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STM32F7学习笔记5：HAL库

Dr.Guo
发布于 2024-02-04 / 27 阅读
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STM32F7学习笔记5：HAL库

#嵌入式#野火#STMF767

STM32F7学习笔记5：HAL库

1. CMSIS 标准和库层次

为了解决不同的芯片厂商生产的Cortex微控制器软件 的兼容性问题， ARM与芯片厂商建立了CMSIS标准(Cortex MicroController Software Interface Standard)。

所谓CMSIS标准，实际是新建了一个软件抽象层。架构如下：

CMSIS标准中最主要的为CMSIS核心层，它包括了：

  • 内核函数层：其中包含用于访问内核寄存器的名称、地址定义，主要由ARM公司提供。
  • 设备外设访问层：提供了片上的核外外设的地址和中断定义，主要由芯片生产商提供。

可见CMSIS层位于硬件层与操作系统或用户层之间，提供了与芯片生产商无关的硬件抽象层，可以为接口外设、实时操作系统提供简单的处理器软件接口，屏蔽了硬件差异，这对软件的移植是有极大的好处的。STM32的库，就是按照CMSIS标准建立的。

2. HAL库介绍

打开HAL库目录STM32Cube_FW_F7_V1.17.0 结构如下：

各文件夹介绍如下：

  • Documentation：文件夹下是HAL库帮助文档，主要讲述如何使用驱动库来编写自己的应用程序。
  • Drivers：文件夹下是官方的CMSISI库，HAL库，板载外设驱动。
  • Middlewares：中间件，包含ST官方的STemWin、 STM32_Audio、STM32_USB_Device_Library、STM32_USB_Host_Library；也有第三方的fatfs文件系统等等。
  • Project：文件夹下是用驱动库写的针对官方发行demo板的例子和工程模板。
  • Utilities：实用的公用组件比如LCD_LOG实用液晶打印调试信息。
  • Release_Note.html:：库的版本更新说明。

在使用库开发时，我们需要把Drivers目录下的CMSIS、STM32F7xx_HAL_Driver内核与外设的库文件添加到工程中， 并查阅库帮助文档来了解ST提供的库函数，这个文档说明了每一个库函数的使用方法。

2.1 CMSIS文件夹

结构如下：

2.1.1 Include文件夹

Include文件夹中包含了的是位于CMSIS标准的核内设备函数层的Cortex-M核通用的头文件， 它们的作用是为那些采用Cortex-M核设计SOC的芯片商设计的芯片外设提供一个进入内核的接口， 定义了一些内核相关的寄存器(类似我们前面写的stm32F767xx.h文件，但定义的是内核部分的寄存器)。

关于内核的寄存器说明， 需要查阅《cortex_M7_Technical Reference Manual》及《Cortex®-M7内核编程手册》文档， 《STM32F76xxx参考手册》只包含片上外设说明，不包含内核寄存器。

写STM32F7的工程，必须用到其中的四个文件：core\_cM7.h、core\_cmFunc.h、corecmInstr.h、core\_cmSimd.h，其它的文件是属于其它内核的，还有几个文件是DSP函数库使用的头文件。

core_cM7.c文件有一些与编译器相关条件编译语句，用于屏蔽不同编译器的差异。里面包含了一些跟编译器相关的信息， 如：“__CC_ARM ”(本书采用的RVMDK、KEIL)，“__GNUC__ ”(GNU编译器)、“ICC Compiler” (IAR编译器)。 这些不同的编译器对于C嵌入汇编或内联函数关键字的语法不一样，这段代码统一使用“__ASM、__INLINE”宏来定义， 而在不同的编译器下，宏自动更改到相应的值，实现了差异屏蔽。

#if defined ( __CC_ARM )

         #define __ASM __asm /* asm keyword for ARM Compiler */

         #define __INLINE __inline /* inline keyword for ARM Compiler*/

         #define __STATIC_INLINE static __inline

   #elif defined ( __GNUC__ )

         #define __ASM __asm /* asm keyword for GNU Compiler */

         #define __INLINE inline /* inline keyword for GNU Compiler */

         #define __STATIC_INLINE static inline

   #elif defined ( __ICCARM__ )

         #define __ASM __asm /* asm keyword for IAR Compiler */

         /* inline keyword for IAR Compiler. */

         #define __STATIC_INLINE static inline

         #define __INLINE inline

   #elif defined ( __TMS470__ )

         #define __ASM __asm /* asm keyword for TI CCS Compiler */

         #define __STATIC_INLINE static inline

   #elif defined ( __TASKING__ )

         #define __ASM __asm /* asm keyword for TASKING Compiler */

         #define __INLINE inline /* inline keyword for TASKING Compiler */

         #define __STATIC_INLINE static inline

   #elif defined ( __CSMC__ )

         #define __packed

         #define __ASM _asm /* asm keyword for COSMIC Compiler */

         /*use -pc99 on compile line  inline keyword for COSMIC Compiler */

         #define __INLINE inline

         #define __STATIC_INLINE static inline

   #endif

core_cM7.c文件中包含了“stdint.h” 这个头文件，这是一个ANSI C 文件，是独立于处理器之外的，就像我们熟知的C语言头文件 “stdio.h” 文件一样。位于RVMDK这个软件的安装目录下，主要作用是提供一些类型定义。

/* exact-width signed integer types */

typedef   signed          char int8_t;

typedef   signed short     int int16_t;

typedef   signed           int int32_t;

typedef   signed       __int64 int64_t;

