过设置在时钟控制寄存器中的HSEBYP和HSEON位来选择这一模式。

  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_RCC_HSE(RCC_HSE));

断言函数，对输入的参数进行校验，是否符合要求，在文件stm32f10x_conf.h中通过宏定义可以打开或关闭断言函数：

/* Exported macro ------------------------------------------------------------*/
#ifdef  USE_FULL_ASSERT

/**
  * @brief  The assert_param macro is used for function's parameters check.
  * @param  expr: If expr is false, it calls assert_failed function which reports 
  *         the name of the source file and the source line number of the call 
  *         that failed. If expr is true, it returns no value.
  * @retval None
  */
  #define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 : assert_failed((uint8_t *)__FILE__, __LINE__))
/* Exported functions ------------------------------------------------------- */
  void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line);
#else
  #define assert_param(expr) ((void)0)
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

6，使用标准库控制LED

使用标准库编写控制LED闪烁的代码，并通过设置时钟实现LED的闪烁频率发生变化。

注意时钟函数中有个需要设置flash相关的环节参考示例代码。

在搭建此工程时，在编译工程时出现以下错误提示：

先尝试使用标准库点亮LED

点亮LED使用标准库函数，并封装为单独的led.c和led.h文件：

#ifndef _led_H
#define _led_H

#include "stm32f10x.h"

/*  LED时钟端口、引脚定义 */
#define LED_PORT 			GPIOA   
#define LED_PIN 			GPIO_Pin_0
#define LED_PORT_RCC		RCC_APB2Periph_GPIOA

	
void LED_Init(void);


#endif

#include "led.h"

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : LED_Init
* 函数功能		   : LED初始化函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void LED_Init()
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//定义结构体变量
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_PORT_RCC,ENABLE);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=LED_PIN;  //选择你要设置的IO口
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;	 //设置推挽输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;	  //设置传输速率
	GPIO_Init(LED_PORT,&GPIO_InitStructure); 	   /* 初始化GPIO */
	
	GPIO_ResetBits(LED_PORT,LED_PIN);   //将LED端口拉高，熄灭所有LED
}

 在main文件中包含#include "led.h"，main.c文件：

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"

void delay(void);

int main()
{
	LED_Init();
	while(1)
	{
		GPIO_SetBits(LED_PORT,LED_PIN);	
		delay();
		GPIO_ResetBits(LED_PORT,LED_PIN);
		delay();
	}
}

void delay(void)   
{
    unsigned char a,b,c;
     for(c=207;c>0;c--)
        for(b=58;b>0;b--)
            for(a=113;a>0;a--);
}

在开发板上运行代码，实验现象为LED闪烁。

7，使用标准库设置RCC

使用标准库设置RCC时钟频率，实现LED闪烁频率发生改变。

待完善，主要是使用RCC标准模块设置时钟频率。