STM32 Embedded Software

  工作以来一直使用 ST 的 STM32 系列芯片，ST 为开发者提供了非常方便的开发库。到目前为止，有标准外设库(SPL 库)、HAL 库、LL 库 三种。前两者都是常用的库，后面的 LL 库是 ST 最近才添加，随 HAL 源码包一起提供，目前支持的芯片也偏少。各库如下所示：

' N6 E9 j6 `( J: p) c% R9 r
: l! j  w4 p6 L! H, M  ]  其中，SPL 库 和 HAL 库两者相互独立，互不兼容。几种库的比较如下：

  目前几种库对不同芯片的支持情况如下：
2 z/ l: y, Y5 I# Z8 h

. J. F6 F6 p/ Q1 B# {6 t5 V  ST 中文官网上有一篇《关于ST库函数的代码性能对比》的文章，其中对比了各种库的性能如下：
' |3 \9 d, G4 q* j7 i

% _& Q( Q- c6 l  z- j. w3 T

/ \3 Y6 I$ q1 h) S" t/ s; n5 b: h
+ m0 _* `2 e* h5 `7 @6 ~. {
  X7 m  Y( |8 ~8 gSTM32 Snippets

  它是代码示例的集合，直接基于 STM32 外设寄存器，可在文档和软件包中使用。由于处在最底层，因此需要开发者直接操作外设寄存器，对开发者要求比较高，通常针对于对汇编程序比较了解的资深嵌入式工程师！
( n  l9 ]- x- P% N: I7 X0 s  这个库使用比较少，目前只在 STM32F0 和 STM32L0 系列中有提供。两个库都有各自的说明文档。主要就是下图所示的这些：

* N: ~! T+ Q: l

严格来说，它不能称为库，仅仅就是将 MCU 中的寄存器进行了结构化的封装，库文件主要就是一些 .h 文件。如下是对 ADC 的封装

1. /**
   
2.   * @brief Analog to Digital Converter
   ! D0 j2 q! G9 W  A! L
3.   */
   ) B3 k: E  E6 d# V
4. 
   
5. typedef struct
   
6. {
   1 o  l& g2 w; `" ~$ R& F
7.   __IO uint32_t ISR;          /*!< ADC Interrupt and Status register,                          Address offset:0x00 */
   3 T/ K! s2 K* t
8.   __IO uint32_t IER;          /*!< ADC Interrupt Enable register,                              Address offset:0x04 */
   ! e6 h1 L2 E$ p5 K6 d3 ^
9.   __IO uint32_t CR;           /*!< ADC Control register,                                       Address offset:0x08 */
   . S4 {! w- j. V7 N. Q
10.   __IO uint32_t CFGR1;        /*!< ADC Configuration register 1,                               Address offset:0x0C */
    
11.   __IO uint32_t CFGR2;        /*!< ADC Configuration register 2,                               Address offset:0x10 */
    
12.   __IO uint32_t SMPR;         /*!< ADC Sampling time register,                                 Address offset:0x14 */
    % F+ I1 x8 k. L. V4 u
13.   uint32_t   RESERVED1;       /*!< Reserved,                                                                  0x18 */
    
14.   uint32_t   RESERVED2;       /*!< Reserved,                                                                  0x1C */
    ! s+ a" X5 _. w0 C  `
15.   __IO uint32_t TR;           /*!< ADC watchdog threshold register,                            Address offset:0x20 */
    
16.   uint32_t   RESERVED3;       /*!< Reserved,                                                                  0x24 */
    ) g$ _1 F8 [( f3 |, p/ P
17.   __IO uint32_t CHSELR;       /*!< ADC channel selection register,                             Address offset:0x28 */
    
18.   uint32_t   RESERVED4[5];    /*!< Reserved,                                                                  0x2C */
    
19.    __IO uint32_t DR;          /*!< ADC data register,                                          Address offset:0x40 */
    
20. }ADC_TypeDef;
    
21. 
    ! a, J5 P% }, E6 [+ j" z, w
22. typedef struct
    
23. {
    - D6 V& u9 B; A4 j
24.   __IO uint32_t CCR;
    / z! H2 s+ u: X2 z: _# b
25. }ADC_Common_TypeDef;

