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超子物联网HAL库笔记:[汇总]
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1. HAL库简介
HAL库
- HAL库(Hardware Abstraction Layer)是STMicroelectronics提供的STM32微控制器的硬件抽象层库。
- 它通过一套统一的API接口,简化了对STM32外设的配置和操作,使开发者能够更快速地进行嵌入式系统开发,而不必深入了解底层硬件细节。
HAL库的优点
- 高层次抽象:HAL库提供了高层次的抽象接口,简化了对硬件外设的操作。开发者可以通过调用库函数完成复杂的硬件配置,而不必直接操作寄存器。
- 易于使用:由于提供了丰富的库函数和示例代码,开发者可以快速上手进行开发,减少了开发时间。
- 一致性和移植性:HAL库在不同的STM32系列中保持了一致的API接口,增强了代码的移植性和重用性。如果需要更换STM32系列微控制器,代码的修改量较小。
- 简化调试:由于HAL库屏蔽了底层的寄存器操作,调试过程中更容易定位和解决问题,减少了开发和维护的复杂性。
- 代码维护性好:HAL库的高层次封装和良好的代码结构使得代码更容易维护和更新。
对比标准固件库的不同
- 抽象层次:
- 标准固件库:直接操作寄存器,提供底层硬件访问,要求开发者对STM32微控制器的寄存器有较深入的理解。
- HAL库:提供高层次的抽象接口,屏蔽底层寄存器操作,使开发者可以更快速地进行开发。
- 代码复杂性:
- 标准固件库:代码较复杂,涉及大量的寄存器配置,开发者需要处理更多的细节。
- HAL库:代码简洁易读,通过调用库函数进行配置和操作,减少了代码量和复杂性。
- 学习曲线:
- 标准固件库:学习曲线较陡,需要花费较多时间了解和掌握硬件细节。
- HAL库:学习曲线较缓,提供了丰富的示例代码和文档,开发者可以快速上手。
- 开发效率:
- 标准固件库:适合对性能和功耗有严格要求的项目,但开发和调试时间较长。
- HAL库:提高了开发效率,适合快速开发和原型设计,缩短了开发周期。
- 移植性:
- 标准固件库:不同系列的STM32微控制器之间存在较大的差异,代码移植工作量较大。
- HAL库:提供一致的API接口,增强了代码的移植性和重用性,不同系列之间的移植工作量较小。
2. 创建HAL库工程模板
1. 制作文件模板
-
先找一个位置,存放工程模板
-
在工程模板中 添加 User、Library 、 Hardware 、 CMSIS 文件夹:
- User:
- main.c
- Library:
- Include
- Source
- Hardware:
- Include
- Source
- CMSIS :
- Include
- Source
- User:
-
下载HAL库 源码 STM32Cube MCU和MPU包: 相关产品
-
解压并打开
-
拷贝HAL库(Library)
- 进入
\\STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\\Drivers\\STM32F1xx_HAL_Driver
把头文件夹 Inc 和源文件夹 Src 移动到自己的Library的对应的文件中
- 进入
-
拷贝启动文件(CMSIS\Include)
- 先进入内核文件
\\STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\\Drivers\\CMSIS
- 进入头文件
\\CMSIS\\Include
把所有文件拷贝到自己的CMSIS/Include文件中 再进入\\CMSIS\\Device\\ST\\STM32F1xx\\Include
把所有文件拷贝到自己的CMSIS/Include文件中
- 先进入内核文件
-
拷贝源文件(CMSYS\Source)
- 进入
\\STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\\Drivers\\CMSIS\\Device\\ST\\STM32F1xx\\Source\\Templates
- 把
\\Templates
文件的的system_stm32f1xx.c拷贝到自己的CMSIS/Source文件中 - 再进入/arm文件下,把所有文件拷贝到自己的CMSIS/Source文件中
- 进入
-
编辑Hardware文件夹
分别在源文件家和头文件夹添加stm32f1xx_it.c 和stm32f1xx_it.h 代码如下
stm32f1xx_it.c
/*-------------------------------------------------*/
/* */
/* 实现各种中断服务函数的源文件 */
/* */
/*-------------------------------------------------*/#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "stm32f1xx_it.h" /*-------------------------------------------------*/
/*函数名:不可屏蔽中断处理函数 */
/*参 数:无 */
/*返回值:无 */
/*-------------------------------------------------*/
void NMI_Handler(void)
{}/*-------------------------------------------------*/
/*函数名:硬件出错后进入的中断处理函数 */
/*参 数:无 */
