【STM32】STM32的Cube和HAL生态

1.单片机软件开发的时代变化

1.单片机的演进过程

(1)第1代：4004、8008、Zilog那个年代（大约1980年代之前）
(2)第2代：51、PIC8/16、AVR那个年代（大约2005年前）
(3)第3代：51、PIC32、Cortex-M0、M1、M3年代（大约2005年到现在）
(4)第4代：51、STM8/MSP430、PIC、Cortex-M4、M7、低功耗系列（现在到将来5-10年）

2.单片机开发的演进过程

(1)第1代：不讨论，没意义
(2)第2代：汇编和C都有，一般没有库或最多用标准C库
(3)第3代：出现单片机厂商提供的外设库，典型的如STM32的标准库
(4)第4代：库是标配和发展方向，库考虑更多硬件兼容性，库集成更多组件，库面向网络功能
(5)第5代：库面向云端对接、库面向上层语言如python的接口、提供辅助工具如STM32CubeMX

3.演进的内在动力和原因，方向

(1)单片机片上资源越来越多，越来越复杂，单片机编程的工程体量越来越大、复杂度和细节越来越多。因此必须要外设库来简化和加速开发。
(2)单片机型号越来越多，外设分布越来越散，引脚复用越来越多，需要专用配置工具协助工程师来设计引脚复用和基本功能配置，简化开发、快速评估。
(3)联网、USB、文件系统、加密算法、RTOS等第三方组件越来越重要
(4)物联网云管端模型，促进了单片机对联网对接的需求
(5)半导体厂商同质化竞争越来越激烈，不得不在开发生态上下功夫提升竞争力

4.演进的技术方向

(1)单片机开发在走PC、手机等以CPU为核心的产品的老路：底层和细节越来越成熟，ARM提供CPU的库、单片机厂商提供外设库，单片机软件工程师直接基于这些库来构建自己的应用。
(2)提供GUI式的辅助开发工具，加速并简化产品开发
(3)提供一整套开发生态而不只是一个SDK包
(4)提供HAL抽象层驱动来加速产品移植和选型，增加客户粘度。

2.STM32软件开发的各种模式

1、第1代：寄存器开发
2、第2代：标准库开发
3、第3代：HAL/LL库 + STM32CubeMX工具开发

(1)HAL（hardware abstract layer）、LL（lowerlevel layer）
(2)HAL库的优势是便于在不同型号的STM32芯片之间移植，劣势是代码效率低
(3)LL库几乎等同于直接操作寄存器
(4)CubeMX工具是ST的一站式开发包，层级高于SDK包，包含了STM32芯片开发的所有官方资源，提供了友好的使用方法；CubeMX是一个windows上的IDE软件；CubeMX是一个工具包加芯片容器，各系列芯片资料以插件补丁形式安装；
(4)HAL/LL库和CubeMX本质上是独立的东西，只是使用上纠缠在一起了而已。
(5)CubeMX和Keil MDK是不同作用的东西，要搞清楚。

4、我们应该如何学习

(1)拥抱变化，站在时代前沿。固守成规是最愚蠢的。
(2)换汤不换药，本质从未变过，变得只是表面。后面课程中会看到
(3)我推崇的态度：积极学习并使用新东西，好好利用新工具，但不要丢掉老知识和技能。
(4)原来就学了会了标准库的寄存器开发的，继续拓展学习HAL库和新工具就行了，你会发现体力活变少了，核心技能要求还是一样越来越高。
(5)新手入坑本来没底子的，可以直接学习新开发模式，然后逐步向底层靠拢，你会发现内部有不少秘密，这些深挖的东西其实就是前代的那一套······
(6)ARM、单片机厂商、MDK/IAR等IDE厂商、freeRTOS/LiteOS/rt-thread/AliOS/uCOS等厂商、华为云/阿里云/机智云/亚马逊/IBM等云厂商，大家都在布局，都在做体系，要注意去体会各家的不同资源和立场、不同玩法，找到最适合自己的东西来用。

3.STM32CubeMX工具入门

1、STM32CubeMX软件下载和安装

意法半导体-STMicroelectronics

(1)在http://www.stmicroelectronics.com.cn/ 首页搜索STM32CubeMX即可找到下载页
(2)分STM8版本和STM32版本
(3)尽量安装最新版，可以打开旧版本创建的工程；反之不可以。

