STM32Cube下载与使用（三）

STMCU小助手 · 2022-12-24T09:40:34+00:00

意法半导体ST与ARM的关系 ( I, q5 f! z: d- z4 q' |ST公司购买ARM公司的内核，在此基础上添加各种外设，组成STM32芯片 9 p& K' j6 h! V# B1 @$ M也就是说，在内核之上，所有的外设都是ST公司添加上去的 & y, s3 V" j l5 Q) h- LST内核通过总线矩阵与外设连接 ! s- G$ U6 R; m& U/ F; T( w ! H" `* x% |) S1 h& D% O# W 1 _( W- A) O8 V/ v3 B& @8 ~9 J1 I / F: Z* a% D$ v. ^嵌入式C语言中对于地址的操作# S7 |# x8 |: L# x; ]1 M) w / z& u1 Y5 c: k$ O6 s+ @3 W 8 e4 ^1 k$ V' s. E2 ^5 J 3 f( n% s. W4 [3 B, [$ { 此时指针pointer是指向寄存器的地址0x4002800' e1 O. J/ n9 }% @ C 6 X* d( a1 b! C8 ^6 X2 d , r& Z8 M$ T/ I" u% ~2 ] $ v. k4 E9 X. y+ U 4 q/ p( W2 `" P2 Z% A. V" b 按照这样我们可以完成对地址的访问 2 C% F4 k3 c$ X! j d- j& E5 m$ w: x* Y) j4 ^ 这些基于指针的地址操作是非常常见的，基于寄存器的编程就是通过指针完成的& Q# Q+ h) ~; C( c% [ 7 }0 u* @6 y- ~% ^# E 进一步地，考虑到定义变量会消耗内存，如果我们大量地定义地址变量，将会消耗大量的内存空间 ! Z% ?, ~7 p1 B & E: P1 I+ r) o- G- R) e因此可以使用宏定义，因为宏定义只是纯粹的文本替换. m% a7 w/ o& j$ I+ {$ n * e& @2 R( l/ K/ w如下图所示7 g7 z$ }9 E% o 6 B/ e: r9 G+ y7 U/ \ s/ K/ N" a( A 3 B6 s& ?. M0 L# [0 L 实际使用中，将GPIO外设的基地址，通过强制类型转换，将其转换成结构体指针的形式 ' |1 Y6 T2 e1 q, s% v: r8 w9 ^% N$ H+ O7 l' Q 可以简单理解为，建立了结构体与实际内存中的一种映射关系0 C7 k! b2 O! R! M; c 2 z9 O/ f, P" X. P, l 访问结构体成员（通过->），就等同于访问实际的一小块对应地址/ l/ n; z5 k" B7 l+ V / A0 @/ @( y' kHAL库中GPIO的配置 4 r, N$ y6 S. F% X* xHAL库中对于GPIO的配置如下2 K/ L+ n2 D- |4 b 8 C- a8 G6 G& [ v/ `8 q5 Z: y 9 h- |$ Y+ C, J) a- d 8 @+ [/ `/ l7 w* {7 ~为了理解上述代码，我们可以先看以下代码 2 h0 Q) F6 j+ O1 N" `+ i' y0 K ' d L1 T; Y& k+ v7 k- o ( R7 F. ?8 h. I8 ~% Z 9 `; @) H3 J, x" @5 m5 g0 |0 q. @在上面的代码中，我们首先将1左移3位，然后将其以或运算的方式对寄存器中的内容进行操作，这样就打开了端口B时钟，对应的手册内容如下： ' E0 t- u; d& X. Z" s: y& u) p: p0 I 0 r% I4 j- |, M @6 V, F . ~$ x- Z. Y' N- R- u$ @- V 这里对于寄存器地址是以基地址+偏移的形式进行定义的3 m* }: e% ^' m- K1 e u4 N3 M5 ]9 F0 R4 @ z8 ]$ F ) @6 y7 _/ G& D6 I ]. ] ! `2 l. C7 K8 I* e6 d7 @! l6 ]& r2 a2 k 这个寄存器的低4位，即0 1 2 3位对应0端口，即第0位，对应于GPIO的0 端口, I W; a ?$ G" e* \$ @% o E 1 O- f$ B& a/ D7 i1 k. } 假设我们的需求是：将最低2位配置为10 ，最低3，4位配置为00" ]/ c: w) C) W c " t d" u: R, E0 u6 t5 B也就是说我们的需求是：将寄存器的最低4位配置为2 ! h5 j2 C* p+ n; M: O$ Z% N4 c' N( N 一种做法是，我们直接将寄存器或上1，且左移0位，即：2 S- v' ^4 q0 F) {3 F % Y' n" {) y# ` GPIOB_CRL |= (2<<0);复制代码( Q, H9 Y5 \! p3 y( ?. L5 O2 Z 这样子，最低第2位就是1了 n4 c0 T5 `- Z: I; j 3 B8 b4 T* u) @但是这样的操作存在如下问题：因为假设最低4位本来就有数值的话，比如最低4位是1110，那么你直接进行这样的操作，其实只改了最低2位，而最低第3，4位仍然是11，并没有清0。 ; d$ m) D, l7 J 4 Q" f& }1 l% V) K5 ]( q因此，在此之前，我们还需要对寄存器待配置的位进行清0操作$ q4 q2 t* D& l/ v ( k) a; G$ o! Y6 T2 f7 @0 l GPIOB_CRL &= ~(0xf<<(4*0)); // 清除低4位寄存器复制代码; i! d+ a2 P5 j# W3 t9 t 在这是，因为一次我们是操作4位，比如操作端口0时，我们用到的是第0，1，2，3位，操作端口1，我们用到的是4，5，6，7位，操作端口2，我们用到的是8，9，10，11位，6 d- l4 m5 K" V, g, x- X5 ^6 O Y0 N# z- }( j. P% a% G+ ^) `我们每次都是4位一起操作，所以左移了4*0，如果我们操作端口1，即4，5，6，7位，那么我们就可以左移4*1 9 O5 ]& W. P- G) \+ d" ` ; d0 B: ~8 V/ |/ y4 P! Y1 I: l0xf是4个1，这个数是整型变量，因此会占32位宽度。