STM32经验分享第6章单片机开发模式的发展

STMCU小助手 · 2022-08-30T05:39:04+00:00

6.1 STM32结构3 n* l! t% @ L+ ?0 y( h* n 从“2.2 ARM与STM32的关系”可知，ARM公司负责设计内核，半导体芯片厂商拿到内核授权后，根据产品需求，添加各类组件，生产芯片售卖。如图 6.1.1 所示，为STM32的组成示意图，其中Cortex-M3内核、调试系统都是ARM公司设计，内部总线、外设、存储、时钟复位等都由ST公司开发。 2 n6 s4 y3 C/ A 3 H3 d- H4 Q, O7 ~! w7 g, n在编程之前，对STM32的总线结构、存储结构、外设寄存器等有个大致了解，有助于理解编程中的一些操作。此外，中断与异常（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC）、时钟复位（Reset and Clock，RCC）也很重要，且与编程紧密相关，在后面相关实验章节里再专门讲解。 # b9 \" g7 W( ~( d6 [5 K% Z, T0 c3 G% o. j' e0 h& B. j X 对于开发者，掌握一款MCU的开发需要重点关注四大模块：时钟复位、中断异常、存储映射和外设寄存器组。 ' @$ u# v+ j3 K! c. w4 e$ v / ~: `$ z8 h, P. s ) @+ G9 A6 K: R' z, [8 Y7 x3 b图 6.1.1 STM32组成示意图 6 H( l+ Q% \ c& s: }9 K' w+ i! V: |$ M$ y1 O9 \. b , D9 C$ [5 i& N: A4 F6.1.1 STM32总线结构: S& |9 b; m! W8 K8 L 总线（Bus）是各种信号线的集合，是嵌入式系统中各部件之间传输数据信息、地址信息和控制信息的公共通道。7 ^) T' H$ L2 U8 X X ( Z5 t/ g# I; g, [/ i* Z 与总线相关的主要参数有总线宽度、总线频率和总线带宽。总线宽度是指总线能同时传输的数据位数，如8位、32位、64位；总线频率是指总线的工作速度，频率越高，速度越快；总线带宽用来描述总线传输数据的快慢，总线带宽=总线宽度x总线频率/8，单位为MB/s。# N: F0 X; P/ r0 B/ k( q8 j, H' | ) [% c* _9 e6 G* USTM32的总线结构如图 6.1.2 所示，可以分为6部分。 9 K4 V5 ]% U' a/ {9 y) R- D, e+ \$ @5 _9 u, f7 A. [1 N) f6 T ( w7 g# C: f' Z7 [3 d/ J3 G- ^/ B8 L f 3 P3 A t6 v5 n6 y" s& L5 G 图 6.1.2 STM32总线结构框图# Z3 ^. M* S5 q; k) b0 ?* h + k) c8 G; H1 F9 d 2 }- {7 n1 [# D; h+ ?+ V ①ICode总线（Instruction bus）：用于访问存储空间里指令的总线；; ^1 r9 |2 Y6 e8 X- Y/ K 4 @& U/ ~( n7 ~! f: B) |3 |0 Y②DCode总线（Data bus）：用于访问存储空间里数据的总线； / A" {' S6 |8 |+ e" i$ e& J; d, m* R; ~& D8 V( g3 G ③System总线：用于访问指令、数据以及调试模块接口；- K6 B) X% h# Q ; d) q3 \7 \' w2 V- x- @ ④DMA总线：用于内存与外设之间的数据传输；! a# |! I W. E ' ]4 g! V2 e8 C6 V⑤Bus matrix（总线矩阵）：用于总线之间的访问优先级管理控制； + f0 q8 u4 |' b: B( y2 U; |1 Z2 }) f! W* B) |$ d ⑥APB总线：用于外设接口的数据传输；ARM公司推出AMBA片上总线结构，该总线主要包含先进高速总线（Advanced High-speed Bus，AHB）和先进外设总线（Advanced Peripheral Bus，APB），分别连接高速设备和低速设备。基于这个总线结构，ICode、Dcode、System Bus都是AHB总线。这里AHB系统总线经过两个AHB-APB桥转换成了两个APB总线。APB1上挂接有DAC、UART等外设，其最高频率可达36MHz；APB2上挂接有ADC、GPIO等外设，其最高频率可达72MHz。$ {7 v9 ?: e# K/ q X4 X4 e& D9 u 9 {2 N( }% z/ a/ `4 v" R在MCU每次复位后，所有的外设时钟都会默认处于关闭状态。因此，在使用外设前需要操作复位和时钟寄存器(Reset and Clock Control，RCC)开启所需外设的时钟。+ [! }4 r+ j4 w3 W6 ` / A' `2 O/ r3 b, `/ I$ k5 ~1 D 1 x h( l6 l1 t' U% B6.1.2 STM32存储结构5 G# I/ c# ?* b6 L$ i/ e6 E( b* O4 Y CPU通过总线访问各个外设，现在通往外设的“路”已经铺好，还需要规定各个外设的“门牌号”，以便精准控制每个外设。ARM Cortex-M3系列的处理器，采用存储器与I/O设备（外设）统一编址的方式，将部分存储器地址范围用于外设，这种通过存储器地址访问外设的方式，称为存储器地址映射。, `9 r+ o: `% H! R) b( s + @) D; J$ f9 V, }+ e5 V; h对于32位的处理器，可寻址的范围为232字节，即，也就是0x00000000至0xFFFFFFFF。ARM将这4G空间从低地址到高地址依次划分为代码区（Code）、片上SRAM区（SRAM）、片上外设（Peripheral）、片外RAM（External RAM）、片外外设（External Device）和系统级（System level），如图 6.1.3 所示。1 M, R9 m- J0 ^2 a0 a4 e : w( s' x3 n+ d1 H9 o; o ( p' B/ x" Q7 [8 J0 y 8 \0 F* E; X: ]图 6.1.3 ARM Cortex-M3存储器映射结构图 ! h# w5 Z; r% r) U ARM公司只是大概的规定了存储器空间的映射，允许各芯片厂商在指定范围内自行定义和使用这些存储空间，未分配的空间为保留的地址空间。3 h. g; ?9 R# m, ^! \ ) o% _# G9 T: f# X1 f% v) X$ Z. H STM32在ARM规定的基础上，将4G空间分为了Block0、Block1、Block2、……、Block7，共8块，每块大小为512MB，如下表 6.1.1 所示，详细结构如图 6.1.4 所示。- y4 @. e, p- I4 I1 G3 s * P4 C; ?$ D# M9 H( { 0 z' D" V/ d! }3 e" i# \6 K; P 7 M2 v' u. W/ t3 ~8 i 表 6.1.1 STM32存储器映射结构5 l0 C" y- W; ?9 {7 b1 X+ d2 s ) C% f* D* p$ m% ` 2 y1 f) A0 A3 l1 z7 K; G ; T4 $ g4 B j 7 h1 J, }( a- L* ]0 I4 [1 c6 i图 6.1.4 STM32存储器映射结构0 \( [2 T4 U$ ]3 I: i# v( Z ①0x0000 0000 ~ 0x1FFF FFFF(512MB)：作为代码区，用于存放下载的代码。系统上电后，将从该部分读取代码；8 Q, e; z, Z( E( c& `! s& D . {5 D$ E; m) C, ^7 U) i ②0x2000 0000 ~ 0x3FFF FFFF(512MB)：作为SRAM区，用于存放运行代码。系统上电后，将从Flash读取代码，放到SRAM里，CPU再从SRAM读取代码运行； y; d! o- t4 L6 q8 u5 y+ A 5 i8 J7 D% W F7 |& ^4 @3 ]) H③0x4000 0000 ~ 0x5FFF FFFF(512MB)：作为片上外设区，用于存放厂商外设寄存器。要操作外设，即修改这里对应的外设寄存器；注意这里的RCC和Port B外设的地址范围，后面很快就会用到；# a8 c# q! U; I. r ' [) b. h; t; `. t% }& T④0x6000 0000 ~ 0x9FFF FFFF(1GB)：作为片外RAM，用于扩展RAM。当SRAM或者Flash不够用时，MCU通过FSMC外接其它IC芯片，则在这个地址范围读写IC芯片数据；# $ m; y. k, p( X1 E 0 C7 U% Z+ \6 g; v1 X ⑤0xA000 0000 ~ 0xDFFF FFFF(1GB)：作为片外外设区，用于读写扩展IC芯片的寄存器。ST只用了这里的一半空间，另外一空间未使用；2 t7 U" C! p; S+ ?& G0 {8 \* x) [* z . Y4 \# ?6 q+ M0 v/ j0 a3 b ⑥0xE000 0000 ~ 0xFFFF FFFF(512MB)：作为内核外设区，用于存放Cortex-M3内核的内部外设。Cortex-M3内核的内部外设有NVIC、Systick等； 2 P8 I% y4 T6 }! a V" d$ }$ F1 R / N$ v6 r" d" X) H3 g: \, f在Block0、Block1圈出的三个范围，分别对应前面介绍的三个启动模式。当从主存储器启动，则是从Flash启动；当从系统存储器启动，则是从System memory启动；当从SARM启动，则是从SRAM启动。 ! ^- A* l, ~. N- d ! @1 P, Q$ a% ]2 H$ W! D对于开发人员，通常就是对Block2的片上外设寄存器进行读写操作，以控制外设资源，实现所需效果。5 n/ `( |* J3 C" N9 |3 ] u+ i6 N! S3 p% `/ a7 \, W$ q: y7 T' d" Q) V 6.1.3 STM32寄存器 0 m$ o6 k& Q) c/ ]0 b+ D/ B- R寄存器是用来存储二进制数据的时序逻辑电路，由众多晶体管组成。, E6 c, x7 j" { 0 R% H& C# f/ `$ r! X. J 前面提到的寄存器，都是外设寄存器。这些外设寄存器由芯片厂商设计，与存储器统一编址，常用C语言的指针来表示外设寄存器地址，实现对外设寄存器的访问和操作。( J" m( J; V6 f) [& ^) J: h % _% k* X$ P# u& d. \ 在嵌入式系统中，除了外设寄存器，还有一类叫CPU内部寄存器。这些内部寄存器由ARM设计，在CPU内部，常用汇编语言直接操作，用于暂存参与运算的数据和内核的一些控制。- `, K; b1 l0 i- B% G4 y 7 W; k, q: F! q9 J 开发人员，通常只操作外设寄存器实现需求功能，后面实验会详细讲解外设寄存器。而内部寄存器在实际开发中接触会比较少，后面汇编点灯实验会涉及部分相关知识，本小结简单介绍下内部寄存器。 K4 a B" i q3 R2 n( Y, ~; z / j8 R, k4 R! d$ k ARM Cortex-M3微处理器的内部寄存器，又分为普通寄存器和特殊功能寄存器。普通寄存器如图 6.1.5 所示。 $ R; K0 N$ w1 e7 Q I+ U. a * p1 b+ ^& d4 T$ F! p; h* B9 L , l# @5 j' c# q# f, `1 @ " ^/ l" z3 Q1 x# P" v5 L4 }. ^" s图 6.1.5 Cortex-M3通用寄存器 ' z4 {" A/ u& O( m% w 9 s% ?7 S3 v% J; X+ e2 k5 z - s8 w, ~# r/ ?, g3 z E. T% XR0-R12（General-Purpose Registers）：用于数据操作的32位通用寄存器；一些16位的Thumb指令，只能访问低寄存器（R0~R7）；; [2 L7 k1 P( H6 b5 |1 } - P% E: p F& MR13（Stack Pointers，SP）Cortex-M3包含两个堆栈指针寄存器；同一时刻只能看到其中一个；2 ]; y. j) E8 ]; b, ^0 g4 @ 4 ]) Q; N( z( l4 b& Y主堆栈指针寄存器（Main Stack Pointer，MSP）：操作系统（OS）内核和异常处理程序使用的默认堆栈指针；: V9 f! y* r5 K, q# Y * Y$ O# W' K! o6 b进程堆栈指针寄存器（Process Stack Pointer，PSP）：用于用户代码；# b; W0 e) A: U3 E) S + D! q% M5 y; @% I! E8 P% tR14（Link Register，LR）：链接寄存器；调用子例程时，返回地址将存储在链接寄存器中； ) Z2 q% Q2 t0 ?+ i ) q$ n! [+ B! P. d3 r/ |( y+ MR15（Program Counter，PC）：程序计数器；总是指向下一条指令所在单元的地址，可以写入该寄存器以控制程序流； 6 L3 a7 U) U8 c4 I1 v' ^* m1 n2 ?( u* K& J* E( k . s; z' D2 b7 q4 zCortex-M3处理器还具有许多特殊寄存器，如图 6.1.6 所示。 6 C5 H; T: G6 [9 B) r% f D " a1 n+ y4 K9 |7 ^* G+ _$ M 1 c ?* i3 n& P# g2 y/ g 6 }" V6 b7 U4 i/ T+ n5 Z N 图 6.1.6 Cortex-M3特殊寄存器2 ]8 H. a/ H8 W% P3 w 6 ^4 d' _% O7 ^: v% t9 M 5 v1 i8 g% A: f( g S xPSR（Program Status registers）：程序状态寄存器；用于存放程序运作中的各种状态信息以及中断等状态；由应用状态寄存器（APSR）、中断状态寄存器（IPSR）和执行状态寄存器（EPSR）组成； 3 L" H/ l: g5 Z: M. V- b# F# q4 S! t; N( P PRIMASK、FAULTMASK和BASEPRI：中断屏蔽寄存器；用于控制异常和中断的屏蔽；0 c" G* y! L- h5 e: {2 V [5 _7 u8 t$ J1 L/ m+ L2 Z CONTROL：控制寄存器；用于定义特权状态和当前使用哪一个堆栈指针；, F- H8 P* ]1 E7 f * c! H. L2 F% {; k" G $ C$ @. A0 A% p& f+ h) |【总结】 2 d+ _: I; ]& ]. t; s$ T , p+ |& D+ `% `6 I: Q3 rSTM32由ARM公司设计的Cortex-M3内核与ST公司开发的外设资源组成。 ; _' s* u" i2 u5 w4 C5 L( R3 A9 v1 o( {5 a! F8 N* W7 b Cortex-M3内核有内部寄存器，主要用于运算和内核的控制，这块对于初学者较难，暂时了解即可。, U( @9 t* D! h- I. F 6 {' z' o( d: D: I3 _, y Cortex-M3内核通过总线和外设连接，重点了解大部分外设都挂载APB即可。1 ^' @$ Z8 ^4 C0 }8 K C- C 3 [3 j) x1 X" B9 K9 OSTM32采用存储器与外设统一编址的方式，控制外设，则对应操作指定地址的外设寄存器即可，这是后续实验的重点。