1、CMSIS标准及库层次关系
基于Context系列芯片采用的内核都是相同的，区别主要为核外的片上外设的差异，而这些差异却导致软件在同内核、不同外设的芯片上移植困难。
为了解决不同的芯片厂商生产的Context微控制器软件的兼容性问题，ARM与芯片厂商建立了CMSIS标准（Context Micro Controller Software Interface Standard）。
所谓CMSIS标准，实际是新建了一个软件抽象层，见图1-1

  w$ l# K0 z3 I$ jCMSIS标准中最主要的是CMSIS核心层，它包括以下两部分。

1 L2 `8 v3 M' V& T·内核函数层：其中包含用于访问内核寄存器的名称、地址定义，主要由ARM公司提供。
- t+ n( j& j! Z6 }$ A* ?·设备外设访问层：提供了片上的核外外设的地址和中断定义，主要由芯片生产商提供。
  ?: |# |, B# ~
可见CMSIS层位于硬件层与操作系统或用户层之间，提供了与芯片生产商无关的硬件抽象层，可以为接口外设、实时操作系统提供简单的处理器软件接口，屏蔽了硬件差异，这对软件的移植是有极大好处的。STM32的库就是按照CMSIS标准建立的。

; \4 p7 A8 D& {" ]- a" P! ~2 库目录、文件简介
STM32标准库可以从官网获得，也可以直接从论坛中的配套资料得到。本书讲解的例程全部采用3.5.0库文件。以下内容请打开STM32标准库文件配合阅读。

解压库文件后进入其目录STM32F10x_Std Periph_Lib_V3.5.0\，软件库各文件夹的内容说明见图1-2。
5 K! V+ V5 X, w3 {

图1-2 ST标准库

·Libraries：文件夹下是驱动库的源代码及启动文件，这个文件夹非常重要，我们要使用的固件库就在这个文件夹里面。
: P) {% d8 B5 J2 T·Project：文件夹下是用驱动库写的例子和工程模板，其中那些为每个外设写好的例程对我们非常有用，在学习的时候可以参考这里面的例程，非常全面，简直就是穷尽了外设的所有功能。
, q7 ]6 t- h3 P/ `* W$ x& T·Utilities：包含了基于ST官方实验板的例程，不需要用到，略过即可。
7 ^: T( k) [% O3 I) L0 }! P·stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm：库帮助文档，这个很有用，不喜欢直接看源码的用户可以在这里查询每个外设的函数说明，非常详细。这是一个已经编译好的HTML文件，主要讲述如何使用驱动库来编写自己的应用程序。说得形象一点，这个HTML就是告诉我们：ST公司已经为你写好了每个外设的驱动了，想知道如何运用这些例子就来向我求救吧。但是，这个帮助文档是英文的，这对很多英文不好的朋友来说是一个很大的障碍。但这里要告诉大家，英文仅仅是一种工具，绝对不能让它成为我们学习的障碍。

在使用库开发时，我们需要把libraries目录下的库函数文件添加到工程中，并查阅库帮助文档来了解ST提供的库函数，这个文档说明了每一个库函数的使用方法。
2 T6 S: J! P9 U, }) K/ I* K
进入Libraries文件夹，可以看到关于内核与外设的库文件分别存放在CMSIS和STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹中。

+ o' s  z5 m5 |- _1．CMSIS文件夹
STM32F10x_Std Periph_Lib_V3.5.0\Libraries\CMSIS\文件夹展开内容见图1-3。
6 {/ Q! M, U  k7 f2 N2 V5 [
$ d7 v" e/ P& i2 g5 }) {& r

图1-3 CMSIS文件夹内容

6 `9 E: T. ^: b( p3 }0 `

, N, m$ P) M, W$ G2 |其中带阴影的文件是我们需要用到的内容，下面我们一一讲解这几个文件的作用。

（1）内核相关文件
' i" I0 }- h5 N/ v在Core Support文件夹中有core_cm3.c和core_cm3.h两个文件。core_cm3.h头文件里面实现了内核的寄存器映射，对应外设头文件stm32f10x.h，区别就是一个针对内核的外设，一个针对片上（内核之外）的外设。core_cm3.c文件实现了操作内核外部寄存器的函数，用得比较少。

