STM32CubeMX和HAL库

1万 · 2024-9-13 11:41

STM32CubeMX和HAL库介绍
STM32CubeMX软件是ST有限公司为STM32系列微控制器快速建立工程，并快速初始化使用到的外设、GPIO等而设计的，大大缩短了开发时间。同时，该软件不仅能配置STM32外设，还能进行第三方软件系统的配置，例如FreeRTOS、FAT 32、LWIP等；而且还有一个功能，就是可以用它进行功耗预估。此外，这款软件可以输出PDF、TXT文档，显示所开发工程中的GPIO等外设的配置信息，供开发者进行原理图设计等。

STM32CubeMX是ST官方出的一款针对ST的MCU/MPU跨平台的图形化工具，支持在Linux、MacOS、Window系统下开发，支持ST的全系列产品目前包括：STM32L0，STM32L1，STM32L4，STM32L5，STM32F0，STM32F1，STM32F2，STM32F3，STM32F4，STM32F7，STM32G0，STM32G4，STM32H7，STM32WB，STM32WL，STM32MP1，其对接的底层接口是HAL库，STM32CubeMx除了集成MCU/MPU的硬件抽象层。另外还集成了像RTOS，文件系统，USB，网络，显示，嵌入式AI等中间件，这样开发者就能够很轻松的完成MCU/MPU的底层驱动的配置，留出更多精力开发上层功能逻辑，能够更进一步提高了嵌入式开发效率。

STM32CubeMX软件的特点：（1）集成了ST有限公司的每一款型号的MCU/MPU的可配置的图形界面，能够自动提示IO冲突并且对于复用IO可自动分配。（2）具有动态验证的时钟树。（3）能够很方便地使用所集成的中间件。（4）能够估算MCU/MPU在不同主频运行下的功耗。（5）能够输出不同编译器的工程，比如能够直接生成MDK、EWArm、STM32CubeIDE、MakeFile等工程。为了使开发人员能够更加快捷有效地进行STM32的开发，ST有限公司推出了一套完整的STM32Cube开发组件。

STM32Cube主要包括两部分
一是STM32CubeMX图形化配置工具，它是直接在图形界面简单配置下，生成初始化代码，并对外设做了进一步的抽象，让开发人员更只专注于应用的开发；二是基于STM32微控制器的固件集STM32Cube软件资料包。从ST有限公司官网可下载STM32CubeMX软件最新版本的安装包，本书使用的版本是6.6.1。安装包解压后，运行其中的安装程序，按照安装向导的提示进行安装。安装过程中会出现图3-1所示的界面，需要勾选第一个复选框后才可以继续安装。第二个复选框可以不用勾选。

安装MCU固件包
包含软件库文件夹设置和管理嵌入式软件包两部分。

在安装完STM32CubeMX后，若要进行后续的各种操作，必须在STM32CubeMX中设置一个软件库文件夹（Repository Folder），在STM32CubeMX中安装MCU固件包和STM32Cube扩展包时都安装到此目录下。双击桌面上的STM32CubeMX图标运行该软件，软件启动后的界面如图3-2所示。

在图的最上方有3个主菜单项，单击菜单项Help→Updater Settings，会出现图3-3所示的对话框。首次启动STM32CubeMX后，立刻单击这个菜单项可能提示软件更新已经在后台运行，需要稍微等待一段时间后再单击此菜单项。在图3-3中，Repository Folder 就是需要设置的软件库文件夹，所有MCU固件包和扩展包要安装到此目录下。

图界面上的Check and Update Settings 单选框用于设置STM32CubeMX软件的更新方式，Data Auto-Refresh单选框用于设置在STM32CubeMX启动时是否自动刷新已安装软件库的数据和文档。

设置了软件库文件夹，就可以安装MCU固件包和扩展包了。在图所示的界面上，单击主菜单项 Help→Manage embedded software packages，出现图3-4所示的 Embedded SoftwarePackages Manager（嵌入式软件包管理）对话框。这里将STM32Cube MCU固件包和STM32Cube扩展包统称为嵌入式软件包。

在图界面的下方有几个按钮，它们可用于完成不同的操作功能。（1）From Local 按钮，从本地文件安装MCU固件包。如果从ST官网下载了固件包的压缩文件，如en.stm32cubef1_vl-8-4.zip是1.8.4版本的STM32CubeF1固件包压缩文件，那么单击From Local 按钮后，选择这个压缩文件（无须解压），就可以安装这个固件包。但是要注意，这个压缩文件不能放置在软件库根目录下。（2）From Url按钮，需要输入一个URL网址，从指定网站上下载并安装固件包。一般不使用这种方式，因为不知道URL。（3）Refresh按钮，刷新目录树，以显示是否有新版本的固件包。应该偶尔刷新一下，以保持更新到最新版本。（4）Install按钮，在目录树里勾选一个版本的固件包，如果这个版本的固件包还没有安装，这个按钮就可用。单击这个按钮，将自动从ST官网下载相应版本的固件包并安装。

（5）Remove按钮，在目录树里选择一个版本的固件包，如果已经安装了这个版本的固件包，这个按钮就可用。单击这个按钮，将删除这个版本的固件包。 STMicroelectronics界面的管理内容如图3-5所示，这个界面是ST有限公司提供的一些STM32Cube扩展包，包括人工智能库X-CUBE-AI、图形用户界面库X-CUBE-TOUCHGFX等，以及一些芯片的驱动程序，如MEMS、BLE、NFC芯片的驱动库。用户可以根据设计需要安装相应的扩展包，例如，安装4.20.0版本的TouchGFX后，TouchGFX库保存在如下的目录之下： C:\Users\lenovo\Repository\Packs\STMicroelectronics\X-CUBE-TOUCHGFX\4.20.0

软件功能与基本使用
在设置了软件库文件夹并安装了STM32CubeF1固件包之后，就可以开始用STM32CubeMX创建项目并进行操作了。在开始针对开发板开发实际项目之前，我们需要先熟悉STM32CubeMX的一些界面功能和操作。

软件界面包含初始主界面和主菜单功能两部分。 1. 初始主界面启动STM32CubeMX之后的初始界面如图所示。STM32CubeMX从5.0版本开始使用了一种比较新颖的用户界面，与一般的Windows应用软件界面不太相同，也与4.x版本的STM32CubeMX界面相差很大。图的界面主要分为3个功能区，分别描述如下。（1）主菜单栏。窗口最上方是主菜单栏，有3个主菜单项，分别是File、Window和Help。这3个菜单项有下拉菜单，可供用户通过下拉菜单项进行一些操作。主菜单栏右端是一些快捷按钮，单击这些按钮就会用浏览器打开相应的网站，如ST社区、ST官网等。

（2）标签导航栏。主菜单栏下方是标签导航栏。在新建或打开项目后，标签导航栏可以在STM32CubeMX的3个主要视图之间快速切换。这3个视图如下。 ① Home（主页）视图，即图所示的界面。 ② 新建项目视图，新建项目时显示的一个对话框，用于选择具体型号的 MCU或开发板创建项目。 ③ 项目管理视图，用于对创建或打开的项目进行MCU图形化配置、中间件配置、项目管理等操作。

（3）工作区。窗口其他区域都是工作区。STM32CubeMX使用的是单文档界面，工作区会根据当前操作的内容显示不同的界面。图的工作区显示的是Home视图，Home视图的工作区可以分为如下3个功能区域。 ① