超子物联网HAL库笔记：准备篇

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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

1. 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。
2. 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。
3. 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。

1. 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。

1. 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

• 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）

  1. 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

• 拷贝启动文件（CMSIS\Include）

  1. 先进入内核文件\\STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\\Drivers\\CMSIS
  2. 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

• 拷贝源文件（CMSYS\Source）

  1. 进入\\STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\\Drivers\\CMSIS\\Device\\ST\\STM32F1xx\\Source\\Templates
  2. 把\\Templates 文件的的system_stm32f1xx.c拷贝到自己的CMSIS/Source文件中
  3. 再进入/arm文件下，把所有文件拷贝到自己的CMSIS/Source文件中

• 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>&copy; 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

1. 创建工程、选择User为目录。

2. 点击木箱子设置分组

   • User 、 Library 、 Hardware 、 CMSIS

3. 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

4. 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

5. 在main.c中引入头文件stm32f1xx_hal.h （在hal.c中可找到）

6. 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

  1. 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。

  2. 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：

  1. Private：（私有的），是HAL库内部自己调用的
  2. 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