8 ]5 E* F7 v4 M! \; T J& A% [) ` ' g7 ^( f. f7 s5 Q; g 5 P+ e! b. A& O; f! R4 p4 O8 P3 X $ z8 J8 p0 M" q3 |7 Z, J+ E 6.2 使用汇编开发% f& _& x3 a2 g, w# Q, T4 d 汇编语言（Assembly Language）是一种用于电子计算机、微处理器、微控制器或其它可编程器件的低级语言。4 {9 s2 L s0 {! \. n: c1 ] 6 g7 H/ a! p9 u/ U6 l& U, q 在单片机出现之初，由于性能限制，都是使用汇编进行开发。随着技术的发展，制程工艺的提升，单片机的处理速度越来越快，越来越多的单片机使用C语言开发。如今，一些低端MCU还在使用汇编开发；一些高要求程序优化的场合也会使用汇编；MCU/MPU的启动初始化部分也是汇编。本小结就带领读者感受下如何使用汇编操作开发板LED灯。 / U# V4 |) f' Z/ l% X5 k$ b2 x6 G4 j# X5 R( Q 在编写代码前，本应该分析《开发板原理图》和《参考手册》，从而得知需要操作哪些外设寄存器，但这不是本小结主要内容，具体的分析方法放在后面对应的实验章节，读者暂时无需深入理解以下内容的由来： . k* N/ K: k u5 y, |8 q ( R. K0 y& K* \# x) ]1. 从《开发板原理图》可知，控制GPIOB 0引脚，即可控制开发板三色灯的红色灯； 7 j$ H! e" X9 a' a1 [5 D7 e9 A- e1 Z2 z' H1 z0 f 2. 从前面STM32总线结构分析可知，GPIOA挂载APB2上，由RCC控制； 2 X U3 o5 D3 E, u+ c2 {7 t2 Y/ s4 I5 k1 s8 B2 w+ m$ Y, M 3. 从前面STM32存储结构分析可知，RCC起始地址为0x4002 1000，再仔细查看《参考手册》RCC寄存器部分，可知寄存器RCC_APB2ENR（偏移地址：0x18）的第2位（IOPAEN），设置为1则GPIO A组的使能；# R2 I3 w5 w- X6 L) S' f 6 n! e# N8 z* B- ?/ R3 J0 a m4. 从前面STM32存储结构分析可知，GPIO A起始地址为0x4001 0800，再仔细查看《参考手册》GPIO寄存器部分，可知寄存器GPIOx_CRL（偏移地址：0x00）的第4:5位（MODEy），设置为1则GPIO A1为输出，寄存器GPIOx_ODR（偏移地址：0x0C）的第1位（ODRy），设置为1则GPIO A1为输出高，设置为0则GPIO A1为输出低； : W7 {+ I. W$ N" \1 U: [* {/ i 4 ^" V. w; A+ V9 H; N/ H7 e0 ^# L4 `6 P1 C; A9 f- G 5 W9 _) Q4 {& n/ r1 f/ d7 n8 y有了以上基础，就可以编程控制LED灯了，本章涉及的代码位于100ASK_STM32F103_MINI开发板资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\1_使用汇编开发\”。6 D w- g" }: | + N/ J1 g8 m& l1 k3 K如代码段 6.2.1 所示。汇编代码对初学者不友好，读者对代码内容不理解也正常，也无需深入理解汇编指令，这里主要目的是展示如何用汇编操作寄存器。2 D: M$ H" u$ k* Q7 `9 N( | 5 [, m2 s9 T+ J/ U& u# y4 T2 M代码段 6.2.1 汇编操作寄存器（startup_stm32f10x_md.s）% ?' K5 K- E' o2 Y % y5 i3 r! H, ]& T2 ]; Reset handler % |( Z4 e* o+ O# `" m 1 u" k+ t% ^$ F# s' x, |' [Reset_Handler PROC 8 A& l& g! B+ l0 l1 f ' A3 g v! E, { . v. k0 W0 G c( f" U, g. F& \8 \3 M P% T1 p) N) N4 Q% k ; 使能GPIOA2 U- X. E% |4 T* \4 x f7 e/ p* M5 x3 T! [& m: _0 ~ LDR R0, =(0x40021000 + 0x18) ; RCC_APB2ENR: S1 \; C+ ~, P g- R 8 K: w* ]' |7 g5 w5 Y) {" r LDR R1, [R0] & r) K- [. c( ?# |* j3 } " w/ H G9 P7 Z+ p ORR R1, R1, #(1<<2)% }8 H+ L* S' i " I0 q6 {. v' Z$ X4 \4 J# J STR R1, [R0]# g d4 d: _" r. p: y! j ( Y3 N/ w2 n1 T( S+ W8 r " ?4 k1 i$ T5 M A/ ]. k4 _ j0 q: G& l+ H1 a ; 设置GPIOA1为输出引脚+ I) c5 M+ S4 h$ K: o( T/ i 3 v; G0 k9 B% Y3 |3 ^* u+ A LDR R0, =(0x40010C00 + 0) ; GPIOA_ CRL1 e" E- W. t, ?3 V( B) V# S * b+ H6 T5 M R0 u+ l- M9 P0 G LDR R1, [R0] * @. l! Z# g2 A$ R! V0 k. f. o 5 r. r5 N/ s9 C) S ORR R1, R1, #(1<<4)( g! M3 o0 @ k1 V- O/ B . L- ]- t1 |4 q* J8 {) g STR R1, [R0] " T" n* q" N; q% I7 C. K6 W `# e F% y; v8 G% | p) n! R9 P+ g$ U, z2 v" R9 h9 ` MainLoop/ i3 ]. g& x4 R/ t ' X0 _. ?0 t+ U. \/ x" [: z+ @ ; 设置GPIOA1输出高电平 ; `; R6 Q2 U6 ]6 q : m6 j: M8 P- @ LDR R0, =(0x40010800 + 0xC) ; GPIOA_ODR ; z+ [0 p5 H, @/ K, T/ I* Z ' P } n/ X2 x I; r( y! {* ^2 D4 ]6 c5 a; T4 T - n6 m) n- [/ k- U R e LDR R1, [R0] - m* X5 M; k& m& p* L- N$ v+ W. D( e! W# c( C ` s" s ORR R1, R1, #(1<<1)0 J3 N u9 C2 O- U- S+ s, U) Q # M5 e1 r& z/ I. P' W3 v w STR R1, [R0]- r* N3 Q V6 k$ i% e F2 P) @3 Y/ w5 Z$ [: Q' s4 t BL Delay / N9 C* Y8 A- X X7 ~+ _* ` ! L1 B6 E3 z$ j$ p5 t: { : P2 y( A4 L& V3 q2 I: u0 T# t/ v2 _ ; 设置GPIIOA1输出低电平 & y$ L- V \$ z' E# A 1 n0 s; t' z0 k7 N LDR R0, =(0x40010800 + 0xC) ; GPIOA_ODR 5 c: f8 R( d* @0 t- h+ ^# m7 f& e0 y2 Z+ {, s' { LDR R1, [R0] + }' q, X) R7 g2 x + r2 a. r! q: w BIC R1, R1, #(1<<1)- q( o1 R% ]0 X7 m B* e) D8 ^ 0 ]9 w; D: D+ h a7 c/ w STR R1, [R0] 8 s' y2 r5 m6 p0 s * H: |( u$ b4 W3 Y1 f a BL Delay y/ L2 g* E. @, h' E& U) \3 O " m& g) ?5 R7 c% e: B B B MainLoop/ C. K0 P9 N# c5 P: W$ c5 w 2 b0 H8 l# a$ \; [+ z$ K ! e/ G! z$ `- T7 k+ U0 j * U/ _0 Q) X y+ `1 z Delay : Q2 T" y1 T. m# g) ^- V$ r. D+ g2 C/ p" K LDR R0, =300000# e( x+ Y5 Z; ~) f) @' L 6 w) H5 k, B2 K; G1 o3 I0 g DelayLoop, ^+ d' h' \) b) p3 s5 I3 r6 S + m" ^1 Z: m- v SUBS R0, #1 ; c+ X+ `3 y. f/ \. k) H) l- Y! G$ m2 T: W/ e BNE DelayLoop+ e' b2 t- h* I4 y+ t( a- M& e : S% z: |5 w/ g; m1 {, q BX LR+ I. F% z G N+ M$ k' X3 X N0 _" o+ G5 z6 N/ N/ R2 F NOP' [% y' _) }" i( ]: }* [ ) k) W, t$ k% G" l+ u+ U ENDP ' f; s# {1 s1 d7 S* h2 ]% Y8 N5 r( ]1 o! c& [, c& [- Y' ~- _& F END复制代码# H2 E9 h) w9 r1 M) Y3 b 4~8行：设置外部寄存器RCC_APB2ENR的第2位（IOPAEN）为1，使能GPIO A组的时钟； - |5 p5 U# c; K. B% Z2 X' E) h& @' r & @7 E! q! f6 s3 y5行：将0x40021018（RCC_APB2ENR的基地址+偏移地址）放入内部寄存器R0中； 6 D3 v2 A6 H3 o- F8 k3 G2 p2 H) Y: F1 Y6 A$ O! V: t 6行：将0x40021018地址的值（此时RCCC_APB2ENR寄存器的值），放入内部寄存器R1；, o3 {0 A- I7 _# b/ A" u8 a $ ]3 W$ {; m0 ^4 O9 {! W7行：将R1的Bit2设置为1，并将设置后的结果放入R1； 8 m' t1 y; ?0 v5 p6 |0 B$ |$ v5 A. a7 I- P. i$ [0 @ 8行：将R1的内容，放入R0所指向的地址，也就是将修改后的数据放入RCCC_APB2ENR寄存器； ! R( C; S! H* l& V* e & Y4 U7 b/ @' J8 m; p. D10~14行：设置外部寄存器GPIOA_ CRL的第4:5位（MODE）为1，让GPIO A1为输出模式； ! y6 N5 |7 U. N6 K* [7 D9 A0 P! ~3 }8 K5 m2 T9 y$ \$ ^5 [+ z2 d 16~30行：设置外部寄存器GPIOA_ODR的第0位（ODR）先后为1和0，让GPIO A1为输出高、低电平；3 o' e0 q/ [; d% K3 z- ]5 e 8 O* b6 v2 r3 l9 H$ Y 32~40行：循环减R0实现延时效果； 5 j5 y# j# D9 k- J/ {6 {. ?) o7 {0 s3 @7 \; d- e: b# c4 A 以上汇编代码就实现了开发板用户LED灯（蓝色）交替闪烁效果，读者可以打开配套资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\1_使用汇编开发\ Project\Led_Reg.uvprojx”工程，编译、下载，体验效果。" y, x6 z6 e1 e! q6 j* J i 2 ?$ a# j& F; Q, O9 y. E" r可以感受到，使用汇编编写程序，生涩难懂，因此越来越少的单片机使用汇编来编写代码，下面再来体验下C语言实现一样的效果。 5 I. W n! ? L3 u) C2 v; D/ C3 ~: b4 ] $ M6 O3 S9 G1 V: c! ^+ \" n6.3 C语言操作寄存器开发& X) A) t& q; x3 }( ^, u 在使用C语言操作寄存器前，仍需要先分析《开发板原理图》和《参考手册》，从而得知需要操作哪些外设寄存器，假设读者已经了解需要操作哪些外设寄存器。' w- [+ h" D c' ^' S7 R ( E0 @. H( Y" f& u本章涉及的代码位于100ASK_STM32F103_MINI开发板资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\2_C语言操作寄存器开发\”。 4 v g1 x7 e1 [4 E8 h- j# T- I. d0 K! a/ `# }4 B: P% Q6 N! H6 n 使用C语言之前，需要先设置栈，如代码段 6.3.1 所示，在上电复位后立即设置栈，随后跳入main函数执行。$ f8 p9 h1 a) O/ N" g % [) b* H* G4 j 代码段 6.3.1 设置栈（startup_stm32f10x_md.s）4 Q4 l2 p% k; }* a1 c8 x - K2 ^ e$ x5 q$ c; Reset handler8 F: R; r3 d1 S 8 \" V: k6 s/ H3 D1 M, i. R2 OReset_Handler PROC 4 n" ]4 S* {" x/ \: H . C7 e/ f3 H1 {. z+ Y* U% Z IMPORT main) ^' l; i1 r, n- ?( w$ ? 7 T, N5 C8 l+ K7 }( T/ e: j LDR SP, =0x20000000+0x1005 e& t) r6 w' v& f/ f5 t( E i2 N* w. K# U& E+ C: V( Y+ b BL main8 `/ ~, H( _+ o # `8 x0 ^1 c- E# z5 z ENDP& A9 e# E+ j1 I% {4 y( S2 l. V ! Y9 o" i2 |) H$ m; b END / I, e( l6 O" q! U* j$ L" E复制代码! b) n' A' K( J0 }( \ 代码段 6.3.2 C语言操作寄存器（main.c）; ^/ V, |1 E* p8 T( H+ B 4 n$ P" `$ A* l$ z5 `+ J#define RCC_APB2ENR (0x40021000 + 0x18) $ H9 W1 k9 U+ X; t& q4 e7 c& t H$ W #define GPIOA_BASE (0x40010800) 4 f; M% z4 y4 F ; g# X' [8 P& b! V( v# T#define GPIOA_CRL (GPIOA_BASE + 0)3 R F, J3 u5 s- s, c; C , \9 q# a8 n+ s, z3 w$ B a #define GPIOA_ODR (GPIOA_BASE + 0X0c): _' R3 j5 E4 \9 S6 p6 T) a ; o, X0 \, t! j: ?% H: u3 t+ G* p , O& m$ n1 }, Wvoid delay(volatile long i)# _5 m, V6 K1 ? 