也就是说此时除了低4位是1，其他的全部都是0，这时候我们将其取反，则32位中除了低4位是0，其他全部是1。0 F* x2 J+ S! |) v5 v+ i& o 7 l3 O$ n' k* j. ~/ j2 r此时，我们再将这个数整体与到寄存器中，此时这个数的最低4位全是0，与上去之后，相对于寄存器的最低4位被清0了，而其他位保持不变 # A- Z3 j. h* G. I% o2 w! `& K O3 D9 S+ @$ t: V+ o2 G 清完0之后再将我们要的数据或上去，那么我们想要改变的位就会发生改变了，而且不影响其他的位# N3 ^7 Q P) Z# k& F0 O3 U4 K . t5 O( @$ E6 K4 ]# p) [ ! _4 m) {1 W+ t# ~( P : L% J/ ~, |+ R. y; A7 b/ m0 Y 9 A& z7 f$ |' \* v9 ? , ?, x! M) {" g/ S, t9 W M# A. M" h 7 C9 a) I) ^& V. g# B. c# { STM32的板级支持包 ! d% r! A) s; \9 c板级支持包 (BSP) (Board Support Package) 是介于主板硬件和操作系统中驱动层程序之间的一层，一般认为它属于操作系统一部分，主要是实现对操作系统的支持，为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包，使之能够更好的运行于硬件主板! `+ Q* U+ W) T 3 z' v2 w4 d1 w, ?! t ( U7 f" {/ s3 o) S o- w : B5 X0 }. Y2 p9 Y" u& i- D板级支持包：对板上的资源功能给出实现，并且提供用户应用程序的接口。以LED灯为例，用户应用程序不需要知道GPIO的硬件特点，他只需要知道调用这个函数，就可以点亮LED灯 8 Y: M7 l! _: `( Y6 }, e/ d/ [2 D# k4 c. } x 我们可以自己定义BSP中的宏 ) U, u/ h0 t/ B. ?3 [) S a7 I2 V0 `* @ r! c& L 0 b- J+ Q9 i; _8 ? . B" p2 V( ~8 { 同样，我们可以在main函数中将板级支持包include进来7 R) r* @0 p2 x3 y $ \; M, ]+ H U注意：板级支持包的include位置 + q0 q" {, t$ {. } ; ~2 o1 D% {. O6 S: X : }" X6 a: P2 R/ z* s6 s1 R) g % e [0 b6 t2 E D' k & K3 F3 J" e1 m6 S ( j3 H3 [; _* t' {ARM Cortex M3的哈佛架构 * W; ], n- l/ h$ y5 J2 [6 }$ x取指和数据分开% Y% }2 a# U) \) Z 4 S5 e* l' l; b% F ; i( W6 P1 Z2 l* F- k [# {' P* N & H+ ?0 }" c7 m; J' ]. w, }* n/ E' t 对于处理器而言，可以将其理解为没有感情的代码执行机器。只要处理器开始工作，就会不断地获取指令，并且执行 , L1 Y$ |" r- O R9 U1 n# q ! k5 i4 S! m! ?Cortex M3对指令集的丰富 4 Q8 x1 y W; m; c( c0 X2 | 4 k8 s! F8 O7 R1 ?7 I # r0 `- c* v# a* n2 H9 _9 e- q7 s) I& p 7 ~( V' X$ e. v% C \, NSTM32的启动过程8 p$ x4 P d5 B9 f# N( ]1 @ STM32芯片上电以后会触发复位异常6 E/ T2 ~1 j) W4 Z8 M0 f+ d- I . s& o' ~( {! y 在中断向量表中，处理器根据触发的异常，跳转到中断向量表的特定位置，获取内容并执行( D, x0 f2 k0 u+ f; i8 f* D - ?/ O8 c5 T3 ^8 l' Y( z8 l" `/ ]即流程为： ) \% i$ X7 X: N1 @ Z z! O/ N4 o: n) f( O8 P 触发异常->中断向量表->用户程序/ t5 D/ ~) G# X3 W- Z 4 b5 R6 H5 ]/ n! eSTM32的中断优先级如下：1 E+ o2 U% ~3 }3 {8 H3 U1 F( t1 | + ?/ m7 ?# Y' @, W # s0 g7 m( _" \9 C: d 8 D. W8 S g! l& i$ U/ [) pSTM32 Cortex M3中断向量表 6 H3 {5 t/ b) z' e W! |3 N2 K F( ]' Z, B! k3 s ' g" N! b; M. Z4 [& F " R# l: K' D$ |( O eSTM32的启动文件startup_stm32l432xx.s$ Q6 Q4 W! m$ h p) K% _' k 以STML4为例，其启动文件为startup_stm32l432xx.s, ]! x( F7 b' Z' O% f& m R! q1 v' Y8 U" k可以查看其注释里的简介 * {" f# d% s. G7 V7 _;*******************************************************************************1 t4 k! {% Y% E6 l+ V; G+ @! d ;* File Name : startup_stm32l432xx.s + W! b; k( V" V+ y; A9 K1 L;* Author : MCD Application Team1 `2 v& j( y4 p' S n ;* Description : STM32L432xx Ultra Low Power devices vector table for MDK-ARM toolchain. 