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HAL库
1、初识HAL库
1.1 CMSIS 简介
CMSIS（微控制器软件接口标准）：Crotex Microcontroller Software Interface Standard，是由ARM和与其合作的芯片厂商、软件工具厂商，共同制定的标准
- ARM官方提供的CMSIS规范架构
1.2 HAL库 简介
ST为了方便用户开发STM32芯片开发提供了三种库：
- 标准外设库：Standard Peripheral Libraries
- ST最早的库，现在还在用
- 目前只兼容 F0/F1/F3/F2/F4/L1 系列
- 目前已停止维护
- HAL库（硬件抽象层）：Hardware Abstraction Layer
- ST目前主推的库
- 全系列兼容
- 兼容性好、移植方便，但效率不太高
- LL库：Low Layer
- 与HAL库困捆绑发布
- 全系列兼容
- 轻量级、效率高
- 不匹配部分复杂外设，比如 USB
2、STM32Cube 固件包浅析
STM32Cube固件包即：ST公司基于自己的产品，根据上文ARM官方的CMSIS规范架构标准，提供的CMSIS-Pack
2.1 STM32Cube固件包文件夹简介
- _htmresc：图片文件
- Documentation：STM32Cube说明文档
- Drivers：驱动源码
- Middlewares：中间文件
- Projects：ST官方开发板案例
- Utilities：公共组件
- 其他文件
- License.md：软件版权信息
- package.xml：固件包版本信息
- Readme.md：自述
- Release_Notes.html：补充或更新说明
2.2 CMSIS文件夹关键文件
- CMSIS文件夹下文件目录
- 关键文件
- Device：微控制器专用头文件、启动文件、专用系统文件
- Include：Cortex-M内核及其设备文件、编译器相关头文件
3、HAL库框架结构
3.1 HAL库文件夹结构
以STM32F1系列为例：
- Inc：HAL库和LL库驱动源码头文件
- Src：HAL库和LL库驱动源码
- .chm后缀文件：用户手册
3.2 HAL库文件介绍
以STM32Cube_F1_v1.8.0为例：
| 文件 | 描述 |
|---|---|
| stm32f1xx_hal.c stm32f1xx_hal.h | HAL库的初始化、系统滴答，HAL库延时函数等相关函数 |
| stm32f1xx_hal_conf.h | HAL库的用户配置文件，用于裁剪HAL库、配置晶振参数等 |
| stm32f1xx_hal_def.h | 包含HAL库通用的美剧类型数据和宏定义 |
| stm32f1xx_hal_cortex.c stm32f1xx_hal_cortex.h | 内核通用函数定义和声明，如NVIC、MPU、系统软复位、Systick等，其实主要是对core_cm2.h文件的相关函数再次封装 |
| stm32f1xx_hal_ppp.c stm32f1xx_hal_ppp.h | 某任意外设驱动源码，PPP表示任意外设 |
| stm32f1xx_hal_ppp_ex.c stm32f1xx_hal_ppp_ex.h | 主要是存放外设的扩展（特殊）功能的驱动源码，PPP表示任意外设 |
| stm32f1xx_ll_ppp.c stm32f1xx_ll_ppp.h | LL库驱动源码，在部分stm32f1xx_hal_ppp.c或stm32f1xx_hal_ppp_ex.c中会被调用 |
3.3 HAL库API函数和变量命名规则
a. 命名规则
| 文件名称 | stm32f1xx_hal_ppp.(c/h) | stm32f1xx_hal_ppp_ex.(c/h) |
|---|---|---|
| 函数名 | HAL_PPP_Function | HAL_PPPEx_Function |
| 外设句柄 | PPP_HandleTypeDef | 无 |
| 外设工作参数初始化结构体 | PPP_InitTypeDef | PPP_InitTypeDef |
| 配置参数结构体 | PPP_YyyyConfTypeDef | PPP_YyyyConfTypeDef |
即让某个外设(PPP)完成某个功能(Function)，常见的有以下几种：
- 初始化/反初始化函数：HAL_PPP_Init()，HAL_PPP_DeInit()
- 外设读写函数：HAL_PPP_Read()，HAL_PPP_Write()，HAL_PPP_Transmit()，HAL_PPP_Receive()
- 控制函数：HAL_PPP_Set ()，HAL_PPP_Get ()
- 状态和错误：HAL_PPP_GetState ()，HAL_PPP_GetError ()
b. HAL库的回调函数
这部分允许用户重定义，并在其中实现用户自定义的功能，使用HAL库最常用的API之一：
| 回调函数 | 举例 |
|---|---|
| HAL_PPP_MspInit()/_MspDeInit() | HAL_USART_MspInit()由 HAL_PPP_Init()这个API调用，主要在这个函数中实现外设对应的GPIO、时钟、DMA，和中断开启的配置和操作 |
| HAL_PPP_ProcessCpltCallback | HAL_USART_TxCpltCallback 由外设中断或DMA中断调用，调用时API内部已经实现中断标记的清除的操作，用户只需要专注于自己的软件功能实现即可 |
| HAL_PPP_ErroCallback | HAL_USART_ErrorCallback外设或DMA中断中发生的错误，用于作错误处理 |
4、如何使用HAL库
以STM32F1系列为例，HAL库的用户配置文件
- 获取stm32f1xx_hal_conf.h的方法：
- 可以从在官方的例程(Projects文件夹)中直接复制
- 可以从在HAL库驱动源码头文件(Inc文件夹)中复制stm32f1xx_hal_conf_template.h并重命名
- 裁剪HAL库外设驱动源码（不进行编译）：
- 把stm32f1xx_hal_conf.h中不需要的外设的宏定义注释掉
- 不把不需要的HAL库外设驱动源码加到工程文件中
- 设置外部晶振频率：
-
/* 外部高速晶振频率对应的宏定义 */ #if !defined (HSE_VALUE) #if defined(USE_STM3210C_EVAL) #define HSE_VALUE U /*!< Value of the External oscillator in Hz */ #else #define HSE_VALUE U /*!< Value of the External oscillator in Hz */ #endif #endif /* HSE_VALUE */ -
/* 外部低速晶振频率对应的宏定义 */ #if !defined (LSE_VALUE) #define LSE_VALUE ((uint32_t)32768) /* 外部低速振荡器的值，单位 HZ */ #endif /* LSE_VALUE */
-
5、HAL库使用注意事项
- 使用HAL库出现问题，要通过参考手册检查硬件操作是否有问题
- 尽量不通过修改库源码实现功能，这样不方便库更新，可以拷贝一份库源码，通过修改拷贝的库源码实现想要的需求
- 有些HAL库API函数执行效率低，可能会直接通过操作寄存器的方式代替
- 可能HAL库也存在错误，要有怀疑精神
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