6 h' ~8 F0 D U2 W7 h- M4 L- ^{+ w7 n7 i5 W& j% j& s , z" M" a0 q# u4 n. O0 w+ f+ a while (i--); 0 o/ I8 N% |. x; j 7 \1 ^6 j# j% k. U$ {}. w1 l m: C( Q+ p) ?' N6 N 4 F( p) J& x* a7 `( q# M8 ]) i% J8 [ . E$ K* u- {8 G/ I( mint main(void)" P$ x9 x, g7 `$ w1 J. {' x O 4 n I$ v1 m: u4 t0 Z{ , F9 x7 i$ I) F+ c- i" o / e3 F) D# q4 k% \3 i' M6 o volatile unsigned int *pRccApb2Enr; + k) N2 T. g t1 _- g' x! P 0 P: h0 D/ B/ H6 A volatile unsigned int *pGpioaCrl;2 _0 E* J5 F' \- S! @0 b $ z5 d! A, W' L8 e% k volatile unsigned int *pGpioaOdr; , k+ s5 c. u4 E. I: G4 V( {3 \ 6 l7 v3 t1 \0 K: }; r6 M+ S) B9 k7 w- u7 u+ F pRccApb2Enr = (volatile unsigned int *)RCC_APB2ENR;2 C) q/ u; U, b/ P( l8 A8 L* _7 [* U % I' O8 [: e+ n7 \ pGpioaCrl = (volatile unsigned int *)GPIOA_CRL; e- p3 s: b- f; U) m0 ?1 P3 ?5 D$ j" P6 R 5 |2 n. _' X [* R2 k& \$ t. o( U pGpioaOdr = (volatile unsigned int *)GPIOA_ODR; 8 z" M: Q9 G8 {4 j/ W4 ~2 M" i $ P" E: S* `- h 0 v* u0 J! Y+ X3 A$ K & b A. g$ E! M4 I5 u B /* 1. 使能GPIOB的时钟 ; V! |# G+ x# Q ' $ W; F- C" r' k% u; Q# D * GPIO是挂载在APB2上的，所以我们要使能APB2的外设时钟使能位7 R: w9 V% N. E $ w/ J! |( K# U' ^( i% c8 I * 从RCC_APB2ENR寄存器描述中我们可以看到APB2ENR[8:2]是GPIO[G:A]时钟的控制位，控制GPIO时钟是失能或者使能) c8 K/ ~$ c) _4 L& y / k& q4 }; T3 M* l) @ * 开发板上的LED的GPIO组是使用的GPIOA，即要使能APB2ENR[2]位，为其赋值“1”即可打开GPIOA的时钟 */ 3 W) $ Z+ ~7 J( S% y 7 b3 X$ g1 Y! E- B$ @) q+ z- S *pRccApb2Enr |= (1<<2); + V, q1 T7 T$ q( f4 p" w @$ P, {- E : \+ I) o/ s- P/ e W ) H5 R5 k* g/ Q /* 2. 设置GPIO为输出功能:: U+ G; o& L- h/ o 7 p2 z$ s0 I% K8 I; k * MODE_0=1,PB0输出模式，输出速率最大10MHz F+ E0 Z0 o# |/ F9 \ 7 k# K6 a# M Z0 `/ ^2 e7 U0 q' v/ a */3 F! W3 l0 T& [0 ~* h ( U! h/ R0 |3 i) Z1 F* c *pGpioaCrl |= (1<<4);& E/ V7 i% Z4 R " ]& V; T% n% h- C: q 1 [8 d; Q1 I, i {% X " f# |- h& N3 ` while (1); t3 H& Y0 c8 m8 `7 A . J n8 c# \3 S& X! W H {% w' O, \3 I% H$ f( U/ q ) F. ^( d E: W; P& W2 ] *pGpioaOdr |= (1<<0); ( @" y5 ?- d0 X3 u3 n: ?- ^1 P# k- u2 ]. V H/ C2 C/ F delay(1000000);2 \" @& F6 _& i9 _; S& P 5 u( s3 N7 t1 ]$ g; j( _ *pGpioaOdr &= ~(1<<0);* k/ A3 G+ _) ~3 {% j* {; q7 E 8 c8 p$ {% L9 |6 j" i( T delay(1000000);, V& d) \9 B4 e |- F* T " A5 X" B t: ?+ V; b. ^ } / _; C3 A2 e/ a& I* p4 c3 n3 [ 7 i! U5 r8 ]6 L# V8 A: a: ]( H/ @}复制代码 : e, a @+ S& {4 B5 I4 w( D+ | `( o9 a3 _1 s' W' X5 j主函数如代码段 6.3.2 所示。 : t$ h$ w2 o$ T0 k# X + [1 I4 _8 K; `6 @( M2 K2 J1~4行：用宏定义了需要用到的各外设寄存器地址：RCC_APB2ENR、GPIOA_ CRL、GPIOA_ODR； : q+ h' u* I9 H/ v) Q: ?8 o$ B0 k 2 x: i/ v, j& y% |1 |( S: f6~9行：循环递减传入的变量i，实现延时效果；: L7 \8 `9 v F* f ' J* S! w: ?$ K E0 D/ _, c13~15行：定义指针变量；7 E; e5 k) d1 f8 Q6 L$ P# X* X # `: Q& V/ [, p/ X4 V% n17~19行：设置指针指向对应寄存器； 6 ]7 k6 B( d! ~0 C8 i& `( A+ p; J/ z: g' e# A; u 25~30行：设置RCC_APB2ENR、GPIOA_ CRL对应位；1 }& m# m2 L% K- n3 Q/ Z # p% ^% x! E: E* m. _32~38行：循环修改GPIOA_ODR实现LED灯交替闪烁； D, W' m6 Z+ C2 S0 _# t7 v ' V! G7 t$ F* M! P+ |以上代码就实现了开发板用户LED灯（蓝色）交替闪烁效果，读者可以打开配套资料的“5_程序源码\0_单片机编程模式的发展\ 2_C语言操作寄存器开发\ Project\Led_Reg.uvprojx”工程，编译、下载，体验效果。 . z" U4 p' L. p$ f( I ; e' y4 X- \; }- u1 E( z4 Y; z使用C语言后，只需定义指针变量指向对应寄存器，修改该指针变量的值，即可修改对应寄存器，操作上方便了很多。( O9 c1 S/ g( }9 ~2 }5 C / u6 g' F$ y$ ]! a + W8 m( U9 G3 x+ N& S6 `; P' r 6.4 C语言使用标准库开发2 l- P; ~8 H3 E" v6 v! o% J' B$ Z 前面的两种开发方式，适用于任何一款芯片，但需要仔细阅读《参考手册》找到对应寄存器，然后用指针变量指向寄存器。2 G7 ~9 n6 \3 N r$ f2 Z- G7 N) C" @9 g( a4 XST公司为了让用户更快上手开发，产生用户粘性，将外设寄存器提前定义好，准备一些常用接口函数供用户使用，这就是标准库的雏形。 3 ^' q/ X1 c1 w( t7 s/ h1 n5 K: l4 @" N+ X0 M8 u2 v 下面来感受下使用标准库的简便性。使用标准库通常不需要知道外设寄存器地址，只需要分析《开发板原理图》得知会用到哪一个引脚。 9 u# X# j: Z& h3 o( u' b& T c* ~ 本章涉及的代码位于100ASK_STM32F103_MINI开发板资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\2_C语言使用标准库开发\”。" b. p8 z! G5 ?+ D& ]- O8 q2 n7 R 5 [, b; q P8 l: N R首先使用C语言需要设置栈，这些初始化操作标准库已经帮忙完成了，我们只需要编写主函数即可，如代码段 6.4.1 所示。+ n2 ?* |3 Y7 P- D* o# {; n. L, t / n! M) B& }# f代码段 6.4.1 C语言使用标准库开发（main.c）- e* J/ L/ W& e7 ]9 j x * Y& S) b4 a6 k j+ p #include "main.h" 9 v4 J% P0 F7 }2 X6 k3 F 0 q/ ?2 p$ k4 G ^/ C) N5 v#include "stm32f10x.h" * o j+ d) y F1 R2 J: S$ w& Y, e #include "driver_led.h" T: P* q% F5 }* t8 |/ U) \1 T5 ?% x+ F/ n) p9 F . m6 j8 ]+ }: [0 K9 X$ t9 E5 V; U+ @7 q3 K- k# i' s5 k void delay(volatile long i) 0 P% z w$ \0 l+ f6 I K, P , P0 T& `) [. f: _9 X{ & Y8 v- Z. y- [& L D4 ]3 ? ' Y. d4 p8 R* ^- C; N0 J while (i--);+ l ~# G6 ], N! u$ w1 ~( l' T . k- L& u# M; R5 }5 G3 k0 L% U9 Y} 0 ?/ p1 U& Y4 H* Y0 u3 _1 r$ o 2 {5 D2 O {3 Z7 s& r7 `# t , L1 @# \& }- H5 p4 |5 q9 |, |9 s! g2 @. M. _. d8 I int main(void) & o7 s8 k: L* ?6 W) W* E$ n( q2 ?& c, ?3 w {3 o% H9 I! Q7 d# A6 q `' ] . v) |/ ]* \5 \' G/ e$ j2 e 3 y8 \9 W& C( G8 o! ]( ^5 C' o. L! k! }) G) J3 B6 ? // 初始化LED" U8 U( `+ t. ^$ B + F8 y, v! x5 _1 M5 P9 ^. S* t' q. ^ LedGpioInit();; H( R1 B/ r3 T5 I, s$ d . a' m% g0 {: ` R8 a 6 M8 [7 T' [0 J5 v" y$ i v) @- x# v0 R2 m // 点亮LED灯, N* f, U) t9 m# u/ e5 n$ P 3 q# u/ @( n2 p, P9 f while(1) * f! z) A! v& A' o% f# K2 r% y: j+ x5 C+ D7 L' z9 E { 6 v7 W; p; N* Z3 h# F . |. Y8 b6 [8 k8 _* A GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, Bit_SET); 4 V3 S8 D1 Y+ R" a+ t- E2 V9 {7 N6 z6 l delay(1000000);0 U+ S" ~2 {9 w$ n$ R* p5 X8 g # x2 y$ ~0 v' ^ GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, Bit_RESET);5 ]4 C6 H4 R" m z . m+ z3 y, N5 {; p0 J, Q delay(1000000);) {6 l3 u, P2 U ' h" s0 a1 S1 \ } % q7 S" F! q! P- C: n* I( Y* T" `/ S }复制代码 , x8 \8 q4 V1 K5 ^- l6 k2 @7 {6 P. h3 T1 m- [ 5~8行：循环递减传入的变量i，实现延时效果； ; R% G8 B1 ?+ a5 ?0 L$ W2 \5 l: h1 Y+ ?7 x5 \ 14行：调用编写的“LedGpioInit()”函数，初始化需要的GPIO，该函数定义在“driver_led.c”里，如代码段 6.4.2 所示； % e* p0 l8 ]; O3 H$ o6 F; V! j% `7 X9 E8 F5 V 17~23行：循环修改GPIOA_ODR实现LED灯交替闪烁；这里不再涉及寄存器操作，只需要调用标准库提供的“GPIO_WriteBit()”函数即可，该函数需要三个参数，分别是：GPIO端口、该端口引脚号、电平高低。这里操作GPIOA 1引脚，因此传入“GPIOA”、“GPIO_Pin_1”、“Bit_SET”或“Bit_RESET”，使用这些宏定义，用户基本就无须查阅《参考手册》，上手相对容易很多；* C: M I: _2 V) l - S+ u" @0 ]3 h 代码段 6.4.2 GPIO初始化（driver_led.c）: a; ~ z4 x/ t v* q U3 v 8 G5 P ^: r+ O3 t #include "driver_led.h" 7 [2 O0 ^9 ^! D; k d% b 0 J' S7 ?5 d' ?2 ` 2 X- r* D: E* F % V% b% p0 n, r7 ]! ^ r/* ; ?3 ]; H5 \' a' F! z# H% Y , `" C4 v4 y% d5 j! c; B * 函数名：void LedGpioInit(void): `3 a1 f1 p; o1 _/ y/ c 5 n, I4 m3 m+ V * 输入参数：无 - v, S! t8 Q: Y$ Y3 u2 `/ Y5 }8 N% E& W * 输出参数：无, @% L _) N. h/ n" q 7 O9 {7 g; C% @ * 返回值：无' f) C; T3 i3 K1 \, r5 C! g ; g1 S6 F: p2 H9 b0 b* c * 函数作用：初始化LED的引脚，配置为推挽输出( T' M1 N# `* I* ?