5 `' S; Z% ^* X1 _( u0 };* This module performs: ' `3 x4 ?0 z H. O;* - Set the initial SP 8 v. A. E* T) b/ D. R( l! {;* - Set the initial PC == Reset_Handler; c$ i& i+ J; y+ O0 W5 u! j ;* - Set the vector table entries with the exceptions ISR address * o$ ?0 l9 ]9 t0 U# D$ t;* - Branches to __main in the C library (which eventually 3 G( P# U S2 D9 y;* calls main()). , G, ?7 O( H* ~/ d6 C& B4 W" P;* After Reset the Cortex-M4 processor is in Thread mode, # l @/ d, D5 l2 R i' T! K8 N;* priority is Privileged, and the Stack is set to Main. ; {+ j% A7 s: ]7 p h( \ u/ p;********************************************************************************复制代码 9 f. A7 ], e$ g6 R' r) v! L第一步设置堆栈的指针& q$ T6 I3 p0 u$ y% ] & k. k; j4 \/ `5 B+ g8 W5 F X5 h 第二步设置PC指针的值，PC指针指向当前指令+8的位置 1 Z7 }5 I4 B7 d+ |! Y8 l1 m& o; b$ J 第三步设置中断向量表的入口2 ^0 m- @3 f# N( N, \8 z, @ ]9 [0 ]! l1 ]; g. d- z第四步配置系统时钟 7 f/ v1 m" E6 N# B' Z' L 7 b7 y4 u) x! o: g0 v4 U) K7 ?第五步调main函数# V9 h3 \$ b7 f" p* v " q! \, D) s0 ` 首先，设置堆栈大小0 Q/ }. s0 s0 c ) S8 ^% M) M. w 4 t) h7 T5 W% G6 V3 d6 ]# B& z* E5 W- D# X) f i 然后，设置PC指针 8 e, O+ ]0 Q8 F. ^7 L 7 _0 @7 q: s1 ?# g, c注意：DCD指令会为指定的目标分配一块以字为单位的空间，一个字就是4个字节 ) G% A2 e y. @- Y & l, o0 S* e& E4 i- k5 w9 M7 t首先为初始化堆栈分配1个字的空间，然后将对应的内容放进去 * q0 H9 h: x* y7 F. o/ ? + ~( ?. i: V; D8 R$ @- k) h - x- ^3 ?: v3 \$ A% ~, S9 R- _; G & n) C8 l) b- {; s9 v$ @" B$ B. F - ]; }& @4 ^4 J Y2 M: _9 F( [9 G此即复位异常 7 v; t! G+ F& d9 q& a 3 f5 f- [# b9 y8 F% \) M 3 T7 S* o8 i8 M; l0 j( ]$ G+ M+ ~7 F( N' h - a! M- m- b! B% B* } 1 P0 D' }% m& } - C! P+ V$ x# y, D在这个Reset_Handler即复位中断的服务函数，其中IMPORT了两个函数，即__main和SystemInit, f7 P( D; u& w+ X+ ^7 L' z+ q, b! a * \, t1 m/ f! r+ T" [; y2 }* v8 V& P 先将SystemInit函数的地址(即函数名)放到R0寄存器，然后BLX指令跳转到R0寄存器去执行 6 S3 P4 g+ w$ `4 Y' D5 \+ a " J0 L6 n4 {! o" _/ }同样，将__main函数的地址(即函数名)放到R0寄存器，注意接下来使用的是BX跳转，跳过去就不会跳转回来了 " e; _* f. d. T ?$ Z. Y+ n 4 P, w% b+ ?, t% `9 b' P, C7 N6 l# Y% x& s( c 9 N |, ^& U/ Y( j$ O7 v . w; H& ~4 r# T( W5 N; K' B) o! r9 z, J+ b% c9 A% b* k3 ~8 N 注意，汇编语言中的[WEAK ]表示弱定义，即我们可以自己去实现的 ' i) y: v( |% H; A s& E R& H ————————————————" g$ q7 {, Z: B1 I 版权声明：CodeForCoffee . Y$ ]3 v1 O) a1 J7 c $ w9 B) q5 G& o d5 E1 k6 k& t* r2 K: H; @+ q9 U