我们还需要了解的是core_cm3.h头文件中包含了stdint.h这个头文件，这是一个ANSI C文件，是独立于处理器之外的，就像我们熟知的C语言头文件stdio.h文件一样。它位于RVMDK这个软件的安装目录下，主要作用是提供一些类型定义，见代码清单9-1。
+ D9 V8 \1 O# T3 |代码清单9-1 stdint.h文件中的类型定义
" R, z6 ^# j4 t- S( ]' B

1.     1 /＊ exact-width signed integer types ＊/
   % S( P/ u' E/ T: D
2.     2 lt@span b=1>typedef   signed
   , z% y& p" b' P2 `
3.     char int8_t;
   . |( D9 ~9 W: I0 Q( f' ~: h
4.     3 typedef   signed short     int int16_t;
   5 I5 l( t" S2 Q
5.     4 typedef   signed            int int32_t;
   - r4 E( ^4 a3 P: z
6.     5 typedef   signed        __int64 int64_t;
   
7.     6
   
8.     7 /＊ exact-width unsigned integer types ＊/
   
9.     8 typedef unsigned           char uint8_t;
   
10.     9 typedef unsigned short     int uint16_t;
    5 K, J6 Q5 L. k( X
11.    10 typedef unsigned            int uint32_t;
      u* k! v: J9 s
12.    11 typedef unsigned        __int64 uint64_t;

复制代码

这些新类型定义屏蔽了在不同芯片平台时，出现的诸如int的大小是16位，还是32位的差异。所以在我们以后的程序中，都将使用新类型，如uint8_t 、uint16_t等。
' K) ?1 @9 P0 ^& I
* t$ X- o) V% Y# z2 a& Z- L在稍旧版的程序中还经常会出现如u8、u16、u32这样的类型，分别表示无符号的8位、16位、32位整型。初学者碰到这样的旧类型会感觉一头雾水，它们定义的位置在STM32f10x.h文件中。建议在以后的新程序中尽量使用uint8_t 、uint16_t类型的定义。
  c1 U7 p9 G% y" S' a; @& x  F
/ w- U: {  v' Z1 O3 C（2）启动文件
% N( T3 V3 |6 }3 m. _8 t5 Z启动文件放在startup/arm这个文件夹下面，这里面启动文件有很多个，不同型号的单片机用的启动文件不一样，有关每个启动文件的详细说明见表1-1。
表1-1 各启动文件匹配的芯片类型

, |3 b$ a! e) b; H$ Q

' X2 |9 }" l' J
我们开发板中用的STM32F103VET6或者STM32F103ZET6中的Flash都是512k，属于基本型的大容量产品，启动文件统一选择startup_stm32f10x_hd.s。

- _0 p/ r) g% n, U& G/ P（3）Stm32f10x.h
这个头文件实现了片上外设的所以寄存器的映射，是一个非常重要的头文件，在内核中与之相对应的头文件是core_cm3.h。
5 ^  ^& @$ o. _; z
（4）system_stm32f10x.c
system_stm32f10x.c文件实现了STM32的时钟配置，操作的是片上的RCC这个外设。系统在上电之后，首先会执行由汇编编写的启动文件，启动文件中的复位函数中调用的System Init函数就在这个文件里面定义。调用完之后，系统的时钟就被初始化成72M。如果后面我们需要重新配置系统时钟，我们就可以参考这个函数重写。为了维持库的完整性，我们不会直接在这个文件里面修改时钟配置函数。
+ M9 d' j# a4 a' \% ~$ Z) w
4 {8 \: v/ U9 y: q) J7 K3．STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹
libraries目录下的STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹见图1-4。
- J6 I0 \5 K& ]图1-4 外设驱动
# u% r, O2 {7 ]' V: V' e1 {1 ?" _
: _! [% W9 A# F6 C# Z& V

