STM32从固件库到HAL库

让坚持成为一种热爱&＃xff0c;极致成为一种精神。历时10个月&＃xff0c;目前我又重新回到了程序员的身份&＃xff0c;2023想玩不一样的嵌入式。&＃x1f680;

前言

我学STM32是基于固件库的&＃xff0c;之后的一年都是用固件库开发STM32。其实固件库还是挺好用的&＃xff0c;很稳定&＃xff0c;即使ST已经放弃很多年了。
为什么改用HAL库&＃xff1f;
1&＃xff09;CubeMX&＃43;HAL库是大势所趋。
2&＃xff09;CubeMX可以直接生成驱动代码&＃xff0c;而且CubeMX是很好的工具&＃xff0c;即使不用HAL库&＃xff0c;里面的一些工具对开发也很有帮助。
3&＃xff09;HAL库效率不如固件库&＃xff0c;一些关键代码可以改为寄存器操作&＃xff0c;比如串口、DMA、ADC。
4&＃xff09;现在很多优秀的开源项目都是基于HAL库开发&＃xff0c;看不懂代码怎么CV[doge]
一些个人做法
直接用CubeMX生成的MDK工程开发我认为是不可取的。开发过程中随时会修改驱动参数&＃xff0c;而CubeMX每次修改都会覆盖原工程&＃xff0c;只能在固定区域编程&＃xff0c;极其不优雅。因此我的做法是用自己配置的工程开发&＃xff0c;然后把CubeMX生成的驱动代码复制到自己工程里。本文基于这种做法展开。

开发环境
操作系统&＃xff1a;Windows 11
JAVA 1.8.0_351
STM32CubeMX 6.5
STM32Cube_FW_F1_V 1.8.4
STM32Cube_FW_F4_V 1.26.1
keil MDK 5.36


一、安装STM32CubeMX

CubeMX需要JAVA环境&＃xff0c;首先需要安装JAVA。适用于 Windows 的 64位 Java
然后安装CubeMX&＃xff0c;直接在ST官网搜即可。ST官网
安装完配置仓库地址&＃xff0c;然后下载对应的芯片包即可。
第一次打开设置时会报错&＃xff0c;等几分钟再打开


下载芯片包


开启工程后第一步应该先设置RCC时钟源和SYS调试接口&＃xff0c;根据我的做法这部分可以直接跳过&＃xff0c;因为只需要驱动代码&＃xff0c;所以直接配置IO口生成即可。

二、配置自己的HAL库MDK工程

这部分跟配置固件库工程步骤相同&＃xff0c;只是把对应文件改为HAL库&＃xff0c;这里我直接在正点原子的例程代码基础上进行修改&＃xff0c;HAL库版本的原子例程依旧带有system文件夹。然后建立BSP文件&＃xff0c;把CubeMX生成的驱动代码复制过来即可。下面讲下HAL库跟固件库的一些区别。

三、HAL库与固件库的区别

这里简单说下除命名外的一些区别。

1.句柄

所谓句柄&＃xff0c;在HAL库里就是一个外设的结构体。
在固件库中我们是这样初始化外设的&＃xff1a;先定义一个函数&＃xff0c;在函数里定义一个结构体&＃xff0c;开启时钟&＃xff0c;然后操作这个结构体成员&＃xff0c;最后利用这个结构体初始化外设。
在HAL库中&＃xff0c;需要定义一个全局变量结构体&＃xff0c;也就是句柄&＃xff0c;为什么是全局变量&＃xff1f;因为不只是初始化外设要用到&＃xff0c;后面对外设的一系列操作都需要用到&＃xff0c;比如说ADC的校正、读取&＃xff0c;串口的接发。

2.回调函数

在固件库初始化外设中&＃xff0c;一般都是先打开时钟&＃xff0c;配置GPIO&＃xff0c;配置复用功能。而在HAL库中时钟、GPIO和中断的配置都放到了回调函数中&＃xff08;带有MspInit结尾&＃xff09;&＃xff0c;因为HAL库在Init外设后会自动调用回调函数&＃xff0c;回调函数是weak&＃xff08;弱定义&＃xff09;函数&＃xff0c;默认为空&＃xff0c;也就是ST让用户重新定义的函数。既然回调函数中放入了时钟和GPIO配置&＃xff0c;那么初始化函数中就只剩下外设的复用配置。
还有一个问题&＃xff0c;例如串口只有一个回调函数HAL_UART_MspInit&＃xff0c;在配置USART1时会调用函数HAL_UART_MspInit&＃xff0c;配置USART2时也会调用函数HAL_UART_MspInit&＃xff0c;所以HAL_UART_MspInit中必须判断目前在配置哪个串口&＃xff0c;这样才不会出错。
另外&＃xff0c;回调函数默认是一个空函数&＃xff0c;不一定要按照ST的思路来编程&＃xff0c;我们也可以把回调函数中的代码放回到初始化函数中&＃xff0c;也就是像用固件库编程那样。下面是串口的回调函数代码。