- Z( w9 v( { 9 n, y* V4 U# L1 o1 C I */- c& a# E# F; n& k2 _9 A( f & w, x0 t [4 h. fvoid LedGpioInit(void) . q3 c4 z7 P9 |& {( T3 X+ s% X! s. K: ^% V/ ~) r {+ d. g5 E& v1 b4 _8 T Q8 b9 c, e% s6 M: ?, N6 g0 w // 定义GPIO的结构体变量3 b$ P9 ?' Z! ]: [' s% z1 W 2 ~5 k0 a: O% ^! f$ ^5 \$ B3 a GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; . s) x* [* O% V% p( d* h8 H# m, ?: L8 h8 x% [: x# Y // 使能LED的GPIO对应的时钟 8 @9 u0 b: e% v2 n - n$ w/ x0 D2 k* t RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);; C+ J) T0 b( Y# V3 ] 8 o$ k; ?6 r# i @' C5 L$ Z; w: b , a t( X, H7 J2 B0 o* f" C1 d- S# P |6 Q- t" L GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; // 选择LED的引脚6 g% R; |. }* P0 r# s - H5 c1 ~! h: Z, G% ^1 K+ P GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 设置为推挽输出模式4 j9 k8 ~/ S2 N S3 y & P) y) t" c d& S4 ? GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 引脚反转速度设置为快 2 L L% j; A( y7 r) g: Y! h/ Z% M6 B6 o2 Z+ G9 T7 W [ 8 y) W; E6 t& x* T% o7 @+ H5 Y) ~% ^$ A, v5 c8 R // 初始化引脚配置) V- f7 u- I* w0 g7 | ( E# k" S# H9 N) H9 c2 K g GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 3 C9 P9 _' I* w' m/ \ ) W1 Q: b6 Q/ N, B% d# Q7 c# Z}复制代码* h% K: f/ Y5 V1 ~* |- w 15行：使用标准库提供的“RCC_APB2PeriphClockCmd()”，传入需要设置的外设名字、是否使能；) I# m( d$ r. k; S 8 t6 Y7 r2 L- B9 v" [, j 13~22行：将GPIO属性封装为结构体，通过设置结构体成员的属性，完成对GPIO的设置；9 D! D s' ` @- b+ Z; i " J! A% V( J2 ?% V S 7 t0 B9 b/ O# z" K. G! I7 s) J) G* M% U# W6 S% h 以上代码就实现了开发板用户LED灯（蓝色）交替闪烁效果，读者可以打开配套资料的“5_程序源码\0_单片机编程模式的发展\ 3_C语言使用标准库开发\ Project\ Led_Standard.uvprojx”工程，编译、下载，体验效果。 2 h* o# `8 A3 u/ ~ 6 O' S# j: s8 \使用标准库后，基本不涉及外设寄存器的地址，同时提供很多函数实现相关功能的操作，用户只要熟悉之后，很快就能举一反三，修改相关传入参数，实现自定义需求。. z t' g, x: N% e! s % `; l4 `: m0 \! ~: w5 }' h . o# L! L! z$ F ~) ` 6.5 C语言使用HAL库开发1 Y3 c" B% r- O/ |; k6 W ST公司先后推出了两套主要库：标准外设库（Standard Peripherals Library）和HAL库（Hardware Abstraction Layer）。标准外设库是STM32最早发布的固件库，对STM32芯片进行了完整的封装，包含所有外设的性能特征，每个外设驱动都由一组函数组成，这组函数覆盖了该外设所有功能。因为发布比较早，教程比较多，目前仍有不少开发者使用。标准外设库是针对某一系列STM32芯片而设计的，没有可移植性，目前该库已将停止了更新、研发，最近几年发布的新STM32芯片已经不再支持。- C$ h T& i: P. e4 i0 {5 T0 v # F" i5 G5 l1 o& K1 ]- KHAL库是ST公司这几年极力推荐的官方库，目前支持STM32全系产品，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，HAL库具有更高的抽象整合水平，API集中关注外设的公共函数功能，使得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。此外还有LL库（Low Layer），相比其它固件库更接近硬件层，一般和HAL库结合使用，可以看作是HAL库的补充。 ! I; |# i1 [) } C5 a0 @. e8 E: s& R2 ^ D 本章涉及的代码位于100ASK_STM32F103_MINI开发板资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\2_C语言使用HAL库开发\”。9 k2 i+ a. A, g4 Z2 A! Q & [' G( N$ N( W) U9 d6 K, p HAL库和标准库的使用区别不大，也无需知道外设寄存器地址，主函数如代码段 6.5.1 所示。 4 P8 F4 x. O& m8 @# ~* Q. z + m3 e" T& L, ]! {5 i代码段 6.5.1 C语言使用HAL库开发（main.c） ; c, g! h) T6 ]6 |5 m/ F" M8 W* s! ]" ?/ t5 {6 v2 ~ #include "main.h" " E$ x) D" D) ~. V & y. Y) r/ L* a0 q7 g+ R#include "driver_led.h"1 U! Y/ X& d0 W J) b2 _5 b; I( Y: \9 Z 3 E) u( f9 u8 z, |/ X' v ' R6 v8 Y/ ?/ m# e, Dint main(void)8 r: ^) e" L. j& q5 k, g 8 S- c. w3 ^- G2 A2 [ { 4 [5 Z% K3 W) w* ]; }! V. V7 r5 v# ]0 | // 初始化HAL库函数必须要调用此函数2 n4 s& @+ I# i) `- [- i 8 H, |/ n- m( u$ m8 x: x HAL_Init();- f% I R4 ~3 A , @, Z- Q5 V. B8 p // 系统时钟即AHB/APB时钟配置4 x x# A" }! g& z 0 p6 b+ c1 I9 R# F8 g SystemClock_Config(); 4 a. ?( U* x$ Q7 K- R5 L8 Z' W* W# ]" ~3 G 9 G }* n" _9 s8 a- Y1 H ' O# B. a( N- m% V) T! \ // 初始化LED / p: i, T4 H. v8 m( s+ w' q- V7 o4 q; o6 v( {$ R2 _ LedGpioInit();$ x! m2 d$ \) I4 M 9 I+ r' a" `, Q2 B ; j' h4 ]: D6 A* s) r2 y% D$ B6 r" ] $ w" j l6 z* R/ a7 ~7 n // 点亮LED灯# |5 B7 \7 q$ Z) A+ o 8 F& {7 K7 q5 b7 U% [4 i' n while(1) 3 @" e b% ]3 B* }2 g9 q8 t i; t! u$ C: p {! Q/ `- d5 J1 A( {* { 2 L6 |( P! x) s) s. }) c% L HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);) K7 L5 L9 F& Q( V + ?8 e% ?& _+ c HAL_Delay(1000); + c: M; Q* U* U1 n3 J- c ]3 ?9 K, \% F# b# R& [) h5 W HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);5 o$ P4 @' K+ e9 J + a- C( C2 g' ^3 v8 q# e; b HAL_Delay(1000); ; X, J( e+ t0 G- X9 x: x7 A ) R! W. `0 r5 n4 j4 } }- J7 o3 @; J+ @. L m; p4 p 7 X% q9 g- b' O$ w6 H, M+ C# d }复制代码7 p0 y; ^2 h( e' N 6~9行：使用HAL的一些初始化操作； 7 b9 G0 O1 E6 k6 C* G $ y i8 h& W1 M11~12行：调用编写的“LedGpioInit()”函数，初始化需要的GPIO，该函数定义在“driver_led.c”里，如代码段 6.5.2 所示；5 m, q0 M- c3 J# R. f" w # j/ n& w( e( K) r: z0 q& z! A15~21行：通过调用HAL提供的“HAL_GPIO_WritePin”函数控制引脚输出的电平高低；HAL库还提供延时函数“HAL_Delay()”，用户不用再自己编写延时函数； . U. M* ~9 h# a. c* L9 X0 w0 r" [( J& l1 F- G& i 代码段 6.5.2 GPIO初始化（driver_led.c） $ [9 j$ v9 ]: {- [ * c0 S! R. a( V# c6 {# _#include "driver_led.h"; K {; ?9 i/ L6 B6 Y8 R9 c) G 2 Q0 X; V, [8 v0 {5 O2 H; J 5 ?% K( n( s" e: F3 Z* a. l3 c* {/ _9 m; `3 C. e /*0 A3 C: \/ `! Y0 Y5 D 2 N* K8 s" a0 a * 函数名：void LedGpioInit(void)2 M5 G9 c) L. x' m# E6 } 9 ~" T" q U( D4 w. @4 J; Z9 z$ U * 输入参数：无 3 G/ D# W0 l. E- i2 j$ }' H2 W2 b/ U V0 U& y0 H: F * 输出参数：无& Q4 q5 K. O F2 k; n o4 A% u , X1 |# g" y' q4 U3 }0 k * 返回值：无& {( W, n7 m# \- K1 t. Y* T: L o - S- v( O6 b; g! f5 e0 g8 H * 函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出 4 O9 H# y7 M- g9 `- a, O, i3 O2 f$ }4 w8 B- h8 o */ 4 `" a! i# O4 ], Q g2 o" m& L 4 B2 a& j5 ]4 p9 [ [void LedGpioInit(void)4 Q% @2 o9 P+ C; Q. h7 g/ ]" N& V4 E ( ~) f9 I2 \" V" v: q( J" e+ ], | {& b* R3 O( f' ~ 2 H# l7 P4 I! l' b4 J+ ^/ g6 z+ t9 v // 定义GPIO的结构体变量. W0 }; d+ N8 V/ P. b' k 6 C* \1 t# U4 m9 K, C( n3 \; s GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};- n0 Y e5 w% y+ Y, X3 M 9 y8 R2 {4 y: X. Y# X- w$ x: x; w // 使能LED的GPIO对应的时钟! h2 A; |" y, [' j% E* L( q+ h # L; I% Y9 `4 ?: Q __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); ( Z7 N* ^! C7 G- W5 b# S7 ` / X9 R- c) j# k; c" b$ ^1 H+ H2 Z* n: O% E; h0 p$ E- t 3 ^$ _; F# z$ ~: s% l$ F, ^# ` GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; // 选择LED的引脚 , M3 R& v- ], ^+ }6 n8 [3 f) C. n8 {% k GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 设置为推挽输出模式; n- x& c" F. I; m. f 9 o( B' z+ U) r/ e. R GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 默认上拉4 E( U) N/ p% Y( | 2 ?) S3 ^! {( }3 R+ N; }5 g# d GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;// 引脚反转速度设置为快 a+ r# n* Y u G4 ] U. R* g; B, ~5 l( _ ) X" X. ]3 q. p, S 2 Y& w3 G# {0 |, r; x // 初始化引脚配置0 D$ o. D% q% O' E4 [4 l! S2 p2 g " a6 ^+ n2 [( @2 y( H, F HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);4 {% R& j, [+ s9 d: G% {! g - \- ~1 r6 ?/ ]6 z1 n 1 z( v" I% L9 }6 B1 E' G+ e ( @2 k) V. E! Z- }, @9 o' ?}复制代码 * {3 X& {! c' e- V* ~ Z4 L15行：使用HAL库提供的“__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()”使能GPIO A端口时钟； , g, P/ V8 _# A- W* o , [* m# Y4 w$ P; c' m- V+ N+ F13~23行：将GPIO属性封装为结构体，通过设置结构体成员的属性，完成对GPIO的设置；8 ^0 P6 k! u/ ^) j! X: n 2 Q4 i# G" T7 f6 I& p5 w7 H3 z1 e7 `# E; U 以上代码就实现了开发板用户LED灯（蓝色）交替闪烁效果，读者可以打开配套资料的“5_程序源码\0_单片机编程模式的发展\ 4_C语言使用HAL库开发\ Project\ Led_Hal.uvprojx”工程，编译、下载，体验效果。 }1 Q% `9 G' J' h6 m, @ k q; H8 F$ m& o& V' a 使用HAL库的体验和标准库差不多，但HAL兼顾了其它ST芯片，用户可以无缝过渡到ST其它芯片的使用。各开发模式之间的差异如表 6.5.1 所示。 0 U- b$ w6 o) e; q ! Y* s- c7 e% V* { ( w3 p% } R6 [; U . k% \6 i% q# ]6 p X& s/ P# O 表 6.5.1 各开发模式差异 8 v1 x5 ?0 n& l2 f: h" L8 y. d + O9 L4 ?( E& ^, P1 M: Z; s) v2 J 5 H, `, S* K+ I" y3 ?【总结】7 _6 t( b: D# Y7 f1 R7 ~9 { 4 y4 V" f( \4 f c本章开始讲解了一些STM32结构的基础知识，这些知识对STM32的整体理解会有很大帮助，读者应多理解。! v( @' q& W! r) S, R' O- `) j4 g . x$ h& y, } g" Z8 B 随后介绍的四种开发模式，读者重点理解C语言操作寄存器开发和使用HAL库开发。后续的实验会以HAL库为主，但读者也应理解HAL库的本质也是操作寄存器，因此理解如何操作寄存器，对以后学习、调试，都会有帮助。 . k& p, [3 p' y V2 n! n; ]- x 9 }" O( |% _7 @% k 作者：攻城狮子黄 6 U& U7 P7 ]6 n7 w5 i' r 7 q" o& q9 r3 j) p3 z' V! S 4 v$ M- E, s \4 y: `1 f O