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3 e9 V+ F% \- u) v1 J

在实际使用时，我们就可以结构化的访问 MCU 的寄存器，如下是配置 ADC 的函数实现：

1. /**
   + H% L3 I; L, h2 H
2.   * @brief  This function configure the ADC to convert the internal reference voltage (VRefInt)
   
3.   *         The conversion frequency is 14MHz
   
4.   * @param  None
   
5.   * @retval None
   ! @& ~! r3 H) P3 X" }
6.   */
   3 V) Z5 s- p% x. ]' |& T. V5 U
7. __INLINE void ConfigureADC(void)
   : M" F. g9 Y6 ^' X% i- l
8. {
   
9.     /* (1) Select the clock mode (refer ADC_PRESCALER definition :
   : x0 s: B3 I! {
10.          HSI14 by writing 00 in CKMODE (reset value)
    : P0 K# L! }5 h! t1 E/ u8 j$ ~+ h1 S
11.          DIV2 or DIV 4 */
      K$ i2 C  H0 A
12.     /* (2) Select the auto off mode */
    
13.     /* (3) Select CHSEL17 for VRefInt */
    
14.     /* (4) Select a sampling mode of 111 i.e. 239.5 ADC clk to be greater than 17.1us */
    ' l  x& a* |5 P' s2 W5 S% e0 f5 f
15.     /* (5) Wake-up the VREFINT (only for VBAT, Temp sensor and VRefInt) */
    7 d( n. n9 G5 M' p. q* ~: u
16.     ADC1->CFGR2 |= ADC_PRESCALER;                                   /* (1) */
    
17.     ADC1->CFGR1 |= ADC_CFGR1_AUTOFF;                                /* (2) */
    
18.     ADC1->CHSELR = ADC_CHSELR_CHSEL17;                              /* (3) */
    / [! p* }) F- n, F; I2 T# s7 g
19.     ADC1->SMPR |= ADC_SMPR_SMP_0 | ADC_SMPR_SMP_1 | ADC_SMPR_SMP_2; /* (4) */
    
20.     ADC->CCR |= ADC_CCR_VREFEN;                                     /* (5) */
    * d1 a5 y) [5 ~$ m
21. }

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标准外设库（Standard Peripheral Libraries）

  标准外设库（Standard Peripherals Library）是对 STM32 芯片的一个完整的封装，包括所有标准器件外设的器件驱动器。这应该是目前使用最多的 ST 库。几乎全部使用 C 语言实现。但是，标准外设库也是针对某一系列芯片而言的，没有可移植性。
! u$ T: }1 T8 b1 |: _4 N/ S5 G, |

; n4 Y1 H/ S+ Y& w  c. @1 p, ]8 w  相对于 HAL 库，标准外设库仍然接近于寄存器操作，主要就是将一些基本的寄存器操作封装成了 C 函数。开发者需要关注所使用的外设是在哪个总线之上，具体寄存器的配置等底层信息。

  相对于 STM32 Snippets，标准外设库对各外设的进行了一次封装，而不是仅仅局限在对寄存器的封装。实现了各外设的基本操作接口。

; F3 R( [6 X; A, H) j$ l  在文档方面，我只发现了针对 F2 系列和 F3 系列的详细说明文档，如下图所示：

: T: O) o$ u8 e' Q( t! h* k标准外设库的文件基本架构并不复杂。下图显示了 STM32F10xx 标准外设库文件的基本架构

其他系列的库文件结构和上图基本都是一致的！
% w  a3 `5 N3 G

# ^* J, u* s) L; D! k2 N  ST 为各系列提供的标准外设库稍微有些区别。例如，STM32F1x 的库和 STM32F3x 的库在文件结构上就有些不同，此外，在内部的实现上也稍微有些区别，这个在具体使用（移植）时，需要注意一下！但是，不同系列之间的差别并不是很大，而且在设计上是相同的。STM32 的标准外设库涵盖以下 3 个抽象级别：

7 T" @' r1 \+ ]5 ]4 A- [

• 包含位，位域和寄存器在内的完整的寄存器地址映射
• 涵盖所有外围功能（具有公共API的驱动器）的例程和数据结构的集合。
• 一组包含所有可用外设的示例，其中包含最常用的开发工具的模板项目。
  
  9 y4 m2 N% c. i+ L

  关于更详细的信息，可以参考 ST 的官方文档，文档中对于标准外设库函数命名、文件结构等都有详细的说明。

STM32Cube
& M: e9 f$ r* {7 G7 o0 w& x9 M2 M9 ]

