STM32MP1 M4裸机CubeIDE开发指南——STM32CubeIDE工程模板分析

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STMCU小助手发布时间：2022-9-24 19:46

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文章简介:	STM32MP1 M4裸机CubeIDE开发指南——STM32CubeIDE工程模板分析

STM32CubeIDE工程模板分析
我们通过第一个工程实验熟悉了STM32CubeIDE的基本使用方法，在第六和第七章我们分析了STM32CubeIDE下载的STM32CubeMP1固件包以及固件包中的HAL库，对HAL库有了基本的认识。本章节，我们以第一个工程为模板，分析一下工程的结构，了解工程中有哪些文件，他们的关系是什么，有什么作用。通过对工程的分析，我们可以了解工程和STM32CubeMP1固件包有着怎样密切的关系。

我们打开前面第一个工程HAL_LED的保存目录，并对比STM32CubeIDE软件上的工程浏览窗口，他们的目录对应关系如下：

图8.1. 1 CubeIDE工程目录
HAL_LED工程根目录下的文件和文件夹描述如下：

表8.1. 1 HAL_LED工程根目录下的文件夹
Common文件夹下是system_stm32mp1xx.c文件，此文件我们在6.3.4小节有分析。
Drivers文件夹下包含的是STM32CubeMP1固件包中的Device文件夹和Include文件夹。其中，Device文件夹下是具体芯片直接相关的文件，里边是ST官方的STM32MP1xx器件专用的头文件、启动代码文件和专用系统文件。Include文件夹下是符合CMSIS标准的内核头文件，主要是核内外设文件。这些文件我们已经在前面的6.3小节有讲解，如果没有印象了还可以回过头看看，温故而知新。
.mxproject文件是STM32CubeIDE的配置文件，此文件是在创建工程以后生成的，在STM32CubeMX插件界面修改工程配置并保存，重新生成工程代码以后，此文件就会被更新。文件主要记录一些配置信息，如宏定义以及工程中要生成什么文件，例如在STM32CubeMX插件配置界面配置了GPIO，那么此文件中将会记录在CM4工程对应目录下添加gpio.h和gpio.c文件。

图8.1. 2 CubeIDE的配置文件
下面，我们分析CA7和CM4工程目录下有哪些文件。
8.2 CA7文件夹分析
CA7文件夹存放的是工程生成的设备树源文件。

图8.2. 1 CA7工程
其中tf-a里的设备树是uboot启动前加载到内存中的配置信息，类似于FSBL，它的作用主要是为硬件提供一个安全环境。u-boot下存放的是uboot启动阶段要用的设备树源文件，kernel下存放的是内核启动阶段用到的设备树源文件。打开其中一个设备树大概浏览一下。关于设备树，正点原子的《STM32MP1嵌入式Linux驱动开发指南V1.0》文档有专门的讲解，设备树在Linux中是非常重要的，大家在学习Linux部分的知识点的时候会接触到这部分内容。

图8.2. 2工程中有用的注释

8.3 CM4文件夹分析
CM4里的文件就比较多了，它们是M4工程文件，下面我们逐个来说明这些文件的作用。

图8.3. 1M4工程
下表中是对CM4工程文件的一个汇总：

表8.3. 1 CM4工程列表
在生成工程的时候，STM32CubeIDE会从STM32CubeMP1固件包中拷贝必要的文件。其中在工程的根目录下，Common文件夹拷贝的是固件包中的system_stm32mp1xx.c文件，Drivers文件夹下拷贝的是固件包中的HAL库文件（包括头文件和源文件）。而CM4工程的Common文件夹和Drivers文件夹里的文件其实也是拷贝了STM32CubeMP1固件包中的源文件（没有拷贝头文件），其中，CM4工程的源文件会引用工程根目录下Drivers文件夹里的头文件。

