1、CMSIS标准及库层次关系
; Q; |( P$ L& F9 M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

* `: O' }/ y  v- V& e8 r
; ]+ e+ e: `( O, [( HCMSIS标准中最主要的是CMSIS核心层，它包括以下两部分。

; [, M& U; k) K8 l# Q·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。
" i% S* J2 Y% N3 E$ r" ^·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。
, X; }, u! R- V( n
3 V  Y: _# Q5 P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。
5 m+ b' @8 T" q& e- y
2 库目录、文件简介
! C0 v% t' ^2 m- b, g! }7 T2 E  \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。
$ e( p: [! N' J1 f
" b& Q: k: K/ t! B. U+ [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。

图1-2 ST标准库

" w' z. S/ O2 t( g·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。
·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。
·Utilities：包含了基于ST官方实验板的例程，不需要用到，略过即可。
·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。

, Y$ G8 |' W, @3 P" A" @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。
7 O5 `- M' r# y5 o2 J
9 p* Y) j7 l: ^/ b: |3 n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。

1．CMSIS文件夹
3 \5 q  A* r# h9 m1 GSTM32F10x_Std Periph_Lib_V3.5.0\Libraries\CMSIS\文件夹展开内容见图1-3。

图1-3 CMSIS文件夹内容

8 F/ \* P0 @3 x8 s* M8 y
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。
9 c4 z4 ]/ d- e: m' z" ]9 U
（1）内核相关文件
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。
/ G- j* g6 f! r1 p: w
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。
1 q* o4 c$ ?8 A0 e6 Q9 ^9 T+ c$ F代码清单9-1 stdint.h文件中的类型定义

1.     1 /＊ exact-width signed integer types ＊/
     v! e8 z  S4 I+ J# z+ Z
2.     2 lt@span b=1>typedef   signed
   
3.     char int8_t;
   2 K! R: S3 U' @* X: r, B- D
4.     3 typedef   signed short     int int16_t;
   7 o9 u  S' z8 R1 B- d9 f3 z
5.     4 typedef   signed            int int32_t;
   
6.     5 typedef   signed        __int64 int64_t;
   " v/ t5 I: }, @" l; k1 E; C
7.     6
   
8.     7 /＊ exact-width unsigned integer types ＊/
   , [. l3 l* }  M; w( d
9.     8 typedef unsigned           char uint8_t;
   
10.     9 typedef unsigned short     int uint16_t;
    $ ]. K3 ^4 d* n% O
11.    10 typedef unsigned            int uint32_t;
    6 F) e  R% X6 v' j8 h4 m' T6 g
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。

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。

  O' g! i4 [- m1 T: Y9 k（2）启动文件
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。
% |2 Z' Z" v0 Z4 |/ }4 ?表1-1 各启动文件匹配的芯片类型

  i# r# [  N, ]. @

% n- i1 U; R  {. v
) I% q) M: N! L/ c. p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。

（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。
% |1 v/ }# M! u) G# {$ F) D
) _. k( i1 V! H! I& g: I  @（4）system_stm32f10x.c
. u1 {0 |! n0 g) c3 ?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。

* f2 {+ R9 p- g7 c/ j3．STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹
libraries目录下的STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹见图1-4。
图1-4 外设驱动
+ S- E  R- j# t2 j

STM32F10x_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。
. d, w( w9 E2 x$ F
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。

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。
! R; r* t7 f0 n! F; n

图1-5 驱动的源文件及头文件

! Q6 ]  D" F3 d  L& t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。
1 R* p. e5 i: N+ q; v$ f% E' t
3．stm32f10x_it.c、stm32f10x_conf.h和system_stm32f10x.c文件
5 |- X- }- a5 T1 K2 i  D$ h; C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。
+ K0 ~  }: e+ F* R4 j4 a: C
; i6 D' k6 a" Y" b3 A1 A: Q( [（1）stm32f10x_it.c
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。

（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。
( D2 \5 l5 B, l7 g
（3）stm32f10x_conf.h
7 v7 z! I/ \! y5 u. `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。
5 q( |; f; H7 R" ]; B7 k! A. Q
8 L+ e6 Y2 [) N代码清单1-2 stm32f10x_conf.h文件配置软件库
; E/ C: a' @8 Y6 C

1.    1 #include“stm32f10x_adc.h”
   
2.    2 #include“stm32f10x_bkp.h”
   6 n( H8 X/ {, ~! ~
3.    3 #include“stm32f10x_can.h”
   