/*返回值:无 */
/*-------------------------------------------------*/
void HardFault_Handler(void)
{}
/*-------------------------------------------------*/
/*函数名:软中断,SWI 指令调用的处理函数 */
/*参 数:无 */
/*返回值:无 */
/*-------------------------------------------------*/
void SVC_Handler(void)
{}
/*-------------------------------------------------*/
/*函数名:可挂起的系统服务处理函数 */
/*参 数:无 */
/*返回值:无 */
/*-------------------------------------------------*/
void PendSV_Handler(void)
{}
/*-------------------------------------------------*/
/*函数名:SysTic系统嘀嗒定时器处理函数 */
/*参 数:无 */
/*返回值:无 */
/*-------------------------------------------------*/
void SysTick_Handler(void)
{ HAL_IncTick();
}
stm32f1xx_it.h
/********************************************************************************* @file GPIO/GPIO_IOToggle/Inc/stm32f1xx_it.h* @author MCD Application Team* @brief This file contains the headers of the interrupt handlers.******************************************************************************* @attention** <h2><center>© Copyright (c) 2016 STMicroelectronics.* All rights reserved.</center></h2>** This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,* the "License"; You may not use this file except in compliance with the* License. You may obtain a copy of the License at:* opensource.org/licenses/BSD-3-Clause********************************************************************************//* Define to prevent recursive inclusion -------------------------------------*/
#ifndef __STM32F1xx_IT_H
#define __STM32F1xx_IT_H#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
/* Exported types ------------------------------------------------------------*/
/* Exported constants --------------------------------------------------------*/
/* Exported macro ------------------------------------------------------------*/
/* Exported functions ------------------------------------------------------- */void NMI_Handler(void);
void HardFault_Handler(void);
void MemManage_Handler(void);
void BusFault_Handler(void);
void UsageFault_Handler(void);
void SVC_Handler(void);
void DebugMon_Handler(void);
void PendSV_Handler(void);
void SysTick_Handler(void);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif /* __STM32F1xx_IT_H *//************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
最后需要把自己的Library文件中的Include 文件中的stm32f1xx_hal_conf_template.h 更名为 stm32f1xx_hal_conf.h 。否则编译会找不到这个头文件
文件结构