" A$ U0 O( c0 a4 n% f- R; gSTM32F10x_Std Periph_Driver文件夹下有inc（include的缩写）与src（source的缩写）这两个文件夹，这里的文件属于CMSIS之外的、芯片片上的外设部分。src里面是每个设备外设的驱动源程序，inc则是相对应的外设头文件。src及inc文件夹是ST标准库的主要内容，不少人甚至认为ST标准库就是指这些文件，可见其重要性。
" F) W' @7 e7 A5 x3 [# q* j+ i
在src和inc文件夹里的就是ST公司针对每个STM32外设而编写的库函数文件，每个外设对应一个.c和.h后缀的文件。我们把这类外设文件统称为stm32f10x_ppp.c或stm32f10x_ppp.h文件，ppp表示外设名称。如在上一章中我们自建的stm32f10x_gpio.c及stm32f10x_gpio.h文件，就属于这一类。
5 M1 {& {: P$ ?* E
0 {! R# s- n- l$ }8 `2 U1 |如针对模数转换（ADC）外设，在src文件夹下有一个stm32f10x_adc.c源文件，在inc文件夹下有一个stm32f10x_adc.h头文件，若我们开发的工程中用到了STM32内部的ADC，则至少要把这两个文件包含到工程里，见图1-5。
1 g( k: ~9 g! K+ W  W( h
% F. D/ h4 f2 q# e7 @( ^. J3 u3 A! C" T

; E' I& ?% [! t图1-5 驱动的源文件及头文件

' S1 Y7 `6 Z" m7 y9 @7 q, K& b这两个文件夹中，还有一个很特别的misc.c文件，这个文件提供了外设对内核中的NVIC（中断向量控制器）的访问函数，在配置中断时，必须把这个文件添加到工程中。
' i! u/ {/ _! e2 g" A" a
3．stm32f10x_it.c、stm32f10x_conf.h和system_stm32f10x.c文件
在文件目录STM32F10x_Std Periph_Lib_V3.5.0\Project\STM32F10x_Std Periph_Template下，存放了官方的一个库工程模板，在用库建立一个完整的工程时，还需要添加这个目录下的stm32f10x_it.c、stm32f10x_conf.h和system_stm32f10x.c这4个文件。

$ k, v; Z0 B- ^（1）stm32f10x_it.c
: B5 c  O% ?7 Q3 F3 W5 ~这个文件是专门用来编写中断服务函数的，在我们修改前，这个文件已经定义了一些系统异常（特殊中断）的接口，其他普通中断服务函数由我们自己添加。但是我们怎么知道这些中断服务函数的接口如何写呢？是不是可以自定义呢？答案当然不是，这些都可以在汇编启动文件中找到，在学**断和启动文件的时候会详细介绍。
/ G1 w, z4 Z& ]) O( w- G% T
（2）system_stm32f10x.c
这个文件包含了STM32芯片上电后初始化系统时钟、扩展外部存储器用的函数，例如我们前两章提到供启动文件调用的System Init函数，用于上电后初始化时钟，该函数的定义就存储在system_stm32f10x.c文件中。STM32F103系列的芯片，调用库的这个System Init函数后，系统时钟被初始化为72MHz，如需要可以修改这个文件的内容，设置成自己所需的时钟频率。但鉴于保持库的完整性，我们在做系统时钟配置的时候会另外重写时钟配置函数。
3 b1 M$ N* `  i7 R8 _9 v4 M# K7 W7 y
（3）stm32f10x_conf.h
9 D% S/ x, o- P5 o+ x6 n% |这个文件被包含进stm32f10x.h文件。当使用固件库编程的时候，如果需要某个外设的驱动库，就需要包含该外设的头文件：stm32f10x_ppp.h。包含一个还好，如果用了多个外设，就需要包含多个头文件，这不仅影响代码美观，而且也不好管理。现我们用一个头文件stm32f10x_conf.h把这些外设的头文件都包含在里面，让这个配置头文件统一管理这些外设的头文件，我们在应用程序中只需要包含这个配置头文件即可。我们又知道这个头文件在stm32f10x.h的最后被包含，所以最终我们只需要包含stm32f10x.h这个头文件即可，非常方便。Stm32f10x_conf.h见代码清单9-2。默认情况下是所有头文件都被包含，没有被注释掉。也可以把不要的都注释掉，只留下需要使用的即可。
9 s: D) T$ i: @8 g. [' h* @! ^
6 r1 U3 g( K  U/ q1 e- p1 _% _+ o代码清单1-2 stm32f10x_conf.h文件配置软件库