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STMCU小助手发布时间：2022-12-24 17:40

技术帖
文章封面:
文章简介:	STM32Cube下载与使用（三）

意法半导体ST与ARM的关系
ST公司购买ARM公司的内核，在此基础上添加各种外设，组成STM32芯片
也就是说，在内核之上，所有的外设都是ST公司添加上去的
ST内核通过总线矩阵与外设连接

嵌入式C语言中对于地址的操作

此时指针pointer是指向寄存器的地址0x4002800

按照这样我们可以完成对地址的访问

这些基于指针的地址操作是非常常见的，基于寄存器的编程就是通过指针完成的

进一步地，考虑到定义变量会消耗内存，如果我们大量地定义地址变量，将会消耗大量的内存空间

因此可以使用宏定义，因为宏定义只是纯粹的文本替换

如下图所示

实际使用中，将GPIO外设的基地址，通过强制类型转换，将其转换成结构体指针的形式

可以简单理解为，建立了结构体与实际内存中的一种映射关系

访问结构体成员（通过->），就等同于访问实际的一小块对应地址

HAL库中GPIO的配置
HAL库中对于GPIO的配置如下

为了理解上述代码，我们可以先看以下代码

在上面的代码中，我们首先将1左移3位，然后将其以或运算的方式对寄存器中的内容进行操作，这样就打开了端口B时钟，对应的手册内容如下：

这里对于寄存器地址是以基地址+偏移的形式进行定义的

这个寄存器的低4位，即0 1 2 3位对应0端口，即第0位，对应于GPIO的0 端口

假设我们的需求是：将最低2位配置为10 ，最低3，4位配置为00

也就是说我们的需求是：将寄存器的最低4位配置为2

一种做法是，我们直接将寄存器或上1，且左移0位，即：

GPIOB_CRL |= (2<<0);

复制代码

这样子，最低第2位就是1了

但是这样的操作存在如下问题：因为假设最低4位本来就有数值的话，比如最低4位是1110，那么你直接进行这样的操作，其实只改了最低2位，而最低第3，4位仍然是11，并没有清0。