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STMCU小助手发布时间：2022-8-30 13:39

技术帖
文章封面:
文章简介:	STM32经验分享第6章单片机开发模式的发展

6.1 STM32结构
从“2.2 ARM与STM32的关系”可知，ARM公司负责设计内核，半导体芯片厂商拿到内核授权后，根据产品需求，添加各类组件，生产芯片售卖。如图 6.1.1 所示，为STM32的组成示意图，其中Cortex-M3内核、调试系统都是ARM公司设计，内部总线、外设、存储、时钟复位等都由ST公司开发。

在编程之前，对STM32的总线结构、存储结构、外设寄存器等有个大致了解，有助于理解编程中的一些操作。此外，中断与异常（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC）、时钟复位（Reset and Clock，RCC）也很重要，且与编程紧密相关，在后面相关实验章节里再专门讲解。

对于开发者，掌握一款MCU的开发需要重点关注四大模块：时钟复位、中断异常、存储映射和外设寄存器组。

图 6.1.1 STM32组成示意图

6.1.1 STM32总线结构
总线（Bus）是各种信号线的集合，是嵌入式系统中各部件之间传输数据信息、地址信息和控制信息的公共通道。

与总线相关的主要参数有总线宽度、总线频率和总线带宽。总线宽度是指总线能同时传输的数据位数，如8位、32位、64位；总线频率是指总线的工作速度，频率越高，速度越快；总线带宽用来描述总线传输数据的快慢，总线带宽=总线宽度x总线频率/8，单位为MB/s。

STM32的总线结构如图 6.1.2 所示，可以分为6部分。

图 6.1.2 STM32总线结构框图

①ICode总线（Instruction bus）：用于访问存储空间里指令的总线；

②DCode总线（Data bus）：用于访问存储空间里数据的总线；

③System总线：用于访问指令、数据以及调试模块接口；

④DMA总线：用于内存与外设之间的数据传输；

⑤Bus matrix（总线矩阵）：用于总线之间的访问优先级管理控制；

⑥APB总线：用于外设接口的数据传输；ARM公司推出AMBA片上总线结构，该总线主要包含先进高速总线（Advanced High-speed Bus，AHB）和先进外设总线（Advanced Peripheral Bus，APB），分别连接高速设备和低速设备。基于这个总线结构，ICode、Dcode、System Bus都是AHB总线。这里AHB系统总线经过两个AHB-APB桥转换成了两个APB总线。APB1上挂接有DAC、UART等外设，其最高频率可达36MHz；APB2上挂接有ADC、GPIO等外设，其最高频率可达72MHz。

在MCU每次复位后，所有的外设时钟都会默认处于关闭状态。因此，在使用外设前需要操作复位和时钟寄存器(Reset and Clock Control，RCC)开启所需外设的时钟。

6.1.2 STM32存储结构
CPU通过总线访问各个外设，现在通往外设的“路”已经铺好，还需要规定各个外设的“门牌号”，以便精准控制每个外设。ARM Cortex-M3系列的处理器，采用存储器与I/O设备（外设）统一编址的方式，将部分存储器地址范围用于外设，这种通过存储器地址访问外设的方式，称为存储器地址映射。

对于32位的处理器，可寻址的范围为232字节，即，也就是0x00000000至0xFFFFFFFF。ARM将这4G空间从低地址到高地址依次划分为代码区（Code）、片上SRAM区（SRAM）、片上外设（Peripheral）、片外RAM（External RAM）、片外外设（External Device）和系统级（System level），如图 6.1.3 所示。

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图 6.1.3 ARM Cortex-M3存储器映射结构图

ARM公司只是大概的规定了存储器空间的映射，允许各芯片厂商在指定范围内自行定义和使用这些存储空间，未分配的空间为保留的地址空间。

STM32在ARM规定的基础上，将4G空间分为了Block0、Block1、Block2、……、Block7，共8块，每块大小为512MB，如下表 6.1.1 所示，详细结构如图 6.1.4 所示。

表 6.1.1 STM32存储器映射结构

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图 6.1.4 STM32存储器映射结构

①0x0000 0000 ~ 0x1FFF FFFF(512MB)：作为代码区，用于存放下载的代码。系统上电后，将从该部分读取代码；

②0x2000 0000 ~ 0x3FFF FFFF(512MB)：作为SRAM区，用于存放运行代码。系统上电后，将从Flash读取代码，放到SRAM里，CPU再从SRAM读取代码运行；

③0x4000 0000 ~ 0x5FFF FFFF(512MB)：作为片上外设区，用于存放厂商外设寄存器。要操作外设，即修改这里对应的外设寄存器；注意这里的RCC和Port B外设的地址范围，后面很快就会用到；

④0x6000 0000 ~ 0x9FFF FFFF(1GB)：作为片外RAM，用于扩展RAM。当SRAM或者Flash不够用时，MCU通过FSMC外接其它IC芯片，则在这个地址范围读写IC芯片数据；