2、MCU系列的firmware补丁包下载安装

(1)安装包搜STM32Cube也能搜到
(2)可以在CubeMX工具中在线下载安装，但是实际感觉不好用
(3)推荐到STM32官网下载离线包，然后本地导入

查看已经安装哪些依赖

注意导入离线包的版本与软件安装选择要对应得上

3、软件的大体浏览和基本介绍

查看开发板上的芯片信息

4.MDK5的全面介绍

STM32项目工程的搭建-CSDN博客

1、MDK5和之前的版本问题

1）MDK的前身是Keil，主页：www.keil.com。以前主要做51的IDE，后面被ARM收购增加了MDK

2）Keil开发51的是Keil C51 Keil 开发的是ARM的是Keil MDK

3）MDK主要用来开发Cortex-M系列的，ARM9，ARM11不太适合用MDK开发

4）MDK早期开发常用版本3.5 4.x，期间差异不大，到MDK5开始有了很大变化

2、MDK5的下载和安装

MDK5最新版本软件下载：http://www2.keil.com/mdk5
MDK的pack下载路径：https://www.keil.com/pack

keil C51

keil ARM

3、MDK5使用的一些细节

(1)工程建立和输出文件夹设计,MDK5已经默认设置了
(2)C/C++栏下的预定义宏

(3)C/C++栏下的头文件包含设计

(4)use microlib

（5）选择合适芯片

（6）选择正确的调试器型号：STLink

（7）Flash load下载算法设置

4、其他几种STM32开发的IDE

(1)IAR EWARM
(2)RVDS/ADS1.2
(3)gcc
(4)TrueStudio
(5)MDK4

5.STM32的FW补丁结构分析

1、整体情况

(1)每个系列（如L4、F1）是一个整体的补丁包
(2)每个系列都有不同的版本号，而且会不断升级
(3)可以在STM32CubeMX工具中在线升级安装，也可以到官网下载然后本地import
(4)所谓安装其实就是解压开放到了一个位置中

2.文件层级

Drivers

CMSIS

统一，方便移植

6.课程中用到的开发板介绍

1、首选NB476开发板（STM32L476）

因为开发比较晚，所以只能使用HAL库进行开发

F：主功能系列--》性能一般

L：专注与低功耗，不在乎性能

H：性能高

2、兼容讲HC6800 ARM3.0开发板

既可以使用标准库开发也可以使用HAL库开发

3、其他开发板怎么办

(1)HAL库设计的初衷就是解决代码在STM32各MCU系列间移植
(2)建议学习本课程用NB476开发板，学会了其实遇到哪个都能用起来
(3)除原有项目维护外，建议新项目一律切入HAL库不要再用标准库
(4)RTOS方面建议重点学第四季先掌握一个rtos，使用时尽量用liteos、rtt、alios等国产货

7.生态系统真的很重要

1、从小米的物联网生态说起

(1)商业上小米是比较早构建生态的，事实证明很成功
(2)生态系统的本质是资源的更合理、更低成本、更快速配置--小米的手机可以控制小米的家电
(3)信息化让商业生态重要性更高

2、软件开发行业也是生态为王

(1)Wintel时代围绕微软Windows和Office的PC软件生态帝国
(2)iOS的内聚生态成就了苹果的优秀和成功==软件+硬件
(3)android的开放生态主宰了当前的移动互联网时代，并将继续主宰

3、单片机开发领域生态竞争鏖战正酣

(1)物联网时代的来临使单片机站到了风口，列强环伺都盯上这块了
(2)ARM在CPU内核方面是目前霸主，但是也有RISC-V等在挑战
(3)开发环境方面MDK、IAR、gcc、DS等都有人用
(4)芯片方面STM32前几年积累的优势很大（尤其国内），STM32的开发生态也做的很好；但是TI、freescale、瑞萨、Atmel等其他厂商也有各自一定优势
(5)RTOS方面ucos、freertos、liteos（华为）、rtthread、alios（阿里云）等涌现出很多
(6)云方面国内阿里云、华为云、机智云等，国外amazon、google等也有很多
(7)无线通信领域WIFI、BT、nbiot、Lora、4G等多种方式都在快速发展演化
(8)下游应用厂商一大批也都在努力，各种新的开发模式和商业模式每天都在涌现

4、朱老师的看法

(1)开发生态的本质是让开发更快速、更简单、更直达目标、更低成本。
(2)开发者的个人价值和发展和开发生态的价值和发展并不完全重合，甚至有时候还矛盾冲突
(3)建议1：回归本质，打好根基、练好内功，以不变应万变
(4)建议2：积极拥抱变化，学习新技术、新开发方式、新语言、努力跟上时代
(5)单片机开发的未来在于：低功耗、联网连云、RTOS、安全和加密等方向点