/* exact-width unsigned integer types */

typedef unsigned          char uint8_t;

typedef unsigned short     int uint16_t;

typedef unsigned           int uint32_t;

typedef unsigned       __int64 uint64_t;

2.1.2 Device文件夹

在Device文件夹下的是具体芯片直接相关的文件，包含启动文件、芯片外设寄存器定义、 系统时钟初始化功能的一些文件，这是由ST公司提供的。

1. system_stm32f7xx.c

文件目录：\\ Drivers \\CMSIS\\Device\\ST\\stm32f7xx\\Source\\Templates

这个文件包含了STM32芯片上电后初始化系统时钟、扩展外部存储器用的函数，例如供启动文件调用的“SystemInit”函数，用于上电后初始化时钟，该函数的定义就存储在system_stm32f7xx.c文件。STM32F767系列的芯片，调用库的这个SystemInit函数后，系统时钟被初始化为216MHz，如有需要可以修改这个文件的内容，设置成自己所需的时钟频率。

2. 启动文件

文件目录：\ Drivers \CMSIS\Device\ST\stm32f7xx\Source\Templates

在这个目录下，还有很多文件夹，如“ARM”、“gcc”、“iar”等，这些文件夹下包含了对应编译平台的汇编启动文件，在实际使用时要根据编译平台来选择。我们使用的MDK启动文件在“ARM”文件夹中。其中的“strartup_STM32F767xx.s”即为STM32F767芯片的启动文件，前面两章工程中使用的启动文件就是从这里复制过去的。如果使用其它型号的芯片，要在此处选择对应的启动文件，如STM32F779型号使用

3. stm32F767xx.h

文件目录：Drivers \CMSIS\Device\ST\stm32f7xx\Include

stm32F767xx.h 这个文件非常重要，是一个STM32芯片底层相关的文件。它是我们前两章自己定义的“stm32F767xx.h”文件的完整版， 包含了STM32中所有的外设寄存器地址和结构体类型定义，在使用到STM32 HAL库的地方都要包含这个头文件。

2.1.3 STM32F7xx_HAL_Driver文件夹

文件目录：Drivers\STM32F7xx_HAL_Driver

STM32F7xx_HAL_Driver文件夹下有inc（include的缩写）跟src（source的简写）这两个文件夹，这里的文件属于CMSIS之外的的、芯片片上外设部分。src里面是每个设备外设的驱动源程序，inc则是相对应的外设头文件。src及inc文件夹是ST的HAL库的主要内容，甚至不少人直接认为ST的HAL库就是指这些文件，可见其重要性。

在src 和inc文件夹里的就是ST公司针对每个STM32外设而编写的库函数文件，每个外设对应一个 .c 和 .h 后缀的文件。 我们把这类外设文件统称为：stm32f7xx_hal_ppp.c 或stm32f7xx_hal_ppp.h文件，PPP表示外设名称。 如在上一章中我们自建的stm32f7xx_hal_gpio.c及stm32f7xx_hal_gpio.h文件，就属于这一类。

如针对模数转换(ADC)外设，在src文件夹下有一个stm32f7xx_hal_adc.c源文件，在inc文件夹下有一个stm32f7xx_hal_adc.h头文件， 若我们开发的工程中用到了STM32内部的ADC，则至少要把这两个文件包含到工程里。

2.1.4 stm32f7xx_it.c、 stm32f7xx_hal_conf.h

文件目录：STM32Cube_FW_F7_V1.6.0\Projects\STM32F767ZI-Nucleo\Templates

在这个文件目录下，存放了官方的一个库工程模板，我们在用库建立一个完整的工程时， 还需要添加这个目录下src文件夹中stm32f7xx_it.c和inc文件夹中和stm32f7xx_it.h、stm32f7xx_hal_conf.h这三个文件。

stm32f7xx_it.c：这个文件是专门用来编写中断服务函数的，在我们修改前，这个文件已经定义了一些系统异常(特殊中断)的接口

stm32f7xx_hal_conf.h：这个文件被包含进stm32F767xx.h 文件。ST HAL库支持所有STM32F7型号的芯片， 但有的型号芯片外设功能比较多，所以使用这个配置文件根据芯片型号增减ST库的外设文件, 另外时钟源配置也是在这里进行设置。

/* Includes ---------------------------------*/
/**
* @brief Include module's header file
*/

#ifdef HAL_RCC_MODULE_ENABLED
#include "stm32f7xx_hal_rcc.h"
#endif /* HAL_RCC_MODULE_ENABLED */

#ifdef HAL_GPIO_MODULE_ENABLED
#include "stm32f7xx_hal_gpio.h"
#endif /* HAL_GPIO_MODULE_ENABLED */

#ifdef HAL_DMA_MODULE_ENABLED
#include "stm32f7xx_hal_dma.h"
#endif /* HAL_DMA_MODULE_ENABLED */

#ifdef HAL_CORTEX_MODULE_ENABLED
#include "stm32f7xx_hal_cortex.h"
#endif /* HAL_CORTEX_MODULE_ENABLED */

#ifdef HAL_ADC_MODULE_ENABLED
#include "stm32f7xx_hal_adc.h"
#endif /* HAL_ADC_MODULE_ENABLED */

#ifdef HAL_CAN_MODULE_ENABLED
#include "stm32f7xx_hal_can.h"
#endif /* HAL_CAN_MODULE_ENABLED */

2.2 库各文件间的关系

关系如下图：

STM32F7学习笔记6：HAL点...
STM32F7学习笔记4：寄存器

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