图8.3. 2 工程文件和固件包文件的关系
怎么知道CM4工程引用的了工程根目录下Drivers文件夹里的头文件？打开CM4工程的Includes目录就知道了：

图8.3. 3 CM4工程和工程根目录文件的关系
工程目录是这样的结构，其实这跟我们创建工程时的配置有关，一开始我们创建工程的时候，Code Generator Options配置默认选择：Copy only the necessary library files，固件包默认在C盘下：

图8.3. 4创建工程时的配置
如果我们重新创建一个工程，工程名字命名为FOR_TEST（笔者随意命名的），然后在下面的Code Generator Options选项选择配置为Add necessary library files as reference in the toolchain project configuration file（一般不建议采用这种方式，下面会解释原因），然后固件包保存在另一个路径下，例如笔者选择保存在E:\STM32CubeIDE_Project\TEST目录下：

图8.3. 5更改创建工程的默认配置
点击Finish，系统开始在线下载固件包到E:\STM32CubeIDE_Project\TEST目录下：

图8.3. 6在线下载固件包
待工程创建完成，我们可以打开固件包的位置，看到固件包已经自动下载并自动解压好了。

图8.3. 7下载好的固件包
回到工程界面，对比一下新创建的FOR_TEST工程和之前的HAL_LED工程有什么不同，可以看到新建的FOR_TEST工程根目录下没有了Drivers文件夹，CM4工程直接引用固件包里Drivers文件的头文件。不过一般不建议采用FOR_TEST工程的这种创建方式，因为可能会不小心修改固件包里的头文件，毕竟上面的头文件是直接引用了固件包里的。新创建的工程结构，如下图所示：

图8.3. 8新创建的工程结构

Binaries
Binaries下有HAL_LED_CM4.elf文件，它是指向Debug目录下生成的.elf文件，我们编译完以后可以直接看Binaries下有没有.elf文件，有的话编译成功。可以在工程中选中HAL_LED_CM4.elf文件然后右键查看Properties属性。

图8.3. 9工程中Binaries文件夹
2. Common文件夹
Common文件夹下有一个system_stm32mp1xx.c文件，此文件和工程根目录下的Common文件夹中的system_stm32mp1xx.c文件一模一样，这个文件其实也就是我们第6.3.4小节分析的STM32CubeMP1固件包中的system_stm32mp1xx.c文件。在生成工程的时候，STM32CubeIDE会从之前下载的STM32CubeMP1固件包中拷贝这些文件到工程对应目录中。
system_stm32mp1xx.c文件提供SystemInit函数、SystemCoreClockUpdate函数和SystemCoreClock变量。SystemCoreClockUpdate函数的作用就是，根据时钟寄存器的值来更新SystemCoreClock变量，SystemCoreClock变量包含系统时钟频率，用户应用程序可以使用它来设置SysTick定时器或配置其他参数。系统复位以后，在跳到main函数之前，SystemInit函数被startup_stm32mp1xx.s启动文件调用，SystemInit函数中主要是初始化FPU设置、配置SRAM中的向量表和禁用所有中断和事件。关于system_stm32mp1xx.c文件的详细细节，可以回头看看第6.3.4小节的介绍。
3. Core文件夹
Core文件夹下主要是STM32CubeIDE自动生成的操作外设要用到的API函数文件和main函数文件。其中Inc下主要是API的头文件，Src下主要是API的源文件，实验中我们操作的是GPIO，所以会看到有关GPIO的API函数gpio.c和gpio.h，如果此时在工程中配置UART，那么就会多出uart.c和uart.h文件。我们分析一下这些文件：
gpio.c文件是GPIO引脚配置的代码，例如GPIO的时钟使能和GPIO的模式配置代码。
main.c文件，毋庸置疑，就是主函数文件。
stm32mp1xx_hal_msp.c文件
stm32mp1xx_hal_msp.c文件是STM32CubeIDE自动生成的，官方的例程模板里有这个文件。MSP，全称为 MCU support package，翻译过来就是MCU的特定封装，是什么封装呢，我们先打开看看文件里有什么。文件中的注释说明此文件提供用于MSP初始化的代码和取消初始化代码，文件的主要内容如下：
#include “main.h”

void HAL_MspInit(void)
{
__HAL_RCC_HSEM_CLK_ENABLE();