1.    1 #include“stm32f10x_adc.h”
   
2.    2 #include“stm32f10x_bkp.h”
   7 |2 r( L) X0 J* G# v, p7 |' U, V/ M
3.    3 #include“stm32f10x_can.h”
   
4.    4 #include“stm32f10x_cec.h”
   4 [+ c3 S9 g9 n' J( Y6 O
5.    5 #include“stm32f10x_crc.h”
   
6.    6 #include“stm32f10x_dac.h”
   
7.    7 #include“stm32f10x_dbgmcu.h”
     Z% N4 }- D( I% I6 l, z
8.    8 #include“stm32f10x_dma.h”
   
9.    9 #include“stm32f10x_exti.h”
   
10.   10 #include“stm32f10x_flash.h”
    
11.   11 #include“stm32f10x_fsmc.h”
    
12.   12 #include“stm32f10x_gpio.h”
    - I3 r5 O* q+ n4 N3 D% V
13.   13 #include“stm32f10x_i2c.h”
    
14.   14 #include“stm32f10x_iwdg.h”
    7 q/ q9 @$ ~2 j/ M. y, M& N
15.   15 #include“stm32f10x_pwr.h”
    
16.   16 #include“stm32f10x_rcc.h”
    
17.   17 #include“stm32f10x_rtc.h”
    4 z8 t4 ^9 M# i, j9 w* @2 I
18.   18 #include“stm32f10x_sdio.h”
    ( B! T" I' z$ b4 D7 M: ~" w2 J
19.   19 #include“stm32f10x_spi.h”
    
20.   20 #include“stm32f10x_tim.h”
    % {4 j# M  U! H  Y; ?+ c
21.   21 #include“stm32f10x_usart.h”
    3 n8 a( O: S* P( g( p9 t- Y
22.   22 #include“stm32f10x_wwdg.h”
    : k2 C' h4 k8 b/ x  i& S3 K
23.   23 #include“misc.h”

复制代码

* S9 y, ~/ T( F: N  a; K, o9 xstm32f10x_conf.h这个文件还可配置是否使用“断言”编译选项，见代码清单1-3。

0 c+ D8 ^' \3 S8 s代码清单1-3 断言配置
' N9 ]" ~( U5 ?- ?1 H' o6 R2 @

1.    1 #ifdef  USE_FULL_ASSERT
   # b! Y) e0 a. ^8 g" X4 [6 Z2 u1 N
2.    2 /＊＊
   
3.    3     ＊ @brief  The assert_param macro is used for  parameters check.
   
4.    4     ＊ @param  expr： If expr is false, it calls assert_failed function
   7 y7 O2 [- {2 z+ B; S6 p/ C6 |
5.    5     ＊   which reports the name of the source file and the source
   + Q% p0 p; s7 V) H4 n
6.    6     ＊   line number of the call that failed.
   