⑤0xA000 0000 ~ 0xDFFF FFFF(1GB)：作为片外外设区，用于读写扩展IC芯片的寄存器。ST只用了这里的一半空间，另外一空间未使用；

⑥0xE000 0000 ~ 0xFFFF FFFF(512MB)：作为内核外设区，用于存放Cortex-M3内核的内部外设。Cortex-M3内核的内部外设有NVIC、Systick等；

在Block0、Block1圈出的三个范围，分别对应前面介绍的三个启动模式。当从主存储器启动，则是从Flash启动；当从系统存储器启动，则是从System memory启动；当从SARM启动，则是从SRAM启动。

对于开发人员，通常就是对Block2的片上外设寄存器进行读写操作，以控制外设资源，实现所需效果。

$ q: y7 T' d" Q) V
6.1.3 STM32寄存器
寄存器是用来存储二进制数据的时序逻辑电路，由众多晶体管组成。

前面提到的寄存器，都是外设寄存器。这些外设寄存器由芯片厂商设计，与存储器统一编址，常用C语言的指针来表示外设寄存器地址，实现对外设寄存器的访问和操作。

在嵌入式系统中，除了外设寄存器，还有一类叫CPU内部寄存器。这些内部寄存器由ARM设计，在CPU内部，常用汇编语言直接操作，用于暂存参与运算的数据和内核的一些控制。

开发人员，通常只操作外设寄存器实现需求功能，后面实验会详细讲解外设寄存器。而内部寄存器在实际开发中接触会比较少，后面汇编点灯实验会涉及部分相关知识，本小结简单介绍下内部寄存器。

ARM Cortex-M3微处理器的内部寄存器，又分为普通寄存器和特殊功能寄存器。普通寄存器如图 6.1.5 所示。

图 6.1.5 Cortex-M3通用寄存器

R0-R12（General-Purpose Registers）：用于数据操作的32位通用寄存器；一些16位的Thumb指令，只能访问低寄存器（R0~R7）；

R13（Stack Pointers，SP）Cortex-M3包含两个堆栈指针寄存器；同一时刻只能看到其中一个；

主堆栈指针寄存器（Main Stack Pointer，MSP）：操作系统（OS）内核和异常处理程序使用的默认堆栈指针；

进程堆栈指针寄存器（Process Stack Pointer，PSP）：用于用户代码；

R14（Link Register，LR）：链接寄存器；调用子例程时，返回地址将存储在链接寄存器中；

R15（Program Counter，PC）：程序计数器；总是指向下一条指令所在单元的地址，可以写入该寄存器以控制程序流；

Cortex-M3处理器还具有许多特殊寄存器，如图 6.1.6 所示。

图 6.1.6 Cortex-M3特殊寄存器

xPSR（Program Status registers）：程序状态寄存器；用于存放程序运作中的各种状态信息以及中断等状态；由应用状态寄存器（APSR）、中断状态寄存器（IPSR）和执行状态寄存器（EPSR）组成；

PRIMASK、FAULTMASK和BASEPRI：中断屏蔽寄存器；用于控制异常和中断的屏蔽；

CONTROL：控制寄存器；用于定义特权状态和当前使用哪一个堆栈指针；

【总结】

STM32由ARM公司设计的Cortex-M3内核与ST公司开发的外设资源组成。

Cortex-M3内核有内部寄存器，主要用于运算和内核的控制，这块对于初学者较难，暂时了解即可。

Cortex-M3内核通过总线和外设连接，重点了解大部分外设都挂载APB即可。

STM32采用存储器与外设统一编址的方式，控制外设，则对应操作指定地址的外设寄存器即可，这是后续实验的重点。

6.2 使用汇编开发
汇编语言（Assembly Language）是一种用于电子计算机、微处理器、微控制器或其它可编程器件的低级语言。

在单片机出现之初，由于性能限制，都是使用汇编进行开发。随着技术的发展，制程工艺的提升，单片机的处理速度越来越快，越来越多的单片机使用C语言开发。如今，一些低端MCU还在使用汇编开发；一些高要求程序优化的场合也会使用汇编；MCU/MPU的启动初始化部分也是汇编。本小结就带领读者感受下如何使用汇编操作开发板LED灯。

在编写代码前，本应该分析《开发板原理图》和《参考手册》，从而得知需要操作哪些外设寄存器，但这不是本小结主要内容，具体的分析方法放在后面对应的实验章节，读者暂时无需深入理解以下内容的由来：

1. 从《开发板原理图》可知，控制GPIOB 0引脚，即可控制开发板三色灯的红色灯；

2. 从前面STM32总线结构分析可知，GPIOA挂载APB2上，由RCC控制；

3. 从前面STM32存储结构分析可知，RCC起始地址为0x4002 1000，再仔细查看《参考手册》RCC寄存器部分，可知寄存器RCC_APB2ENR（偏移地址：0x18）的第2位（IOPAEN），设置为1则GPIO A组的使能；

4. 从前面STM32存储结构分析可知，GPIO A起始地址为0x4001 0800，再仔细查看《参考手册》GPIO寄存器部分，可知寄存器GPIOx_CRL（偏移地址：0x00）的第4:5位（MODEy），设置为1则GPIO A1为输出，寄存器GPIOx_ODR（偏移地址：0x0C）的第1位（ODRy），设置为1则GPIO A1为输出高，设置为0则GPIO A1为输出低；

有了以上基础，就可以编程控制LED灯了，本章涉及的代码位于100ASK_STM32F103_MINI开发板资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\1_使用汇编开发\”。

如代码段 6.2.1 所示。汇编代码对初学者不友好，读者对代码内容不理解也正常，也无需深入理解汇编指令，这里主要目的是展示如何用汇编操作寄存器。

代码段 6.2.1 汇编操作寄存器（startup_stm32f10x_md.s）

; Reset handler
% |( Z4 e* o+ O# `" m
1 u" k+ t% ^$ F# s' x, |' [
Reset_Handler PROC
8 A& l& g! B+ l0 l1 f
' A3 g v! E, {
. v. k0 W0 G c( f" U, g. F& \8 \
3 M P% T1 p) N) N4 Q% k
; 使能GPIOA2 U- X. E% |4 T* \4 x
f7 e/ p* M5 x3 T! [& m: _0 ~
LDR R0, =(0x40021000 + 0x18) ; RCC_APB2ENR: S1 \; C+ ~, P g- R
8 K: w* ]' |7 g5 w5 Y) {" r
LDR R1, [R0]
& r) K- [. c( ?# |* j3 }
" w/ H G9 P7 Z+ p
ORR R1, R1, #(1<<2)% }8 H+ L* S' i
" I0 q6 {. v' Z$ X4 \4 J# J
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( Y3 N/ w2 n1 T( S+ W8 r
" ?4 k1 i$ T5 M A/ ]. k4 _
j0 q: G& l+ H1 a
; 设置GPIOA1为输出引脚+ I) c5 M+ S4 h$ K: o( T/ i
3 v; G0 k9 B% Y3 |3 ^* u+ A
LDR R0, =(0x40010C00 + 0) ; GPIOA_ CRL1 e" E- W. t, ?3 V( B) V# S
* b+ H6 T5 M R0 u+ l- M9 P0 G
LDR R1, [R0]
* @. l! Z# g2 A$ R! V0 k. f. o
5 r. r5 N/ s9 C) S
ORR R1, R1, #(1<<4)( g! M3 o0 @ k1 V- O/ B
. L- ]- t1 |4 q* J8 {) g
STR R1, [R0]
" T" n* q" N; q% I
7 C. K6 W `# e F% y; v8 G% |
p) n! R9 P+ g$ U
, z2 v" R9 h9 `
MainLoop/ i3 ]. g& x4 R/ t
' X0 _. ?0 t+ U. \/ x" [: z+ @
; 设置GPIOA1输出高电平
; `; R6 Q2 U6 ]6 q
: m6 j: M8 P- @
LDR R0, =(0x40010800 + 0xC) ; GPIOA_ODR
; z+ [0 p5 H, @/ K, T/ I* Z
' P } n/ X2 x I; r( y! {* ^
2 D4 ]6 c5 a; T4 T
- n6 m) n- [/ k- U R e
LDR R1, [R0]
- m* X5 M; k& m& p* L- N
$ v+ W. D( e! W# c( C ` s" s
ORR R1, R1, #(1<<1)0 J3 N u9 C2 O- U- S+ s, U) Q
# M5 e1 r& z/ I. P' W3 v w
STR R1, [R0]- r* N3 Q V6 k$ i% e
F2 P) @3 Y/ w5 Z$ [: Q' s4 t
BL Delay
/ N9 C* Y8 A- X X7 ~+ _* `
! L1 B6 E3 z$ j$ p5 t: {
: P2 y( A4 L& V
3 q2 I: u0 T# t/ v2 _
; 设置GPIIOA1输出低电平
& y$ L- V \$ z' E# A
1 n0 s; t' z0 k7 N
LDR R0, =(0x40010800 + 0xC) ; GPIOA_ODR
5 c: f8 R( d* @0 t- h
+ ^# m7 f& e0 y2 Z+ {, s' {
LDR R1, [R0]
+ }' q, X) R7 g2 x
+ r2 a. r! q: w
BIC R1, R1, #(1<<1)- q( o1 R% ]0 X7 m B* e) D8 ^
0 ]9 w; D: D+ h a7 c/ w
STR R1, [R0]
8 s' y2 r5 m6 p0 s
* H: |( u$ b4 W3 Y1 f a
BL Delay y/ L2 g* E. @, h' E& U) \3 O
" m& g) ?5 R7 c% e: B B
B MainLoop/ C. K0 P9 N# c5 P: W$ c5 w
2 b0 H8 l# a$ \; [+ z$ K
! e/ G! z$ `- T7 k+ U0 j
* U/ _0 Q) X y+ `1 z
Delay
: Q2 T" y1 T. m
# g) ^- V$ r. D+ g2 C/ p" K
LDR R0, =300000# e( x+ Y5 Z; ~) f) @' L
6 w) H5 k, B2 K; G1 o3 I0 g
DelayLoop, ^+ d' h' \) b) p3 s5 I3 r6 S
+ m" ^1 Z: m- v
SUBS R0, #1
; c+ X+ `3 y. f/ \. k) H) l
- Y! G$ m2 T: W/ e
BNE DelayLoop+ e' b2 t- h* I4 y+ t( a- M& e
: S% z: |5 w/ g; m1 {, q
BX LR+ I. F% z G N+ M$ k' X3 X
N0 _" o+ G5 z6 N/ N/ R2 F
NOP' [% y' _) }" i( ]: }* [
) k) W, t$ k% G" l+ u+ U
ENDP
' f; s# {1 s1 d7 S* h2 ]% Y8 N
5 r( ]1 o! c& [, c& [- Y' ~- _& F
END

复制代码

4~8行：设置外部寄存器RCC_APB2ENR的第2位（IOPAEN）为1，使能GPIO A组的时钟；

5行：将0x40021018（RCC_APB2ENR的基地址+偏移地址）放入内部寄存器R0中；

6行：将0x40021018地址的值（此时RCCC_APB2ENR寄存器的值），放入内部寄存器R1；

7行：将R1的Bit2设置为1，并将设置后的结果放入R1；

8行：将R1的内容，放入R0所指向的地址，也就是将修改后的数据放入RCCC_APB2ENR寄存器；

10~14行：设置外部寄存器GPIOA_ CRL的第4:5位（MODE）为1，让GPIO A1为输出模式；

16~30行：设置外部寄存器GPIOA_ODR的第0位（ODR）先后为1和0，让GPIO A1为输出高、低电平；

32~40行：循环减R0实现延时效果；

以上汇编代码就实现了开发板用户LED灯（蓝色）交替闪烁效果，读者可以打开配套资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\1_使用汇编开发\ Project\Led_Reg.uvprojx”工程，编译、下载，体验效果。