  ST 为新的标准库注册了一个新商标：STMCube™。并且，ST专门为其开发了配套的桌面软件 STMCubeMX，开发者可以直接使用该软件进行可视化配置，大大节省开发时间。

0 T5 T6 m  e2 t5 E
3 O3 b, r0 K$ b  这其中就包含了 HAL 库和最近新增的 LL 库。如下图：

: j2 I) d# x/ W! m
  从上图不难看出，LL 库和 HAL 库两者相互独立，只不过 LL 库更底层。而且，部分 HAL 库会调用LL库（例如：USB驱动）。同样，LL 库也会调用 HAL 库

  用户可以使用 STMCubeMX 直接生成对应芯片的整个项目（目前主流开发工具的项目基本全支持），STMCubeMX 负责给整理各种需要的源码文件。

注意：
8 @6 q1 S* X. D% ]  1. 个人感觉STMCubeMX生成的项目并不够简洁，源码的组织结构也并不是很好。
, J4 K% G$ M- {. q6 \. N  2. STMCubeMX在生产项目时，可以选择使用HAL库或者LL库。但是部分组件的HAL库会调用LL库

HAL 库
3 c1 z+ W$ F  l* \

  HAL是 Hardware Abstraction Layer 的缩写，中文名：硬件抽象层。HAL 库是 ST 为 STM32 最新推出的抽象层嵌入式软件，可以更好的确保跨 STM32 产品的最大可移植性。该库提供了一整套一致的中间件组件，如 RTOS，USB，TCP/IP 和 图形 等。
  HAL 库是基于一个非限制性的 BSD 许可协议（Berkeley Software Distribution）而发布的开源代码。 ST 制作的中间件堆栈（USB 主机和设备库，STemWin）带有允许轻松重用的许可模式， 只要是在 ST 公司的 MCU 芯片上使用，库中的中间件(USB 主机/设备库,STemWin)协议栈即被允许随便修改，并可以反复使用。至于基于其它著名的开源解决方案商的中间件（FreeRTOS，FatFs，LwIP和PolarSSL）也都具有友好的用户许可条款。
  作为目前 ST 主推的外设库，HAL库相关的文档还是非常详细的。

* p; X: @( \! t3 c! v* x  u2 [

! X  y' q9 |$ o/ Z
  可以说HAL 库就是用来取代之前的标准外设库的。相比标准外设库，STM32Cube HAL 库表现出更高的抽象整合水平，HAL API 集中关注各外设的公共函数功能，这样便于定义一套通用的用户友好的API函数接口，从而可以轻松实现从一个STM32产品移植到另一个不同的STM32系列产品。HAL库是ST未来主推的库，从前年开始ST新出的芯片已经没有STD库了，比如 F7 系列。目前，HAL库已经支持STM32全线产品。

6 e/ s2 @& I# H; O! ?

  使用HAL库编程，最好尽量符合HAL库编程的整体架构。

# \4 j" r* ^8 }$ i; E

LL 库
4 l" `. Z# m/ w; V) S

  LL库（Low Layer）是 ST 最近新增的库，与 HAL 库捆绑发布，文档也是和 HAL 库文档在一起的，比如：在STM32F3x 的 HAL 库说明文档中，ST 新增了LL库这一章节，但是在 F2x 的HAL文档中就没有。
4 a  t; e3 w5 k( q, C/ J  LL 库更接近硬件层，对需要复杂上层协议栈的外设不适用，直接操作寄存器。其支持所有外设。使用方法：

• 独立使用，该库完全独立实现，可以完全抛开 HAL 库，只用LL库编程完成。在使用STM32CubeMX生成项目时，直接选LL库即可。如果使用了复杂的外设，例如 USB，则会调用 HAL 库
• 混合使用，和 HAL 库结合使用。
  
  

目前，CubeMX 在生成项目时，可以选择采用 LL 库。

  LL 库文件的命名方式和 HAL 库基本相同。个人感觉，LL 库就是原来的标准外设库移植到 Cube下的新的实现，但是其实现方法更加高效、简洁。使用 LL 库编程和使用标准外设库的方式基本一样，但是确会得到比标准外设库更高的效率。

! N3 A3 Q  w  D& y% o  d" R& R# _

谢谢分享！！

感谢
9 z: P6 p4 r" }0 O