GD固件库介绍

只看该作者 · 2021-1-18 15:02

1.1 GD32 官方标准固件库简介

GD公司为了方便用户开发程序，提供了一套丰富的GD32F4 固件库。这一节，我们将讲解 GD32 固件库相关的基础知识，后续章节会详细说明固件库的使用方法。

1.1.1 库开发与寄存器开发的关系

固件库就是函数的集合，固件库函数的作用是向下负责与寄存器直接打交道，向上提供用户函数调用的接口（API）。
在 51 单片机的开发中我们通常的做法是直接操作寄存器，比如要控制P0口的某些 IO 口的状态，我们对寄存器做如下操作：
P0=0x11;
而在 GD32 的开发中，我们同样可以操作寄存器：
GPIO_BOP(gpio_periph) = (uint32_t)pin; //这里是针对 GD32F4 系列
这种方法当然可以，但是这种方法的劣势是你需要掌握每个寄存器的用法才能正确使用GD32。为了方便客户开发，GD推出了官方固件库。固件库将这些寄存器底层操作都封装起来，提供一整套接口（API）供开发者调用，大多数场合下，用户不需要知道操作的是哪个寄存器，只需要知道调用哪个函数即可。
比如上面的写 BOP寄存器实现电平控制，官方库封装了如下一个函数：
void gpio_bit_set(uint32_t gpio_periph, uint32_t pin)

{

GPIO_BOP(gpio_periph) =(uint32_t)pin;

}

这个时候你不需要再直接去操作BOP 寄存器了，你只需要知道怎么使用 gpio_bit_set这个函数就可以了。在你对外设的工作原理有一定的了解之后，再去看固件库函数，基本上通过函数名就大概知道这个函数的功能，该怎么使用，这样开发是不是会方便很多？
任何处理器，不管它有多么的高级，归根结底都是要对处理器的寄存器进行操作。但是固件库不是万能的，您如果想要把 GD32学透，光读 GD32 固件库是远远不够的。你还是要了解一下 GD32的原理，了解 GD32 各个外设的运行机制。只有了解了这些原理，你在进行固件库开发过程中才可能得心应手游刃有余。所以大家在学习库函数的同时，别忘了要了解一下寄存器大致配置过程。

1.1.2 GD32 固件库与 CMSIS 标准讲解
GD32F4 固件库就是函数的集合，那么对这些函数有什么要求呢？这里就涉及到一个 CMSIS 标准的基础知识。经常有人问到 GD32 和 ARM 以及 ARM7 是什么关系这样的问题，其实 ARM 是一个做芯片标准的公司，它负责的是芯片内核的架构设计，而 TI，GD这样的公司，他们是芯片公司，根据 ARM 公司提供的芯片内核标准设计自己的芯片。所以，任何一个做 Cortex-M4 芯片，他们的内核结构都是一样的，不同的是他们的存储器容量，片上外设，IO 以及其他模块的区别。所以你会发现，不同公司设计的Cortex-M4 芯片他们的端口数量，串口数量，控制方法这些都是有区别的，这些资源他们可以根据自己的需求理念来设计。同一家公司设计的多种 Cortex-M4 内核芯片的片上外设也会有很大的区别，比如GD32F407 和GD32F450，他们的片上外设就有很大的区别。
既然大家都使用的是 Cortex-M4 核，也就是说，本质上大家都是一样的，这样 ARM 公司为了能让不同的芯片公司生产的 Cortex-M4 芯片能在软件上基本兼容，和芯片生产商共同提出了一套标准 CMSIS 标准(Cortex Microcontroller SoftwareInterface Standard) ,翻译过来是“ARM Cortex™ 微控制器软件接口标准”。GD 官方库就是根据这套标准设计的。这里我们又要引用参考资料里面的图片来看看基于 CMSIS 应用程序基本结构如下图 1.1.2.1：

图 1.1.2.1 基于 CMSIS 应用程序基本结构

CMSIS 分为 3 个基本功能层：
1) 核内外设访问层：ARM 公司提供的访问，定义处理器内部寄存器地址以及功能函数。
2) 中间件访问层:定义访问中间件的通用 API。由 ARM 提供，芯片厂商根据需要更新。
3) 外设访问层：定义硬件寄存器的地址以及外设的访问函数。
从图中可以看出， CMSIS 层在整个系统中是处于中间层，向下负责与内核和各个外设直接打交道，向上提供实时操作系统用户程序调用的函数接口。如果没有 CMSIS 标准，那么各个芯片公司就会设计自己喜欢的风格的库函数，而 CMSIS 标准就是要强制规定，芯片生产公司设计的库函数必须按照 CMSIS 这套规范来设计。

