STM32 HAL固件库详解

只看该作者 · 2023-3-29 10:36

前言

ST 公司提供的HAL 库，极大的方便了我们日常的编程操作，本文将介绍CMSIS、HAL库的结构、库目录、库文件之间的关系。
一、CMSIS 标准及库层次关系

因为基于Cortex 系列芯片采用的内核都是相同的，区别主要为核外的片上外设的差异，这些差异导致软件在同内核，不同外设的芯片上移植困难。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)。

下图即为 CMSIS标准：

只看该作者 · 2023-3-29 10:39

CMSIS 标准中最主要的为CMSIS 核心层，它包括了：
（1）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。
（2）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。
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，极大的方便了的移植操作。
STM32 的库，就是按照CMSIS 标准建立的。

只看该作者 · 2023-3-29 10:41

二、HAL库文件

STM32 HAL库文件，以STM32F1系列库文件为例进行介绍，
“STM32Cube_FW_F1_V1.8.4”

只看该作者 · 2023-3-29 10:42

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，纯英文文档
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。

只看该作者 · 2023-3-29 10:43

使用库开发时，我们需要把Drivers 目录下的CMSIS、STM32F1xx_HAL_Driver 内核与外设的库文件添加到工程中

其中最重要的CMSIS文件夹：

只看该作者 · 2023-3-29 10:43

Include 文件夹

在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stm32F103xx.h 文件，但定义的是内核部分的寄存器)。这些文件在其它公司的Cortex-M 系列芯片也是相同的。

我们写STM32F1 的工程，必须用到其中的四个文件：core_cm3.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_cM3.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。
core_cm3.c 跟启动文件一样都是底层文件，都是由ARM 公司提供的，遵守CMSIS 标准，即所有CM3 芯片的库都带有这个文件，这样软件在不同的CM3 芯片的移植工作就得以简化。

只看该作者 · 2023-3-29 10:43

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。

system_stm32f1xx.c 文件

文件目录：\Drivers\CMSIS\ Device\ST\stm32f1xx\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“SystemInit”函数，用于上电后初始化时钟，该函数的定义就存储在system_stm32f1xx.c 文件。STM32F103 系列的芯片，调用库的这SystemInit 函数后，系统时钟被初始化为72MHz，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。

只看该作者 · 2023-3-29 10:44

启动文件

文件目录：\Drivers\CMSIS\Device\ST\stm32f1xx\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_STM32F103xx.s”即为STM32F103 芯片的启动文件。

只看该作者 · 2023-3-29 10:44

stm32F103xx.h 文件

文件目录：\Drivers\CMSIS\Device\ST\stm32f1xx\Include

stm32F103xx.h 这个文件非常重要，是一个STM32 芯片底层相关的文件。它包含了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。

只看该作者 · 2023-3-29 10:46

STM32F1xx_HAL_Driver 文件夹

文件目录：Drivers\STM32F1xx_HAL_Driver

只看该作者 · 2023-3-29 10:46

STM32F1xx_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。

只看该作者 · 2023-3-29 10:46

src 及inc 文件夹是ST 的HAL 库的主要内容。
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：stm32f1xx_hal_ppp.c 或stm32f1xx_hal_ppp.h
文件，PPP 表示外设名称。

例如：模数转换(ADC) 外设，在src 文件夹下有一个stm32f1xx_hal_adc.c 源文件，在inc 文件夹下有一个stm32f1xx_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。

只看该作者 · 2023-3-29 10:53

stm32f1xx_it.c、stm32f1xx_hal_conf.h 文件

文件目录：STM32Cube_FW_F1_V1.8.4\Projects\STM32F103RB-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stm32f1xx_it.c 和inc 文件夹中和stm32f1xx_it.h、stm32f1xx_hal_conf.h这三个文件。

只看该作者 · 2023-3-29 10:54

stm32f1xx_it.c：这个文件是用来编写中断服务函数的

stm32f1xx_hal_conf.h：这个文件被包含进stm32f103xx.h 文件。STM32HAL 库支持所有STM32F1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。

只看该作者 · 2023-3-29 10:54

三、库各文件间的关系

从整体上看各个文件在库工程中的层次或关系，把这些文件对应到CMSIS 标准架构上

只看该作者 · 2023-3-29 10:55

上图描述了STM32 库各文件之间的调用关系，这个图省略了DSP 核和实时系统层部分的文件关系。在实际的使用库开发工程的过程中，我们把位于CMSIS 层的文件包含进工程，除了特殊系统时钟需要修改system_stm32f1xx.c，其它文件丝毫不用修改，也不建议修改。

对于位于用户层的几个文件，就是我们在使用库的时候，针对不同的应用对库文件进行增删（用条件编译的方法增删）和改动的文件。

只看该作者 · 2023-3-29 10:55

附录

以上介绍的HAL固件库文件夹可以在STM32CubeMx的库文件安装目录里面找到

2万 · 2023-3-29 20:48

把位于CMSIS 层的文件包含进工程，除了特殊系统时钟需要修改system_stm32f1xx.c