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。
; r) {2 r6 p# ]4 B' t- t. h5 `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
$ b" b( P& J$ ]0 V9 B

6 G% Q' D. s1 p# u) d- D3 ^' V
0 D8 J' v& J; V1 M0 y% kCMSIS标准中最主要的是CMSIS核心层，它包括以下两部分。
1 @- n( y6 Z9 b/ ]- e
·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。
, Y. X. G* Q1 T# z+ {% j- o·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。
3 o1 M, N; J1 q+ 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。
, d3 u* k2 P, Q$ c+ R! K8 G0 a% o
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。

! J4 b+ g1 f# W; K; s7 s6 {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。

( F  z( ~6 \/ `4 l1 B

图1-2 ST标准库

) _0 R, j& e) Q$ E5 l( H
·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。

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。
: X, A  p( P9 b' ?$ j0 W8 u5 M
3 K. s9 o% U1 a' t2 _3 m* g: O! v" I- O. \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 ]7 R4 C# ?( e
1．CMSIS文件夹
/ N" G& x( E& z" SSTM32F10x_Std Periph_Lib_V3.5.0\Libraries\CMSIS\文件夹展开内容见图1-3。
4 N6 O: ]- R# z1 ^( D+ D

% B" d9 N  S0 T5 K1 \

图1-3 CMSIS文件夹内容

  u# m" t5 N% l9 n" T/ V; S9 z3 M. o
$ X% x+ O, u% n" p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。
& ~) [% @# g! E4 b: P; r5 c+ T
（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。

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。
代码清单9-1 stdint.h文件中的类型定义

1.     1 /＊ exact-width signed integer types ＊/
   * z  Q( a0 E6 V3 Z- `: E; X
2.     2 lt@span b=1>typedef   signed
     I5 B# l7 H2 f& ^/ n9 z( i. N7 `
3.     char int8_t;
   9 R& P( w1 K. `* Q8 j7 S! ~
4.     3 typedef   signed short     int int16_t;
   0 v/ q* z: s, d. y* K! r
5.     4 typedef   signed            int int32_t;
   
6.     5 typedef   signed        __int64 int64_t;
   
7.     6
   * k, Q- {7 w: l+ s/ Z, a# f) G" z5 G7 H2 ]
8.     7 /＊ exact-width unsigned integer types ＊/
   
9.     8 typedef unsigned           char uint8_t;
   
10.     9 typedef unsigned short     int uint16_t;
    / i! w1 v' J) b+ s7 u
11.    10 typedef unsigned            int uint32_t;
    
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。
! c5 ?& S4 Q: I, ~4 M
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。
5 n" L) C$ C, H9 Q6 k. E
2 k( [& I% A! E# n7 @（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。
表1-1 各启动文件匹配的芯片类型

3 j' y$ o! G. Y  u7 i- c
" Y  S' x! j3 X7 j; @* B# h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。
+ |! b7 V/ `: S
  Z0 l0 B4 V5 s4 ~* q' N（4）system_stm32f10x.c
) h8 s- J0 u; b* Fsystem_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。

3．STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹
libraries目录下的STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹见图1-4。
0 B& A; D% |" D+ l图1-4 外设驱动
" f" m) A4 H8 h$ h9 I
9 k; B7 T( F- U

  e% ?0 e( h/ [8 DSTM32F10x_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。

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。

7 x' U5 f; o; H1 r% g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。

! b% l% A3 Y  d, F/ h, b
图1-5 驱动的源文件及头文件

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。
  ]7 Q) @0 Y& X+ K( b
- {% K! x- M0 J; Q+ H/ j0 a3．stm32f10x_it.c、stm32f10x_conf.h和system_stm32f10x.c文件
( J* y: e5 U2 W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。

% v9 n. h& ?& _+ k（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
! i: d. U% R8 Y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。
' I; V: D9 K: a8 f
# L( W7 r2 Z# ^* R（3）stm32f10x_conf.h
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。
% K  N9 F3 m, D, k9 X+ `& W
代码清单1-2 stm32f10x_conf.h文件配置软件库
; w+ U" o! P( P6 }- z; M

1.    1 #include“stm32f10x_adc.h”
   
2.    2 #include“stm32f10x_bkp.h”
   
3.    3 #include“stm32f10x_can.h”
   
4.    4 #include“stm32f10x_cec.h”
   
5.    5 #include“stm32f10x_crc.h”
   . c! l& r/ }5 ]& y) n# h
6.    6 #include“stm32f10x_dac.h”
   