7.    7     ＊   If expr is true, it returns no value.
   ' ]' |7 U) u  U1 y( G
8.    8     ＊ @retval None
   
9.    9     ＊/
   , V% L1 D" m) v) R  |1 F
10.   10 #define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 ： assert_failed((uint8_t
    
11.   11 ＊)__FILE__, __LINE__))
    8 E. O6 d) t$ o7 Q" }/ v
12.   12 /＊ Exported functions ---------------------------------- ＊/
    6 a: ~: D4 o8 V
13.   13 void assert_failed(uint8_t＊ file, uint32_t line);
    
14.   14 #else
    
15.   15 #define assert_param(expr) ((void)0)
    
16.   16 #endif /＊ USE_FULL_ASSERT ＊/

复制代码

6 C$ Z1 {' _+ E+ U0 [+ }) a在ST标准库的函数中，一般会包含输入参数检查，即上述代码中的assert_param宏，当参数不符合要求时，会调用assert_failed函数，这个函数默认是空的。
4 ]  m3 Q8 X) m9 S, Q6 Y7 q
实际开发中使用断言时，先通过定义USE_FULL_ASSERT宏来使能断言，然后定义assert_failed函数，通常会让它调用printf函数输出错误说明。使能断言后，程序运行时会检查函数的输入参数，当软件经过测试可发布时，会取消USE_FULL_ASSERT宏来去掉断言功能，使程序全速运行。
1 h$ g+ T  W5 e
4 库各文件间的关系
前面简单介绍了各个库文件的作用，库文件直接包含进工程即可，丝毫不用修改，而有的文件就要我们在使用的时候根据具体的需要进行配置。接下来从整体上把握一下各个文件在库工程中的层次或关系，这些文件对应到CMSIS标准架构上，见图1-6。
* u; n  a+ w5 C

图1-6 库各文件关系

1 i2 |: h3 ~. {0 d0 \
" s& u; x# D7 ^. o. j图1-6描述了STM32库各文件之间的调用关系，在实际使用库开发工程的过程中，我们把位于CMSIS层的文件包含进工程，除了特殊系统时钟需要修改system_stm32f10x.c，其他文件丝毫不用修改，也不建议修改。
& S% ?) g( z4 Z' Z: n6 y: b! b
5 {! f% x$ A) f0 X4 O对于位于用户层的几个文件，就是我们在使用库的时候，针对不同的应用对库文件进行增删（用条件编译的方法增删）和改动的文件。

4 e) Y$ ?& [& x5 使用帮助文档
俗话说，授之以鱼不如授之以渔。官方资料是所有关于STM32知识的源头，所以本节介绍如何使用官方资料。官方的帮助手册是最好的教程，几乎包含了所有在开发过程中会遇到的问题。这些资料可以到秉火论坛下载。