可以感受到，使用汇编编写程序，生涩难懂，因此越来越少的单片机使用汇编来编写代码，下面再来体验下C语言实现一样的效果。

6.3 C语言操作寄存器开发
在使用C语言操作寄存器前，仍需要先分析《开发板原理图》和《参考手册》，从而得知需要操作哪些外设寄存器，假设读者已经了解需要操作哪些外设寄存器。

本章涉及的代码位于100ASK_STM32F103_MINI开发板资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\2_C语言操作寄存器开发\”。

使用C语言之前，需要先设置栈，如代码段 6.3.1 所示，在上电复位后立即设置栈，随后跳入main函数执行。

代码段 6.3.1 设置栈（startup_stm32f10x_md.s）

; Reset handler8 F: R; r3 d1 S
8 \" V: k6 s/ H3 D1 M, i. R2 O
Reset_Handler PROC
4 n" ]4 S* {" x/ \: H
. C7 e/ f3 H1 {. z+ Y* U% Z
IMPORT main) ^' l; i1 r, n- ?( w$ ?
7 T, N5 C8 l+ K7 }( T/ e: j
LDR SP, =0x20000000+0x1005 e& t) r6 w' v& f/ f5 t( E
i2 N* w. K# U& E+ C: V( Y+ b
BL main8 `/ ~, H( _+ o
# `8 x0 ^1 c- E# z5 z
ENDP& A9 e# E+ j1 I% {4 y( S2 l. V
! Y9 o" i2 |) H$ m; b
END
/ I, e( l6 O" q! U* j$ L" E

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代码段 6.3.2 C语言操作寄存器（main.c）

#define RCC_APB2ENR (0x40021000 + 0x18)
$ H9 W1 k9 U+ X; t
& q4 e7 c& t H$ W
#define GPIOA_BASE (0x40010800)
4 f; M% z4 y4 F
; g# X' [8 P& b! V( v# T
#define GPIOA_CRL (GPIOA_BASE + 0)3 R F, J3 u5 s- s, c; C
, \9 q# a8 n+ s, z3 w$ B a
#define GPIOA_ODR (GPIOA_BASE + 0X0c): _' R3 j5 E4 \9 S6 p6 T) a
; o, X0 \, t! j: ?
% H: u3 t+ G* p
, O& m$ n1 }, W
void delay(volatile long i)# _5 m, V6 K1 ?
6 h' ~8 F0 D U2 W7 h- M4 L- ^
{+ w7 n7 i5 W& j% j& s
, z" M" a0 q# u4 n. O0 w+ f+ a
while (i--);
0 o/ I8 N% |. x; j
7 \1 ^6 j# j% k. U$ {
}. w1 l m: C( Q+ p) ?' N6 N
4 F( p) J& x* a7 `
( q# M8 ]) i% J8 [
. E$ K* u- {8 G/ I( m
int main(void)" P$ x9 x, g7 `$ w1 J. {' x O
4 n I$ v1 m: u4 t0 Z
{
, F9 x7 i$ I) F+ c- i" o
/ e3 F) D# q4 k% \3 i' M6 o
volatile unsigned int *pRccApb2Enr;
+ k) N2 T. g t1 _- g' x! P
0 P: h0 D/ B/ H6 A
volatile unsigned int *pGpioaCrl;2 _0 E* J5 F' \- S! @0 b
$ z5 d! A, W' L8 e% k
volatile unsigned int *pGpioaOdr;
, k+ s5 c. u4 E
. I: G4 V( {3 \
6 l7 v3 t1 \0 K: }; r6 M+ S
) B9 k7 w- u7 u+ F
pRccApb2Enr = (volatile unsigned int *)RCC_APB2ENR;2 C) q/ u; U, b/ P( l8 A8 L* _7 [* U
% I' O8 [: e+ n7 \
pGpioaCrl = (volatile unsigned int *)GPIOA_CRL; e- p3 s: b- f; U) m0 ?1 P3 ?5 D$ j" P6 R
5 |2 n. _' X [* R2 k& \$ t. o( U
pGpioaOdr = (volatile unsigned int *)GPIOA_ODR;
8 z" M: Q9 G8 {4 j/ W4 ~2 M" i
$ P" E: S* `- h
0 v* u0 J! Y+ X3 A$ K
& b A. g$ E! M4 I5 u B
/* 1. 使能GPIOB的时钟
; V! |# G+ x# Q
' \( W; F- C" r' k% u; Q# D
* GPIO是挂载在APB2上的，所以我们要使能APB2的外设时钟使能位7 R: w9 V% N. E
$ w/ J! |( K# U' ^( i% c8 I
* 从RCC_APB2ENR寄存器描述中我们可以看到APB2ENR[8:2]是GPIO[G:A]时钟的控制位，控制GPIO时钟是失能或者使能) c8 K/ ~$ c) _4 L& y
/ k& q4 }; T3 M* l) @
* 开发板上的LED的GPIO组是使用的GPIOA，即要使能APB2ENR[2]位，为其赋值“1”即可打开GPIOA的时钟 */
3 W) \) Z+ ~7 J( S% y
7 b3 X$ g1 Y! E- B$ @) q+ z- S
*pRccApb2Enr |= (1<<2);
+ V, q1 T7 T$ q
( f4 p" w @$ P, {- E
: \+ I) o/ s- P/ e W
) H5 R5 k* g/ Q
/* 2. 设置GPIO为输出功能:: U+ G; o& L- h/ o
7 p2 z$ s0 I% K8 I; k
* MODE_0=1,PB0输出模式，输出速率最大10MHz
F+ E0 Z0 o# |/ F9 \
7 k# K6 a# M Z0 `/ ^2 e7 U0 q' v/ a
*/3 F! W3 l0 T& [0 ~* h
( U! h/ R0 |3 i) Z1 F* c
*pGpioaCrl |= (1<<4);& E/ V7 i% Z4 R
" ]& V; T% n% h- C: q
1 [8 d; Q1 I, i {% X
" f# |- h& N3 `
while (1); t3 H& Y0 c8 m8 `7 A
. J n8 c# \3 S& X! W H
{% w' O, \3 I% H$ f( U/ q
) F. ^( d E: W; P& W2 ]
*pGpioaOdr |= (1<<0);
( @" y5 ?- d0 X3 u3 n: ?- ^1 P
# k- u2 ]. V H/ C2 C/ F
delay(1000000);2 \" @& F6 _& i9 _; S& P
5 u( s3 N7 t1 ]$ g; j( _
*pGpioaOdr &= ~(1<<0);* k/ A3 G+ _) ~3 {% j* {; q7 E
8 c8 p$ {% L9 |6 j" i( T
delay(1000000);, V& d) \9 B4 e |- F* T
" A5 X" B t: ?+ V; b. ^
}
/ _; C3 A2 e/ a& I* p4 c3 n3 [
7 i! U5 r8 ]6 L# V8 A: a: ]( H/ @
}

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主函数如代码段 6.3.2 所示。

1~4行：用宏定义了需要用到的各外设寄存器地址：RCC_APB2ENR、GPIOA_ CRL、GPIOA_ODR；

6~9行：循环递减传入的变量i，实现延时效果；

13~15行：定义指针变量；

17~19行：设置指针指向对应寄存器；

25~30行：设置RCC_APB2ENR、GPIOA_ CRL对应位；

32~38行：循环修改GPIOA_ODR实现LED灯交替闪烁；

以上代码就实现了开发板用户LED灯（蓝色）交替闪烁效果，读者可以打开配套资料的“5_程序源码\0_单片机编程模式的发展\ 2_C语言操作寄存器开发\ Project\Led_Reg.uvprojx”工程，编译、下载，体验效果。

使用C语言后，只需定义指针变量指向对应寄存器，修改该指针变量的值，即可修改对应寄存器，操作上方便了很多。

6.4 C语言使用标准库开发
前面的两种开发方式，适用于任何一款芯片，但需要仔细阅读《参考手册》找到对应寄存器，然后用指针变量指向寄存器。

ST公司为了让用户更快上手开发，产生用户粘性，将外设寄存器提前定义好，准备一些常用接口函数供用户使用，这就是标准库的雏形。

下面来感受下使用标准库的简便性。使用标准库通常不需要知道外设寄存器地址，只需要分析《开发板原理图》得知会用到哪一个引脚。

本章涉及的代码位于100ASK_STM32F103_MINI开发板资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\2_C语言使用标准库开发\”。

首先使用C语言需要设置栈，这些初始化操作标准库已经帮忙完成了，我们只需要编写主函数即可，如代码段 6.4.1 所示。

代码段 6.4.1 C语言使用标准库开发（main.c）

#include "main.h"
9 v4 J% P0 F7 }2 X6 k3 F
0 q/ ?2 p$ k4 G ^/ C) N5 v
#include "stm32f10x.h"
* o j+ d) y F
1 R2 J: S$ w& Y, e
#include "driver_led.h"
T: P* q% F5 }* t8 |
/ U) \1 T5 ?% x+ F/ n) p9 F
. m6 j8 ]+ }: [0 K9 X$ t9 E
5 V; U+ @7 q3 K- k# i' s5 k
void delay(volatile long i)
0 P% z w$ \0 l+ f6 I K, P
, P0 T& `) [. f: _9 X
{
& Y8 v- Z. y- [& L D4 ]3 ?
' Y. d4 p8 R* ^- C; N0 J
while (i--);+ l ~# G6 ], N! u$ w1 ~( l' T
. k- L& u# M; R5 }5 G3 k0 L% U9 Y
}
0 ?/ p1 U& Y4 H* Y0 u3 _1 r$ o
2 {5 D2 O {3 Z7 s& r7 `# t
, L1 @# \& }- H5 p4 |5 q9 |
, |9 s! g2 @. M. _. d8 I
int main(void)
& o7 s8 k: L* ?6 W
) W* E$ n( q2 ?& c, ?3 w
{3 o% H9 I! Q7 d# A6 q `' ]
. v) |/ ]* \5 \' G/ e$ j2 e
3 y8 \9 W& C( G8 o! ]( ^5 C' o. L
! k! }) G) J3 B6 ?
// 初始化LED" U8 U( `+ t. ^$ B
+ F8 y, v! x5 _1 M5 P9 ^. S* t' q. ^
LedGpioInit();; H( R1 B/ r3 T5 I, s$ d
. a' m% g0 {: ` R8 a
6 M8 [7 T' [0 J
5 v" y$ i v) @- x# v0 R2 m
// 点亮LED灯, N* f, U) t9 m# u/ e5 n$ P
3 q# u/ @( n2 p, P9 f
while(1)
* f! z) A! v& A' o% f
# K2 r% y: j+ x5 C+ D7 L' z9 E
{
6 v7 W; p; N* Z3 h# F
. |. Y8 b6 [8 k8 _* A
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, Bit_SET);
4 V3 S8 D1 Y+ R" a
+ t- E2 V9 {7 N6 z6 l
delay(1000000);0 U+ S" ~2 {9 w$ n$ R* p5 X8 g
# x2 y$ ~0 v' ^
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, Bit_RESET);5 ]4 C6 H4 R" m z
. m+ z3 y, N5 {; p0 J, Q
delay(1000000);) {6 l3 u, P2 U
' h" s0 a1 S1 \
}
% q7 S" F! q! P- C
: n* I( Y* T" `/ S
}

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5~8行：循环递减传入的变量i，实现延时效果；

14行：调用编写的“LedGpioInit()”函数，初始化需要的GPIO，该函数定义在“driver_led.c”里，如代码段 6.4.2 所示；

17~23行：循环修改GPIOA_ODR实现LED灯交替闪烁；这里不再涉及寄存器操作，只需要调用标准库提供的“GPIO_WriteBit()”函数即可，该函数需要三个参数，分别是：GPIO端口、该端口引脚号、电平高低。这里操作GPIOA 1引脚，因此传入“GPIOA”、“GPIO_Pin_1”、“Bit_SET”或“Bit_RESET”，使用这些宏定义，用户基本就无须查阅《参考手册》，上手相对容易很多；