因此，在此之前，我们还需要对寄存器待配置的位进行清0操作

GPIOB_CRL &= ~(0xf<<(4*0)); // 清除低4位寄存器

复制代码

在这是，因为一次我们是操作4位，比如操作端口0时，我们用到的是第0，1，2，3位，操作端口1，我们用到的是4，5，6，7位，操作端口2，我们用到的是8，9，10，11位，

我们每次都是4位一起操作，所以左移了4*0，如果我们操作端口1，即4，5，6，7位，那么我们就可以左移4*1

0xf是4个1，这个数是整型变量，因此会占32位宽度。也就是说此时除了低4位是1，其他的全部都是0，这时候我们将其取反，则32位中除了低4位是0，其他全部是1。

此时，我们再将这个数整体与到寄存器中，此时这个数的最低4位全是0，与上去之后，相对于寄存器的最低4位被清0了，而其他位保持不变

清完0之后再将我们要的数据或上去，那么我们想要改变的位就会发生改变了，而且不影响其他的位

STM32的板级支持包
板级支持包 (BSP) (Board Support Package) 是介于主板硬件和操作系统中驱动层程序之间的一层，一般认为它属于操作系统一部分，主要是实现对操作系统的支持，为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包，使之能够更好的运行于硬件主板

板级支持包：对板上的资源功能给出实现，并且提供用户应用程序的接口。以LED灯为例，用户应用程序不需要知道GPIO的硬件特点，他只需要知道调用这个函数，就可以点亮LED灯

我们可以自己定义BSP中的宏

同样，我们可以在main函数中将板级支持包include进来

注意：板级支持包的include位置

ARM Cortex M3的哈佛架构
取指和数据分开

对于处理器而言，可以将其理解为没有感情的代码执行机器。只要处理器开始工作，就会不断地获取指令，并且执行

Cortex M3对指令集的丰富

STM32的启动过程
STM32芯片上电以后会触发复位异常

在中断向量表中，处理器根据触发的异常，跳转到中断向量表的特定位置，获取内容并执行

即流程为：

触发异常->中断向量表->用户程序

STM32的中断优先级如下：

$~R~CW2W}}_V2C~TY~7ABZS.png

STM32 Cortex M3中断向量表

$3YQ7~FS({YDW(_8W5W~O`QG.png$

STM32的启动文件startup_stm32l432xx.s
以STML4为例，其启动文件为startup_stm32l432xx.s

可以查看其注释里的简介

;*******************************************************************************1 t4 k! {% Y% E6 l+ V; G+ @! d
;* File Name : startup_stm32l432xx.s
+ W! b; k( V" V+ y; A9 K1 L
;* Author : MCD Application Team1 `2 v& j( y4 p' S n
;* Description : STM32L432xx Ultra Low Power devices vector table for MDK-ARM toolchain.
5 `' S; Z% ^* X1 _( u0 }
;* This module performs:
' `3 x4 ?0 z H. O
;* - Set the initial SP
8 v. A. E* T) b/ D. R( l! {
;* - Set the initial PC == Reset_Handler; c$ i& i+ J; y+ O0 W5 u! j
;* - Set the vector table entries with the exceptions ISR address
* o$ ?0 l9 ]9 t0 U# D$ t
;* - Branches to __main in the C library (which eventually
3 G( P# U S2 D9 y
;* calls main()).
, G, ?7 O( H* ~/ d6 C& B4 W" P
;* After Reset the Cortex-M4 processor is in Thread mode,
# l @/ d, D5 l2 R i' T! K8 N
;* priority is Privileged, and the Stack is set to Main.
; {+ j% A7 s: ]7 p h( \ u/ p
;********************************************************************************

复制代码

第一步设置堆栈的指针

第二步设置PC指针的值，PC指针指向当前指令+8的位置

第三步设置中断向量表的入口

第四步配置系统时钟

第五步调main函数

首先，设置堆栈大小

然后，设置PC指针

注意：DCD指令会为指定的目标分配一块以字为单位的空间，一个字就是4个字节

首先为初始化堆栈分配1个字的空间，然后将对应的内容放进去

此即复位异常

在这个Reset_Handler即复位中断的服务函数，其中IMPORT了两个函数，即__main和SystemInit

先将SystemInit函数的地址(即函数名)放到R0寄存器，然后BLX指令跳转到R0寄存器去执行

同样，将__main函数的地址(即函数名)放到R0寄存器，注意接下来使用的是BX跳转，跳过去就不会跳转回来了