7.    7 #include“stm32f10x_dbgmcu.h”
   
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”
    * P' @0 \1 C5 ]/ X3 K+ b
13.   13 #include“stm32f10x_i2c.h”
    ) g# N3 D$ R. v3 _
14.   14 #include“stm32f10x_iwdg.h”
    
15.   15 #include“stm32f10x_pwr.h”
    
16.   16 #include“stm32f10x_rcc.h”
    
17.   17 #include“stm32f10x_rtc.h”
    . b8 q. c4 K! E3 s$ e
18.   18 #include“stm32f10x_sdio.h”
    
19.   19 #include“stm32f10x_spi.h”
    
20.   20 #include“stm32f10x_tim.h”
    - x. w6 N5 Z! }) g  Z
21.   21 #include“stm32f10x_usart.h”
    & M+ l" D1 s: U6 R
22.   22 #include“stm32f10x_wwdg.h”
    
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。
5 C/ J0 [1 w* C8 ~& Z
3 a& O/ f3 Q/ m3 q1 O) |代码清单1-3 断言配置

1.    1 #ifdef  USE_FULL_ASSERT
   
2.    2 /＊＊
   / L0 b7 I5 \1 {5 w5 T: H- _
3.    3     ＊ @brief  The assert_param macro is used for  parameters check.
   & h# ^/ H  W9 k5 E* Y* T3 h/ H# |
4.    4     ＊ @param  expr： If expr is false, it calls assert_failed function
   ) H  k) K% O; ^, x: _) D( Q0 `
5.    5     ＊   which reports the name of the source file and the source
   0 a' B; o0 h7 [
6.    6     ＊   line number of the call that failed.
   * T  f0 ?, ^- {
7.    7     ＊   If expr is true, it returns no value.
   
8.    8     ＊ @retval None
   
9.    9     ＊/
   
10.   10 #define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 ： assert_failed((uint8_t
    
11.   11 ＊)__FILE__, __LINE__))
    
12.   12 /＊ Exported functions ---------------------------------- ＊/
    
13.   13 void assert_failed(uint8_t＊ file, uint32_t line);
    
14.   14 #else
    & U- N% v% \4 \0 @% {% N' j; ~& Z
15.   15 #define assert_param(expr) ((void)0)
    ! C3 l# G/ C$ Z3 F7 z
16.   16 #endif /＊ USE_FULL_ASSERT ＊/

复制代码

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。

, l4 T" ?9 \6 h; `$ p6 {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。
- O: c# }, I* r3 W' X6 C# _! ]) ~
4 库各文件间的关系
5 J. B, v) T( q' S. U& T# \( l# {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。
. z& k( L, z# _* T$ d7 r2 u  K

! S% Q' f7 H' Q) J

图1-6 库各文件关系

" h  r8 ~  t+ ]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。

( p( L8 A/ V5 f& d) R" `. H" |/ t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。
- H8 R4 d3 }/ _( B2 z- F) A, y5 T6 }% M
6 K% q% o* n: d; q4.1 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。

2．《STM32规格书》
6 I, p; Q* Z8 R& m# B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。
6 c/ m" ^7 P( J- ]  C  a% V! X
: Y1 j6 ]2 F5 ^- `3．《Cortex-M3内核编程手册》
& y: Z' c5 U1 }1 n; {7 j3 }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。
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4．《Cortex-M3权威指南》
" x* E" o) `' O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。
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# \& u& B6 Y9 }9 A" x3 N5．《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。

9.2.2 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。
* c, a0 p' g+ P  |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。
5 D5 a) |: d; T4 L7 p9 o打开库帮助文档《stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm》，见图1-7。
2 @9 ~* W* ^8 [# Y6 k  W; I! ^' T

图1-7 库帮

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。
% N% S7 `+ W# S
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。
* q" ^1 p& c% S4 n

  T! \5 E; m4 M" k, Z

图1-8 库帮助文档的函数说明

& R$ {  k/ G6 s$ {
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。

7 n9 W9 Y% m: ^, k6 _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。
* Q5 h9 S, ^; ?  E7 R1 z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。

+ K% E4 v" o6 {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。
% C# ]1 G# B% m$ B  A% l
/ y" g' G, V3 O. b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。
! v2 F5 ?/ w* P$ ?# u* G8 E2 d
$ Z% }; Q5 b: P- Z* r: S3 w
# Z* q+ \" V0 E& A
# J1 O' K/ f3 x8 j0 f