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
if(huart->Instance &＃61;&＃61; USART_UX) /* 如果是串口1&＃xff0c;进行串口1 MSP初始化 */
{
USART_UX_CLK_ENABLE(); /* USART1 时钟使能 */
USART_TX_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 发送引脚时钟使能 */
USART_RX_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 接收引脚时钟使能 */
gpio_init_struct.Pin &＃61; USART_TX_GPIO_PIN; /* TX引脚 */
gpio_init_struct.Mode &＃61; GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull &＃61; GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed &＃61; GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */
gpio_init_struct.Alternate &＃61; USART_TX_GPIO_AF; /* 复用为USART1 */
HAL_GPIO_Init(USART_TX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化发送引脚 */
gpio_init_struct.Pin &＃61; USART_RX_GPIO_PIN; /* RX引脚 */
gpio_init_struct.Alternate &＃61; USART_RX_GPIO_AF; /* 复用为USART1 */
HAL_GPIO_Init(USART_RX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化接收引脚 */
#if USART_EN_RX
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART_UX_IRQn); /* 使能USART1中断通道 */
HAL_NVIC_SetPriority(USART_UX_IRQn, 3, 3); /* 抢占优先级3&＃xff0c;子优先级3 */
#endif
}


3.时钟配置

在固件库中&＃xff0c;根据外设对应的AHB、APB1、APB2时钟用对应的RCC函数打开时钟。如

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );


在HAL库中把每个外设和GPIO的时钟都单独分开为一个宏。如

ADC_ADCX_CHY_CLK_ENABLE(); /* 使能ADCx时钟 */
ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 开启GPIO时钟 */


4.HAL_Init()

main函数中需要加入HAL_Init()函数进行系统初始化。
HAL_Init()的功能是配置Flash&＃xff0c;设置中断分组、系统时钟。默认的中断分组是4&＃xff08;如果后面不进行修改&＃xff09;

HAL_StatusTypeDef HAL_Init(void)
{
/* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache */
#if (INSTRUCTION_CACHE_ENABLE !&＃61; 0U)
__HAL_FLASH_INSTRUCTION_CACHE_ENABLE();
#endif /* INSTRUCTION_CACHE_ENABLE */
#if (DATA_CACHE_ENABLE !&＃61; 0U)
__HAL_FLASH_DATA_CACHE_ENABLE();
#endif /* DATA_CACHE_ENABLE */
#if (PREFETCH_ENABLE !&＃61; 0U)
__HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE();
#endif /* PREFETCH_ENABLE */
/* Set Interrupt Group Priority */
HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);
/* Use systick as time base source and configure 1ms tick (default clock after Reset is HSI) */
HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY);
/* Init the low level hardware */
HAL_MspInit();
/* Return function status */
return HAL_OK;
}


不难发现&＃xff0c;里面也有一个回调函数&＃xff0c;这里也是一个空函数。

5.其他

以上四个是重要区别&＃xff0c;其他基本都是命名区别&＃xff0c;可以结合例程代码进行配置&＃xff0c;在熟悉固件库的基础上花几个小时就可以快速入门HAL库。

另外我在配置时钟&＃xff0c;发现我之前一直忽视了32的ADC时钟&＃xff0c;以F1为例&＃xff0c;官方给出的ADC最高采样率是1M&＃xff0c;时钟频率最高为14MHz。
采样率 &＃61; 1 / &＃xff08; 用户配置时钟周期 &＃43; 12.5&＃xff08;固定转换时钟周期&＃xff09;×&＃xff08;1/14MHz&＃xff09;&＃xff09;
用户配置周期最小1.5&＃xff0c;在这种情况下可以达到1M采样率。
但是当系统为72M时ADC并不能达到14MHz&＃xff0c;如下图所示&＃xff0c;ADC时钟最高只能达到12MHz
此时最高率为1 / &＃xff08; 1.5 &＃43; 12.5&＃xff08;固定转换时钟周期&＃xff09;×&＃xff08;1/12MHz&＃xff09;&＃xff09;≈ 857KHz
也就是说如果要ADC跑到1M&＃xff08;F1芯片&＃xff09;&＃xff0c;只能更换系统时钟频率&＃xff08;降频&＃xff09;。

结语

以上是本篇文章的所有内容。