}
HAL_MspInit函数中调用了stm32mp1xx_hal_rcc.h.文件中的__HAL_RCC_HSEM_CLK_ENABLE函数，此函数内容是：
#define __HAL_RCC_HSEM_CLK_ENABLE() (RCC->MC_AHB3ENSETR = RCC_MC_AHB3ENSETR_HSEMEN)
HSEM是集成在STM32中的硬件信号量，用于管理一些共享资源的访问权限和同步，保护GPIO和外部中断EXTI配置免受并发访问。RCC->MC_AHB3ENSETR 表示RCC_MC_AHB3ENSETR这个寄存器，根据参考手册的说明，RCC_MC_AHB3ENSETR寄存器的第11位HSEMEN，对HSEMEN写’1’表示使能HSEM外设时钟，对HSEMEN读取到’1’意味着HSEMEN外设时钟已经被使能：

图8.3. 10参考手册HSEMEN寄存器说明
RCC_MC_AHB3ENSETR_HSEMEN在stm32mp157dxx_cm4.h中有定义，B(11)表示将RCC->MC_AHB3ENSETR第11位置1，第11位刚好就是HSEMEN，即开启HSEMEN外设时钟：
/* 此寄存器用于将相应外设的外设时钟启用位设置为1。它给单片机分配一个外围设备 */

#define RCC_MC_AHB3ENSETR_DCMIEN B(0)
- z7 D, Z1 A' \9 l4 H; S* J
#define RCC_MC_AHB3ENSETR_HASH2EN B(5)0 r) w7 a7 Y d8 O Y
#define RCC_MC_AHB3ENSETR_RNG2EN B(6)
- H5 d' h3 j! V! Y; T
#define RCC_MC_AHB3ENSETR_CRC2EN B(7)7 J0 A' Z( D$ W) ^/ `
#define RCC_MC_AHB3ENSETR_HSEMEN B(11)
w- A; _7 Z+ f+ ~% @& e/ r8 |) M
#define RCC_MC_AHB3ENSETR_IPCCEN B(12):

复制代码

那么__HAL_RCC_HSEM_CLK_ENABLE函数就是开启HSEMEN外设时钟的（并不是GPIO外设时钟，GPIO挂载AHB4上，不是AHB3），表示开启HSEM。不过，对于本实验，即使删掉该函数也没事。HAL_MspInit 函数我们称之为回调函数（在第7.4.1小节有介绍），HAL_MspInit回调函数被stm32mp1xx_hal.c 文件中的HAL_Init 函数调用，HAL_MspInit回调函数在已经在stm32mp1xx_hal.c文件里面做了弱定义（只是弱定义一个函数，函数并没有什么内容，是个空函数）。弱就表示用户可以在其它地方重新定义这个函数，在编译的时候编译器就默认编译用户自定义的那个函数。

__weak void HAL_MspInit(void)

复制代码

{
/* 注意:这个函数不应该修改，当需要回调时，HAL_MspInit可以在用户文件中实现* /
}
至此我们明白了，stm32mp1xx_hal_msp.c文件中对HAL_MspInit回调函数进行了重定义，文件包含用户应用程序中会用到的外围设备的MSP初始化和取消初始化代码（主例程和回调）。而回调函数可以被用户在其它地方重新定义，即使用户没有重新定义，系统也会默认编译带了weak定义的弱函数，这样说明，stm32mp1xx_hal_msp.c文件并不是必须的，即使删掉以后重新编译，工程也不会报错。毕竟stm32mp1xx_hal_msp.c文件是STM32CubeIDE自动生成的，我们就不删除了，以后我们也可以此文件中添加我们重新定义的回调函数。
stm32mp1xx_it.c文件
stm32mp1xx_it.c文件是STM32CubeIDE自动生成的，官方的例程模板里有这个文件。