CMSISIncludecmsis_armcc.hcmsis_armclang.hcmsis_compiler.hcmsis_gcc.hcmsis_iccarm.hcmsis_version.hcore_armv8mbl.hcore_armv8mml.hcore_cm0.hcore_cm0plus.hcore_cm1.hcore_cm23.hcore_cm3.hcore_cm33.hcore_cm4.hcore_cm7.hcore_sc000.hcore_sc300.hmpu_armv7.hmpu_armv8.hstm32f100xb.hstm32f100xe.hstm32f101x6.hstm32f101xb.hstm32f101xe.hstm32f101xg.hstm32f102x6.hstm32f102xb.hstm32f103x6.hstm32f103xb.hstm32f103xe.hstm32f103xg.hstm32f105xc.hstm32f107xc.hstm32f1xx.hsystem_stm32f1xx.htz_context.hSourcestartup_stm32f100xb.sstartup_stm32f100xe.sstartup_stm32f101x6.sstartup_stm32f101xb.sstartup_stm32f101xe.sstartup_stm32f101xg.sstartup_stm32f102x6.sstartup_stm32f102xb.sstartup_stm32f103x6.sstartup_stm32f103xb.sstartup_stm32f103xe.sstartup_stm32f103xg.sstartup_stm32f105xc.sstartup_stm32f107xc.ssystem_stm32f1xx.c
DebugConfigProject_STM32F103C8_1.0.0.dbgconfTarget_1_STM32F103C8_1.0.0.dbgconf
HardwareIncludestm32f1xx_it.hSourcestm32f1xx_it.c
LibraryIncludeLegacystm32f1xx_hal_can_ex_legacy.hstm32f1xx_hal_can_legacy.hstm32_hal_legacy.hstm32f1xx_hal.hstm32f1xx_hal_adc.hstm32f1xx_hal_adc_ex.hstm32f1xx_hal_can.hstm32f1xx_hal_cec.hstm32f1xx_hal_conf.hstm32f1xx_hal_cortex.hstm32f1xx_hal_crc.hstm32f1xx_hal_dac.hstm32f1xx_hal_dac_ex.hstm32f1xx_hal_def.hstm32f1xx_hal_dma.hstm32f1xx_hal_dma_ex.hstm32f1xx_hal_eth.hstm32f1xx_hal_exti.hstm32f1xx_hal_flash.hstm32f1xx_hal_flash_ex.hstm32f1xx_hal_gpio.hstm32f1xx_hal_gpio_ex.hstm32f1xx_hal_hcd.hstm32f1xx_hal_i2c.hstm32f1xx_hal_i2s.hstm32f1xx_hal_irda.hstm32f1xx_hal_iwdg.hstm32f1xx_hal_mmc.hstm32f1xx_hal_nand.hstm32f1xx_hal_nor.hstm32f1xx_hal_pccard.hstm32f1xx_hal_pcd.hstm32f1xx_hal_pcd_ex.hstm32f1xx_hal_pwr.hstm32f1xx_hal_rcc.hstm32f1xx_hal_rcc_ex.hstm32f1xx_hal_rtc.hstm32f1xx_hal_rtc_ex.hstm32f1xx_hal_sd.hstm32f1xx_hal_smartcard.hstm32f1xx_hal_spi.hstm32f1xx_hal_sram.hstm32f1xx_hal_tim.hstm32f1xx_hal_tim_ex.hstm32f1xx_hal_uart.hstm32f1xx_hal_usart.hstm32f1xx_hal_wwdg.hstm32f1xx_ll_adc.hstm32f1xx_ll_bus.hstm32f1xx_ll_cortex.hstm32f1xx_ll_crc.hstm32f1xx_ll_dac.hstm32f1xx_ll_dma.hstm32f1xx_ll_exti.hstm32f1xx_ll_fsmc.hstm32f1xx_ll_gpio.hstm32f1xx_ll_i2c.hstm32f1xx_ll_iwdg.hstm32f1xx_ll_pwr.hstm32f1xx_ll_rcc.hstm32f1xx_ll_rtc.hstm32f1xx_ll_sdmmc.hstm32f1xx_ll_spi.hstm32f1xx_ll_system.hstm32f1xx_ll_tim.hstm32f1xx_ll_usart.hstm32f1xx_ll_usb.hstm32f1xx_ll_utils.hstm32f1xx_ll_wwdg.hstm32_assert_template.hSourceLegacystm32f1xx_hal_can.cstm32f1xx_hal.cstm32f1xx_hal_adc.cstm32f1xx_hal_adc_ex.cstm32f1xx_hal_can.cstm32f1xx_hal_cec.cstm32f1xx_hal_cortex.cstm32f1xx_hal_crc.cstm32f1xx_hal_dac.cstm32f1xx_hal_dac_ex.cstm32f1xx_hal_dma.cstm32f1xx_hal_eth.cstm32f1xx_hal_exti.cstm32f1xx_hal_flash.cstm32f1xx_hal_flash_ex.cstm32f1xx_hal_gpio.cstm32f1xx_hal_gpio_ex.cstm32f1xx_hal_hcd.cstm32f1xx_hal_i2c.cstm32f1xx_hal_i2s.cstm32f1xx_hal_irda.cstm32f1xx_hal_iwdg.cstm32f1xx_hal_mmc.cstm32f1xx_hal_msp_template.cstm32f1xx_hal_nand.cstm32f1xx_hal_nor.cstm32f1xx_hal_pccard.cstm32f1xx_hal_pcd.cstm32f1xx_hal_pcd_ex.cstm32f1xx_hal_pwr.cstm32f1xx_hal_rcc.cstm32f1xx_hal_rcc_ex.cstm32f1xx_hal_rtc.cstm32f1xx_hal_rtc_ex.cstm32f1xx_hal_sd.cstm32f1xx_hal_smartcard.cstm32f1xx_hal_spi.cstm32f1xx_hal_sram.cstm32f1xx_hal_tim.cstm32f1xx_hal_timebase_rtc_alarm_template.cstm32f1xx_hal_timebase_tim_template.cstm32f1xx_hal_tim_ex.cstm32f1xx_hal_uart.cstm32f1xx_hal_usart.cstm32f1xx_hal_wwdg.cstm32f1xx_ll_adc.cstm32f1xx_ll_crc.cstm32f1xx_ll_dac.cstm32f1xx_ll_dma.cstm32f1xx_ll_exti.cstm32f1xx_ll_fsmc.cstm32f1xx_ll_gpio.cstm32f1xx_ll_i2c.cstm32f1xx_ll_pwr.cstm32f1xx_ll_rcc.cstm32f1xx_ll_rtc.cstm32f1xx_ll_sdmmc.cstm32f1xx_ll_spi.cstm32f1xx_ll_tim.cstm32f1xx_ll_usart.cstm32f1xx_ll_usb.cstm32f1xx_ll_utils.c
ListingsProject.map
Objectsmain.dmain.oProject.axfProject.build_log.htmProject.htmProject.lnpProject.sctProject_Project.depstartup_stm32f101xb.ostm32f1xx_hal.dstm32f1xx_hal.ostm32f1xx_hal_cortex.dstm32f1xx_hal_cortex.ostm32f1xx_hal_gpio.dstm32f1xx_hal_gpio.ostm32f1xx_hal_gpio_ex.dstm32f1xx_hal_gpio_ex.ostm32f1xx_hal_rcc.dstm32f1xx_hal_rcc.ostm32f1xx_hal_rcc_ex.dstm32f1xx_hal_rcc_ex.osystem_stm32f1xx.dsystem_stm32f1xx.o
Usermain.c
2. Keil 创建工程
-
创建工程、选择User为目录。
-
点击木箱子设置分组
- User 、 Library 、 Hardware 、 CMSIS
-
导入文件
- 这里只导入必备的。以后用哪个再加那个
- Library:
- stm32f1xx_hal.c
- stm32f1xx_hal_cortex.c
- stm32f1xx_hal_gpio.c
- stm32f1xx_hal_gpio_ex.c
- stm32f1xx_hal_rcc.c
- stm32f1xx_hal_rcc_ex.c
- CNSIS:
- system_stm32f1xx.c
- startup_stm32f103xb.s
- User:
- main.c
-
在魔术棒中设置:
C/C++中: 在Define输入STM32F103xB (目的是通知编译器我们用的是xb) 添加头文件路径(Hardware、CMSIS、Library)。以后有别的添加则再添加。 Target中:
选择ARM编译器为v6.16 否则会报错
-
在main.c中引入头文件stm32f1xx_hal.h (在hal.c中可找到)
-
最后编译即可。0错误0警告
3. HAL库结构初步分析
-
以HAL库的串口为例来讲解
-
串口分为USART和UART 他们分别是同步通信和异步通信。一般我们用异步的
所以这里我们添加uart.c的文件。
-
hal库之中,串口包含三种方式: 轮询、中断、DMA。所以在库文件中必须添加DMA库
所以我们这里添加DMA.c的文件
-
-
在HAL库中每个外设都有两个关键的部分:
- Private:(私有的),是HAL库内部自己调用的
- Exported:(对外的),我们的应用程序中去调用。Exported分为四个部分
- types,各种Struct结构体,用于外设功能配置。对应了CubeMax软件的配置项
- constants,上方各种Struct结构体中的成员的可以配置的选项
- macro,宏定义,相当于直接对寄存器操作。因为在某些时候调用api反而效率不高
- functions,API函数。
这些是可以在文件中验证的。hal_uart.c中 可见
我们对CubeMax的操作,实际上就是与这些结构体、成员变量一一对应的
一个外设的相关结构体会被定义在一个总的结构体中。比如串口是UART_HandleTypedef