代码段 6.4.2 GPIO初始化（driver_led.c）

#include "driver_led.h"
7 [2 O0 ^9 ^! D; k d% b
0 J' S7 ?5 d' ?2 `
2 X- r* D: E* F
% V% b% p0 n, r7 ]! ^ r
/*
; ?3 ]; H5 \' a' F! z# H% Y
, `" C4 v4 y% d5 j! c; B
* 函数名：void LedGpioInit(void): `3 a1 f1 p; o1 _/ y/ c
5 n, I4 m3 m+ V
* 输入参数：无
- v, S! t8 Q: Y$ Y3 u2 `
/ Y5 }8 N% E& W
* 输出参数：无, @% L _) N. h/ n" q
7 O9 {7 g; C% @
* 返回值：无' f) C; T3 i3 K1 \, r5 C! g
; g1 S6 F: p2 H9 b0 b* c
* 函数作用：初始化LED的引脚，配置为推挽输出( T' M1 N# `* I* ?- Z( w9 v( {
9 n, y* V4 U# L1 o1 C I
*/- c& a# E# F; n& k2 _9 A( f
& w, x0 t [4 h. f
void LedGpioInit(void)
. q3 c4 z7 P9 |& {( T3 X
+ s% X! s. K: ^% V/ ~) r
{+ d. g5 E& v1 b4 _8 T
Q8 b9 c, e% s6 M: ?, N6 g0 w
// 定义GPIO的结构体变量3 b$ P9 ?' Z! ]: [' s% z1 W
2 ~5 k0 a: O% ^! f$ ^5 \$ B3 a
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
. s) x* [* O% V% p( d
* h8 H# m, ?: L8 h8 x% [: x# Y
// 使能LED的GPIO对应的时钟
8 @9 u0 b: e% v2 n
- n$ w/ x0 D2 k* t
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);; C+ J) T0 b( Y# V3 ]
8 o$ k; ?6 r# i @' C5 L$ Z; w: b
, a t( X, H7 J2 B0 o* f" C
1 d- S# P |6 Q- t" L
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; // 选择LED的引脚6 g% R; |. }* P0 r# s
- H5 c1 ~! h: Z, G% ^1 K+ P
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 设置为推挽输出模式4 j9 k8 ~/ S2 N S3 y
& P) y) t" c d& S4 ?
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 引脚反转速度设置为快
2 L L% j; A( y7 r) g: Y! h
/ Z% M6 B6 o2 Z+ G9 T7 W [
8 y) W; E6 t& x* T% o7 @+ H5 Y
) ~% ^$ A, v5 c8 R
// 初始化引脚配置) V- f7 u- I* w0 g7 |
( E# k" S# H9 N) H9 c2 K g
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
3 C9 P9 _' I* w' m/ \
) W1 Q: b6 Q/ N, B% d# Q7 c# Z
}

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15行：使用标准库提供的“RCC_APB2PeriphClockCmd()”，传入需要设置的外设名字、是否使能；

13~22行：将GPIO属性封装为结构体，通过设置结构体成员的属性，完成对GPIO的设置；

以上代码就实现了开发板用户LED灯（蓝色）交替闪烁效果，读者可以打开配套资料的“5_程序源码\0_单片机编程模式的发展\ 3_C语言使用标准库开发\ Project\ Led_Standard.uvprojx”工程，编译、下载，体验效果。

使用标准库后，基本不涉及外设寄存器的地址，同时提供很多函数实现相关功能的操作，用户只要熟悉之后，很快就能举一反三，修改相关传入参数，实现自定义需求。

6.5 C语言使用HAL库开发
ST公司先后推出了两套主要库：标准外设库（Standard Peripherals Library）和HAL库（Hardware Abstraction Layer）。标准外设库是STM32最早发布的固件库，对STM32芯片进行了完整的封装，包含所有外设的性能特征，每个外设驱动都由一组函数组成，这组函数覆盖了该外设所有功能。因为发布比较早，教程比较多，目前仍有不少开发者使用。标准外设库是针对某一系列STM32芯片而设计的，没有可移植性，目前该库已将停止了更新、研发，最近几年发布的新STM32芯片已经不再支持。

HAL库是ST公司这几年极力推荐的官方库，目前支持STM32全系产品，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，HAL库具有更高的抽象整合水平，API集中关注外设的公共函数功能，使得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。此外还有LL库（Low Layer），相比其它固件库更接近硬件层，一般和HAL库结合使用，可以看作是HAL库的补充。

本章涉及的代码位于100ASK_STM32F103_MINI开发板资料的“5_程序源码\0_单片机开发模式的发展\2_C语言使用HAL库开发\”。

HAL库和标准库的使用区别不大，也无需知道外设寄存器地址，主函数如代码段 6.5.1 所示。

代码段 6.5.1 C语言使用HAL库开发（main.c）

#include "main.h"
" E$ x) D" D) ~. V
& y. Y) r/ L* a0 q7 g+ R
#include "driver_led.h"1 U! Y/ X& d0 W
J) b2 _5 b; I( Y: \9 Z
3 E) u( f9 u8 z, |/ X' v
' R6 v8 Y/ ?/ m# e, D
int main(void)8 r: ^) e" L. j& q5 k, g
8 S- c. w3 ^- G2 A2 [
{
4 [5 Z% K3 W) w* ]; }
! V. V7 r5 v# ]0 |
// 初始化HAL库函数必须要调用此函数2 n4 s& @+ I# i) `- [- i
8 H, |/ n- m( u$ m8 x: x
HAL_Init();- f% I R4 ~3 A
, @, Z- Q5 V. B8 p
// 系统时钟即AHB/APB时钟配置4 x x# A" }! g& z
0 p6 b+ c1 I9 R# F8 g
SystemClock_Config();
4 a. ?( U* x$ Q7 K- R
5 L8 Z' W* W# ]" ~3 G
9 G }* n" _9 s8 a- Y1 H
' O# B. a( N- m% V) T! \
// 初始化LED
/ p: i, T4 H. v8 m
( s+ w' q- V7 o4 q; o6 v( {$ R2 _
LedGpioInit();$ x! m2 d$ \) I4 M
9 I+ r' a" `, Q2 B
; j' h4 ]: D6 A* s) r2 y% D$ B6 r" ]
$ w" j l6 z* R/ a7 ~7 n
// 点亮LED灯# |5 B7 \7 q$ Z) A+ o
8 F& {7 K7 q5 b7 U% [4 i' n
while(1)
3 @" e b% ]3 B* }2 g9 q8 t
i; t! u$ C: p
{! Q/ `- d5 J1 A( {* {
2 L6 |( P! x) s) s. }) c% L
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);) K7 L5 L9 F& Q( V
+ ?8 e% ?& _+ c
HAL_Delay(1000);
+ c: M; Q* U* U1 n3 J- c
]3 ?9 K, \% F# b# R& [) h5 W
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);5 o$ P4 @' K+ e9 J
+ a- C( C2 g' ^3 v8 q# e; b
HAL_Delay(1000);
; X, J( e+ t0 G- X9 x: x7 A
) R! W. `0 r5 n4 j4 }
}- J7 o3 @; J+ @. L m; p4 p
7 X% q9 g- b' O$ w6 H, M+ C# d
}

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6~9行：使用HAL的一些初始化操作；

11~12行：调用编写的“LedGpioInit()”函数，初始化需要的GPIO，该函数定义在“driver_led.c”里，如代码段 6.5.2 所示；

15~21行：通过调用HAL提供的“HAL_GPIO_WritePin”函数控制引脚输出的电平高低；HAL库还提供延时函数“HAL_Delay()”，用户不用再自己编写延时函数；

代码段 6.5.2 GPIO初始化（driver_led.c）

#include "driver_led.h"; K {; ?9 i/ L6 B6 Y8 R9 c) G
2 Q0 X; V, [8 v0 {5 O2 H; J
5 ?% K( n( s" e: F3 Z* a. l
3 c* {/ _9 m; `3 C. e
/*0 A3 C: \/ `! Y0 Y5 D
2 N* K8 s" a0 a
* 函数名：void LedGpioInit(void)2 M5 G9 c) L. x' m# E6 }
9 ~" T" q U( D4 w. @4 J; Z9 z$ U
* 输入参数：无
3 G/ D# W0 l. E- i2 j
$ }' H2 W2 b/ U V0 U& y0 H: F
* 输出参数：无& Q4 q5 K. O F2 k; n o4 A% u
, X1 |# g" y' q4 U3 }0 k
* 返回值：无& {( W, n7 m# \- K1 t. Y* T: L o
- S- v( O6 b; g! f5 e0 g8 H
* 函数作用：初始化LED的引脚，配置为上拉推挽输出
4 O9 H# y7 M- g9 `
- a, O, i3 O2 f$ }4 w8 B- h8 o
*/
4 `" a! i# O4 ], Q g2 o" m& L
4 B2 a& j5 ]4 p9 [ [
void LedGpioInit(void)4 Q% @2 o9 P+ C; Q. h7 g/ ]" N& V4 E
( ~) f9 I2 \" V" v: q( J" e+ ], |
{& b* R3 O( f' ~
2 H# l7 P4 I! l' b4 J+ ^/ g6 z+ t9 v
// 定义GPIO的结构体变量. W0 }; d+ N8 V/ P. b' k
6 C* \1 t# U4 m9 K, C( n3 \; s
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};- n0 Y e5 w% y+ Y, X3 M
9 y8 R2 {4 y: X. Y# X- w$ x: x; w
// 使能LED的GPIO对应的时钟! h2 A; |" y, [' j% E* L( q+ h
# L; I% Y9 `4 ?: Q
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
( Z7 N* ^! C7 G- W5 b# S7 `
/ X9 R- c) j# k; c" b$ ^
1 H+ H2 Z* n: O% E; h0 p$ E- t
3 ^$ _; F# z$ ~: s% l$ F, ^# `
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; // 选择LED的引脚
, M3 R& v- ], ^+ }6 n
8 [3 f) C. n8 {% k
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 设置为推挽输出模式; n- x& c" F. I; m. f
9 o( B' z+ U) r/ e. R
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 默认上拉4 E( U) N/ p% Y( |
2 ?) S3 ^! {( }3 R+ N; }5 g# d
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;// 引脚反转速度设置为快
a+ r# n* Y u
G4 ] U. R* g; B, ~5 l( _
) X" X. ]3 q. p, S
2 Y& w3 G# {0 |, r; x
// 初始化引脚配置0 D$ o. D% q% O' E4 [4 l! S2 p2 g
" a6 ^+ n2 [( @2 y( H, F
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);4 {% R& j, [+ s9 d: G% {! g
- \- ~1 r6 ?/ ]6 z1 n
1 z( v" I% L9 }6 B1 E' G+ e
( @2 k) V. E! Z- }, @9 o' ?
}

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15行：使用HAL库提供的“__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()”使能GPIO A端口时钟；

13~23行：将GPIO属性封装为结构体，通过设置结构体成员的属性，完成对GPIO的设置；

以上代码就实现了开发板用户LED灯（蓝色）交替闪烁效果，读者可以打开配套资料的“5_程序源码\0_单片机编程模式的发展\ 4_C语言使用HAL库开发\ Project\ Led_Hal.uvprojx”工程，编译、下载，体验效果。

使用HAL库的体验和标准库差不多，但HAL兼顾了其它ST芯片，用户可以无缝过渡到ST其它芯片的使用。各开发模式之间的差异如表 6.5.1 所示。

表 6.5.1 各开发模式差异

【总结】

本章开始讲解了一些STM32结构的基础知识，这些知识对STM32的整体理解会有很大帮助，读者应多理解。

随后介绍的四种开发模式，读者重点理解C语言操作寄存器开发和使用HAL库开发。后续的实验会以HAL库为主，但读者也应理解HAL库的本质也是操作寄存器，因此理解如何操作寄存器，对以后学习、调试，都会有帮助。

作者：攻城狮子黄