图8.3. 11 ST官方模板文件
stm32mp1xx_it.c文件包含异常处理程序和外设中断服务程序，文件中有调用HAL_IncTick函数来保证Systick每隔1ms产生一次中断（我们在7.4.2的第1小节有分析）。中断服务函数也可以编写在其他文件中，比如各个硬件的驱动文件里面，既然STM32CubeIDE生成了此文件，那我们就利用此文件好了，在以后的项目开发中，我们的中断服务函数都可以在此文件中添加。
syscalls.c文件
syscalls 翻译过来是系统调用的意思。syscalls.c是MCU最小系统调用文件，由STM32CubeIDE 自动生成。打开文件，文件调用了一些C函数库，例如标准输入输出函数stdio.h，还有返回错误事件错误码的errno.h函数等，这些函数的具体实现，可以参考Newlib 或者libc说明手册。
注：
Newlib和libc是一个开源的、面向嵌入式系统的C运行库，可以将这些库移植到我们工程代码中
syscalls.c文件中还有getpid（取得进程识别码）函数，例如_write函数和_read函数，如果我们做串口实验会遇到printf的重定向问题，printf的调用流程是先调用_write函数，再调用__io_putchar或__io_getchar函数，那么我们可以直接调用syscalls.c文件，然后根据需要可以修改里边的内容。
sysmem.c文件
sysmem.c文件，翻译过来就是和系统内存有关的文件，此文件是STM32CubeIDE系统内存调用文件，文件中调用了_sbrk函数，将内存分配给newlib堆，并由malloc使用。其实也是C库函数，可以参考Newlib 或者libc说明手册进一步了解，此函数不是重点介绍内容。
4. Startup文件夹
Startup下是启动文件startup_stm32mp157daax.s，此启动文件和我们之前6.3.5小节讲解的CMSIS文件夹中的startup_stm32mp15xx.s文件是一样的，它是是系统上电后第一个运行的程序，主要用于：
①设置栈指针SP；
②设置初始PC= Reset_Handler；
③设置中断向量表入口地址，并初始化向量表；
④初始化.data 和 .bss 段；
⑤跳转到C库中的main
关于此文件的详细内容，可以再返回到6.3.5小节进行了解。
5. Drivers文件夹
Drivers文件夹下就是HAL库了，里边的文件是STM32CubeIDE从之前下载的STM32CubeMP1固件包中拷贝的。记得我们之前在创建工程的时候采用默认配置，或者在4.1.2的第4小节操作中，在STM32CubeMX插件中配置了Copy only the necessary library files选项，意思就是，生成工程时，会从STM32CubeMP1固件包中拷贝需要用到的HAL库文件，没用到的不会拷贝，这样生成的工程就比较精简和小巧。

图8.3. 12工程的Drivers文件夹

图8.3. 13 CubeMX的配置

6. Debug文件夹
Debug文件夹下就是编译生成的文件。Common、Core和Drivers文件夹下有编译生成的中间文件。Debug文件夹根目录下有编译生成的可执行.elf文件和bin格式文件，这些格式的文件可以通过配置STM32CubeIDE来生成，我们在4.2.4小节有讲解怎么配置。.map文件是地图文件，.list文件是反汇编文件，makefile文件是控制工程编译规则的文件，这些文件我们在6.3.6小节有讲解。

图8.3. 14 Debug文件夹
7. Release文件夹
对应Release发行版编译生成的文件，我们有在4.2.5小节介绍过。

8.4 章节小结
本章节，我们主要分析了第四章STM32CubeIDE第一个工程的结构，结合前面第六和第七章中对STM32CubeMP1固件包中重要文件的分析，我们将工程中的文件关系用下一张简图来描述（图中省略了部分.c文件和.h文件）：

图8.4. 1 CubeIDE工程文件关系
在STM32CubeIDE工程中的文件，主要分为三个部分，分别为CMSIS核心层、设备驱动层和用户程序文件，我们将其用一个表格来说明：