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。
2 l9 X  S% M# S% n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
5 S0 j/ L: X3 {6 y2 W0 m% y1 o; A

CMSIS标准中最主要的是CMSIS核心层，它包括以下两部分。

·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。
·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。

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 N% c% T" w! R+ @& W
2 F6 e6 Z' P$ l9 c! ?2 库目录、文件简介
1 u# K( P+ i1 G8 ySTM32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。
$ w6 C+ Q0 G# |6 Y& P2 k
# c5 ?& O& G! i9 v; z3 }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。

- q% K0 \. V& a3 k6 Z

图1-2 ST标准库

! Z! c, Q2 R2 h( N9 ~4 I4 T
9 l1 E1 Z( k* B  q+ D( C·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。

& ^7 p% |5 J) a0 M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。
/ \+ h5 {( B3 |& t6 l+ w8 @2 B
: K) s( ~! V/ |! P8 \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。
2 y1 q* V' ~' w( s) {0 m
' o( m" z& d4 t$ w

图1-3 CMSIS文件夹内容

4 |+ O$ G9 _' c" l4 ^# o0 a/ Y' h$ c

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
" z% O" }4 v5 K8 E* E- x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
" t- n% `  H% |( ~, ?2 y

1.     1 /＊ exact-width signed integer types ＊/
   ! o9 G* s7 i, J
2.     2 lt@span b=1>typedef   signed
   
3.     char int8_t;
   
4.     3 typedef   signed short     int int16_t;
   
5.     4 typedef   signed            int int32_t;
   
6.     5 typedef   signed        __int64 int64_t;
   + o5 F8 O; J5 f# c6 V4 i& k
7.     6
   7 ~" W$ u- d0 ^% {$ D8 G$ l, q
8.     7 /＊ exact-width unsigned integer types ＊/
   - e5 T$ W8 w9 e! p9 s4 T* l9 E
9.     8 typedef unsigned           char uint8_t;
   % X( \/ L+ z0 n
10.     9 typedef unsigned short     int uint16_t;
    5 u- X8 E6 l$ d! U
11.    10 typedef unsigned            int uint32_t;
    & U; M% |) j4 \' ?
12.    11 typedef unsigned        __int64 uint64_t;

复制代码

( p' b1 c* [/ v# x, q& E: l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。
/ ]7 C9 i: E, ^8 d0 I# G
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。

6 \5 D# e) `: v0 W3 q（2）启动文件
/ R% _% P, C- C5 P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。
' w  K/ r% B" s( K: c表1-1 各启动文件匹配的芯片类型
1 _  {9 b% ?  P; ~  x+ B7 g$ E. |) d
: Q4 W! c/ Q+ T/ m- i; U: V% T

1 @+ c% s& U. u5 H' O7 S( O
! K/ }; u: b- O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。
6 o5 S4 J+ P% v, I& n6 `; A
% y* A+ ^& p, I5 ^$ L" n2 M（3）Stm32f10x.h
8 m  `- R* F& Z1 @7 q% a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。
8 Y1 e% w! m4 X, m! M8 u
# R) a2 k1 `$ D1 z" m! @+ A. r（4）system_stm32f10x.c
& v4 q1 I4 K) P9 |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。
0 b7 `/ J! |' [+ T7 z  x- z) }
3．STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹
: M2 y! n9 c9 b9 }0 s! l# [: rlibraries目录下的STM32F10x_Std Periph_Driver文件夹见图1-4。
( r% i$ @- [" i图1-4 外设驱动
& H; d/ r2 V& l# r' Y- X

: Q/ w3 A' g+ O/ uSTM32F10x_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。
" V* _& N5 |' T6 f
+ K2 |  e4 q) U7 e' Z/ P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。

- V( j; \! B) M8 q; F, t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。
8 f$ F$ ]6 p5 z

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。
  [' u/ {: v8 A2 G, g
3．stm32f10x_it.c、stm32f10x_conf.h和system_stm32f10x.c文件
; i- W+ {  X# ~: `! W1 ?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。

（1）stm32f10x_it.c
/ `8 g  @8 ^: M% J1 o' h2 V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
2 P% z# H1 i) R* r# @! P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）stm32f10x_conf.h
- Z$ d4 Y6 \5 s, a. S8 u/ E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。

$ u' U( ]1 p0 @7 G/ |* k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”
   8 p1 ^) }4 f( S8 W$ l: j3 }! ]
3.    3 #include“stm32f10x_can.h”
   
4.    4 #include“stm32f10x_cec.h”
   8 f7 z. n1 d# E! @# M8 K
5.    5 #include“stm32f10x_crc.h”
   " B' M8 l8 V5 {$ q' h/ r
6.    6 #include“stm32f10x_dac.h”
   