8 A) U6 w3 n) h. X4.1 常用官方资料
- {6 u, G! P7 v% O( L" l1．《STM32F10X-中文参考手册》
+ |6 T6 s6 t8 `- k这个手册全方位介绍了STM32芯片的各种片上外设，它把STM32的时钟、存储器架构，以及各种外设、寄存器都描述得清清楚楚。当我们对STM32的外设感到困惑时，可查阅这个手册。以直接配置寄存器方式开发的话，查阅这个文档寄存器部分的频率会相当高，但这样开发效率太低了。
: |! E9 g( R2 K, z
. L9 Z; U7 Z6 }2．《STM32规格书》
本文档相当于STM32的数据手册，包含了STM32芯片所有的引脚功能说明，以及存储器架构、芯片外设架构说明。后面我们使用STM32其他外设时，常常需要查找这个文档，了解外设对应到STM32的哪个GPIO引脚。
$ o, i4 T. G( {1 ~- m9 R
3．《Cortex-M3内核编程手册》
本手册由ST公司提供，主要讲解STM32内核寄存器相关的说明，例如系统定时器、NVIC等核外设的寄存器。这部分的内容是对《STM32F10X-中文参考手册》没涉及的内核部分的补充。相对来说，本文档虽然介绍了内核寄存器，但不如以下两个文档详细，要了解内核时，可作为以下两个手册的配合资料使用。
7 D' P, `3 y5 f0 a% H, P7 _: e: B0 f
. ]; s: o! ^6 H  S2 J, p0 r* t4．《Cortex-M3权威指南》
  L8 ?% h, x, e# e  ]8 E  d这个手册是由ARM公司提供的，它详细讲解了Cortex内核的架构和特性，要深入了解Cortex-M内核，这是首选，是经典中的经典。这个手册已被翻译成中文，出版发行，我们配套的资料里面提供中文版的电子版。
( W, l3 J9 \* V- l1 }
! J1 r; O* C6 T& P/ B  a$ y5．《stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm》
  a! G! E$ ~* I/ T  d9 e, |8 F/ S这个就是本章提到的库的帮助文档，在使用库函数时，我们最好通过查阅此文件来了解标准库提供了哪些外设、函数原型或库函数的调用的方法，也可以直接阅读源码里面的函数说明。
: H( @" b1 l+ B3 ~( s. C/ {! Z
2 L  |# a/ y  a) Z9.2.2 初识库函数
所谓库函数，就是STM32的库文件中为我们编写好驱动外设的函数接口，只要调用这些库函数，就可以对STM32进行配置，达到控制的目的。我们可以不知道库函数是如何实现的，但调用函数时必须知道函数的功能、可传入的参数及其意义和函数的返回值。
有读者可能会问：那么多函数我怎么记呀？回答是：会查就行了，哪个人记得了那么多。所以学会查阅库帮助文档是很有必要的。
/ y$ D3 c  D0 m' X6 F# r打开库帮助文档《stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm》，见图1-7。
0 M" t: P" T" a2 l5 U
( z* O6 w1 o* l

# a9 q" }$ a" j( h/ B3 x: t

图1-7 库帮

/ f7 K1 w. c# y& Q- m  ~

助文档

层层打开文档的目录标签Modules\STM32F10x_Std Periph_Driver\，可看到STM32F10x_Std Periph_Driver标签下有很多外设驱动文件的名字：MISC、ADC、BKP、CAN等。
4 p0 l" P2 l9 ?
( \5 {, H$ k! C: v我们试着查看GPIO的“位设置函数GPIO_Set Bits”，打开标签Modules\STM32F10x_Std Periph_Driver\GPIO\Functions\GPIO_Set Bits，见图1-8。

+ D. |. V1 _* I# J# C/ @: R6 p& ?

图1-8 库帮助文档的函数说明

& |/ O4 H0 h) x  c: I利用这个文档，我们即使不去看它的具体源代码，也知道怎么利用它了。

如GPIO_Set Bits，函数的原型为void GPIO_Set Bits(GPIO_Type Def * GPIOx , uint16_t GPIO_Pin)。它的功能是：输入一个类型为GPIO_Type Def的指针GPIOx参数，选定要控制的GPIO端口；输入GPIO_Pin_x宏，其中x指端口的引脚号，指定要控制的引脚。
) ]$ G/ E% `2 O: ^! M: \5 I$ f7 p其中输入的参数GPIOx为ST标准库中定义的自定义数据类型，这两个传入参数均为结构体指针。初学时，我们并不知道像GPIO_Type Def这样的类型是什么意思，单击函数原型中带下划线的GPIO_Type Def就可以查看这个类型的声明了。

, ]# N4 H/ N" @- I就这样初步了解一下库函数，就可以发现STM32的库写得很优美。每个函数和数据类型都符合见名知义的原则，当然，这样的名称写起来特别长，而且对于中国人来说要输入这么长的英文，很容易出错，所以在开发软件的时候，在用到库函数的地方，直接把库帮助文档中的函数名称复制并粘贴到工程文件中就可以了。而且，配合MDK软件的代码自动补全功能，可以减少输入量。
# M: k% u4 z  p
' D4 Y$ t% h+ h有的用户觉得使用库文档麻烦，也可以直接查阅STM32标准库的源码，库帮助文档的说明都是根据源码生成的，所以直接看源码也可以了解函数功能。
9 @6 q  y8 `, a5 x. w