4.    4 #include“stm32f10x_cec.h”
   7 ]# v  g8 O' c: S
5.    5 #include“stm32f10x_crc.h”
   3 G8 e& K" c+ M7 V9 Q6 d
6.    6 #include“stm32f10x_dac.h”
   
7.    7 #include“stm32f10x_dbgmcu.h”
   
8.    8 #include“stm32f10x_dma.h”
   
9.    9 #include“stm32f10x_exti.h”
   # {8 P0 x( K' D3 h
10.   10 #include“stm32f10x_flash.h”
    
11.   11 #include“stm32f10x_fsmc.h”
    . o9 {  Q: S- v
12.   12 #include“stm32f10x_gpio.h”
    
13.   13 #include“stm32f10x_i2c.h”
    5 |8 o5 x1 N- c. W; ~8 J
14.   14 #include“stm32f10x_iwdg.h”
    
15.   15 #include“stm32f10x_pwr.h”
    
16.   16 #include“stm32f10x_rcc.h”
    ( v' H8 x$ N0 e# s0 s- M
17.   17 #include“stm32f10x_rtc.h”
    0 T) I" F' B& t$ f: ?) p8 o
18.   18 #include“stm32f10x_sdio.h”
      R9 R7 L) ^6 }; G- T8 i
19.   19 #include“stm32f10x_spi.h”
    4 u( g8 a" @' S
20.   20 #include“stm32f10x_tim.h”
    
21.   21 #include“stm32f10x_usart.h”
    
22.   22 #include“stm32f10x_wwdg.h”
    0 _( }4 x3 v5 J
23.   23 #include“misc.h”

复制代码

stm32f10x_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。
9 D3 l. `6 |8 S+ J
代码清单1-3 断言配置

1.    1 #ifdef  USE_FULL_ASSERT
   
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
   
5.    5     ＊   which reports the name of the source file and the source
   
6.    6     ＊   line number of the call that failed.
   - A8 E4 b9 q! O  z
7.    7     ＊   If expr is true, it returns no value.
   6 I- p% D6 q/ D2 A6 ~" D5 Z1 W
8.    8     ＊ @retval None
   
9.    9     ＊/
   ( k4 L$ ^4 m; B9 Y" g- f0 b
10.   10 #define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 ： assert_failed((uint8_t
    
11.   11 ＊)__FILE__, __LINE__))
    / d& W2 i  E/ v5 T0 L8 X
12.   12 /＊ Exported functions ---------------------------------- ＊/
    
13.   13 void assert_failed(uint8_t＊ file, uint32_t line);
    
14.   14 #else
    
15.   15 #define assert_param(expr) ((void)0)
    9 o0 w4 p, j4 K2 u
16.   16 #endif /＊ USE_FULL_ASSERT ＊/

复制代码

) H/ K+ J) }+ M1 m" S+ H! H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。
+ I. G  |7 p  N1 v: E* ]+ C0 X
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。

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。
9 h0 U0 F' G% V

图1-6 库各文件关系

- {# u" d9 {) m. @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。
7 c0 _6 p* q, |1 o* G9 }
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。

5 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。

0 e9 M: z7 }# b2 P4.1 常用官方资料
1．《STM32F10X-中文参考手册》
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。
3 P) w; ]& n3 Y9 w+ X! b2 K
, J9 u* l( D+ w5 [5 g2．《STM32规格书》
- t$ L5 S, ~0 \- o" c  B" R1 u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。
1 I& P9 b; f0 K, q8 C( [3 t& C4 W
! ?* ?  Y$ Y' |) O: w3．《Cortex-M3内核编程手册》
) X5 s6 @' @. d+ U, b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。

4．《Cortex-M3权威指南》
8 D5 u' z( W7 N! B. i7 e* P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。

' S" h) V: m, h. h8 a/ X6 u. J* e6 H5．《stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm》
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。
7 M0 d  P! x# ]& d/ X
* h9 e; o- v+ ]# C% s9.2.2 初识库函数
7 p  K  P8 ^- J; j3 H* }6 }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。
打开库帮助文档《stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm》，见图1-7。
3 J' I1 G" B( m8 a& N8 j! X

图1-7 库帮

助文档

7 e# ?- d  ?' Y$ v& W$ W6 H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。

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。

图1-8 库帮助文档的函数说明

  f) F' @7 ~. N  s. N2 }# H
2 }; ^( [% k) i0 g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。
) N" b! [& D# }# [$ K8 j) a+ L) E
4 Q. e) K/ _& b5 g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。
- B- v4 j) ?9 X4 d( e3 X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。

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。

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。

0 k  e7 M7 @$ u2 y8 ]# k8 q