7.    7 #include“stm32f10x_dbgmcu.h”
   8 b# n% D) [5 z- C
8.    8 #include“stm32f10x_dma.h”
   
9.    9 #include“stm32f10x_exti.h”
   ! P3 a* @) ~1 f2 L
10.   10 #include“stm32f10x_flash.h”
    
11.   11 #include“stm32f10x_fsmc.h”
    $ J% g& u7 c) s4 v* p
12.   12 #include“stm32f10x_gpio.h”
    
13.   13 #include“stm32f10x_i2c.h”
    ( q2 ?$ `1 ^* b( X+ P3 H2 ?
14.   14 #include“stm32f10x_iwdg.h”
    
15.   15 #include“stm32f10x_pwr.h”
    
16.   16 #include“stm32f10x_rcc.h”
    & I6 r9 r3 v3 z, ~( Y, q
17.   17 #include“stm32f10x_rtc.h”
    7 C9 @# ?+ s+ E' V; T
18.   18 #include“stm32f10x_sdio.h”
    
19.   19 #include“stm32f10x_spi.h”
    
20.   20 #include“stm32f10x_tim.h”
    2 D: m( K. w) M# v5 h
21.   21 #include“stm32f10x_usart.h”
    , o- Q, p9 k+ \$ W! ^1 ?+ a
22.   22 #include“stm32f10x_wwdg.h”
    9 ?9 q1 B7 k& b2 T1 {/ @/ S0 z' M$ t
23.   23 #include“misc.h”

复制代码

$ U- z/ v. ^# t" i7 J& Ystm32f10x_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 l1 I% Y* K4 S6 R* t
9 E5 E  D* K$ x* V0 a/ H代码清单1-3 断言配置
; o% j6 _3 _5 d- z

1.    1 #ifdef  USE_FULL_ASSERT
   * {0 s6 g4 \# Y' S+ Y
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
   ) `& [" R* B6 v, g2 M
6.    6     ＊   line number of the call that failed.
   
7.    7     ＊   If expr is true, it returns no value.
   
8.    8     ＊ @retval None
   4 e8 p9 W( o) a6 Y
9.    9     ＊/
   
10.   10 #define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 ： assert_failed((uint8_t
    % l  S9 h0 u3 c: s+ n' k# r
11.   11 ＊)__FILE__, __LINE__))
    
12.   12 /＊ Exported functions ---------------------------------- ＊/
    
13.   13 void assert_failed(uint8_t＊ file, uint32_t line);
    
14.   14 #else
    8 K5 p2 {, f# d) W2 v: Q% B3 O
15.   15 #define assert_param(expr) ((void)0)
    8 j- {/ V6 L; B7 q* l# n3 g: g
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。

) P. B7 ]+ i5 v# C( a! E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
5 G* O& C) z7 x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。
4 B' ]/ x7 S5 Y3 ~$ u/ i/ f' }9 n/ n
& ^4 I( S* o+ p- Z* m

图1-6 库各文件关系

" h5 c# N: z9 \8 R
8 {1 f$ [3 y; d, G0 D2 d/ s5 u$ c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。

- w  g1 I9 M7 @9 }4 S8 S3 K4 E. X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。
1 y! ^- |0 x; q( k$ u  a
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。
$ w& E& d( g; D+ @7 }5 R
4.1 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。
0 }1 x: v. _* K- B
2．《STM32规格书》
, K/ Z# F6 s8 U* |6 D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。
% I4 f' B8 Y- _
3．《Cortex-M3内核编程手册》
1 h% }2 d+ U8 n3 y  e3 s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。
( H! _) @: B/ F4 L
4．《Cortex-M3权威指南》
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。
: U% a) b, ~6 V0 M6 L( R8 E2 ^
/ T8 \+ s7 Q* [$ W3 d5．《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 j! g: x. q. w' D( i9 C1 h5 E
9.2.2 初识库函数
* B* j! \+ R1 R, Q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。
3 W  y. {4 D* F  e打开库帮助文档《stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm》，见图1-7。
9 x* K# j4 f9 z% ]9 O; P; q

' V+ e2 v" ^( X7 J& s

图1-7 库帮

' b# t2 F3 ^3 `) q( {/ X" G

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。

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。
* f; M% t* v+ n& p* O+ I7 F6 h
0 R9 X" I+ L) p1 g9 }" }

图1-8 库帮助文档的函数说明

2 l9 n! P* H, H+ D( D5 Z
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。
8 s' \3 T; h2 d7 a
' x! _$ k* G5 l! r" p& X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。
# M7 Q1 z6 \5 d, V# J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。
! s, n" }* I% G$ f! W& N
2 g  h# W# _" [$ }& I% v! 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。
, I  P" S0 l9 N
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。
! d0 m, e4 K8 U
" f0 n0 Y# o' [0 ]% F, v
$ H7 N% I# O  k: I0 b1 T2 L* m1 l