一个简单的例子，我们在使用GD32 芯片的时候首先要进行系统初始化， CMSIS 规范就规定，系统初始化函数名字必须为 SystemInit，所以各个芯片公司写自己的库函数的时候就必须用SystemInit 对系统进行初始化。CMSIS 还对各个外设驱动文件的文件名字规范化，以及函数名字规范化等等一系列规定。至于 CMSIS 的具体内容就不必多讲了，需要了解详细的朋友可以到网上搜索资料。

1.1.3 GD32F4 官方库包介绍

这一节内容主要讲解 GD 官方提供的 GD32F4 固件库包的结构。GD官方提供的固件库完整包可以在官方网站下载，固件库是不断完善升级的，所以有不同的版本，我们使用的是 V2.1.1 版本的固件库

解压即可。下面看看官方库包的目录结构，如下图1.1.3.1 和图1.1.3.2所示：

图 1.1.3.1 官方库包根目录

图 1.1.3.2 官方库目录列表

1.1.3.1 文件夹介绍：

Firmware 文件夹

包含有CMSIS ,GD32F4xx_standard_peripheral,GD32F4xx_usb_library 三个文件夹目录，这三个目录包含固件库所有的核心文件以及USB相关固件。CMSIS ：存放的是符合 CMSIS 规范的一些文件。包括 GD32F4 核内外设访问层代码，DSP 软件库， RTOSAPI，以及 GD32F4 片上外设访问层代码等。

GD32F4xx_standard_peripheral：包含GD32F4 标准外设固件库源码文件和对应的头文件。

GD32F4xx_usb_library ：包含GD32F4 USB外设固件库源码文件和对应头文件

inc 目录存放的是 GD32f4xx_xxx.h 头文件,无需改动。

src 目录下面放的是 gd32f4xx_xxx.c 格式的固件库源码文件。每一个.c 文件和一个相应的.h 文件对应。这里的文件也是固件库外设的关键文件，每个外设对应一组文件。Examples 文件夹

下面GD官方提供的固件实例源码，在以后的开发过程中，可以参考修改这个官方提供的实例来快速驱动自己的外设，很多开发板的实例都参考了官方提供的例程源码，这些源码对以后的学习非常重要。

Template 文件夹

下面存放的是工程模板，包含了KEIL,IAR版本。

Utilities 文件夹

下就是官方评估板的一些对应源码，这个对于本手册学习可以忽略不看。

1.1.3.2关键文件介绍：

在介绍一些关键文件之前，首先我们来看看一个基于固件库的GD32F4 工程需要哪些关键文件

core_cm4.h 文件:

位于\GD32F4xx_Firmware_Library\Firmware\CMSIS目录下面的，这个就是CMSIS 核心文件，提供进入 M4 内核接口，这是 ARM 公司提供，对所有CM4 内核的芯片都一样。你永远都不需要修改这个文件。
gd32f4xx.h 和 system_gd32f4xx.h 文件:
均位于\GD32F4xx_Firmware_Library_V2.1.1\Firmware\CMSIS\GD\GD32F4xx\Include
system_gd32f4xx.h 文件：

片上外设接入层系统头文件。主要是申明设置系统及总线时钟相关的函数。与其对应的system_gd32f4xx.c文件，这个里面有一个非常重要的 SystemInit()函数，这个函数在我们系统启动的时候都会调用，用来设置系统的整个系统和总线时钟。 gd32f4xx.h 文件：

GD32F4片上外设访问层头文件。这个文件里面主要是系统寄存器定义申明以及包装内存操作，同时该文件还包含了一些时钟相关的定义。

gd32f4xx_it.c,gd32f4xx_it.h文件：

位于GD32F4xx_Firmware_Library_V2.1.1\Template ,gd32f4xx_it.c和 gd32f4xx_it.h 用来编写中断服务函数 ;
misc.c 和 misc.h 文件：

定义中断优先级分组

gd32f4xx_rcu.c 和 gd32f4xx_rcu.h 是与 RCC 相关的一些操作函数，作用主要是一些时钟的配置和使能。

gd32f4xx_xxx.c 和 gd32f4xx_xxx.h文件：

GD32F4 标准外设固件库对应的源文件和头文件。包括一些常用外设 GPIO,ADC,USART等。

实际上一个完整的 GD32F4 的工程光有上面这些文件还是不够的。还缺少非常关键的启动文件。

GD32F4 的启动文件存放在目录:

GD32F4xx_Firmware_Library_V2.1.1\Firmware\CMSIS\GD\GD32F4xx\Source\ARM下面对于不同型号的 GD32F4 系列对应的启动文件也不一样。我们的开发板是 GD32F450 系列所以选择的启动文件为startup_gd32f450.s。

启动文件主要是进行堆栈之类的初始化，中断向量表以及中断函数定义。启动文件要引导进入main函数。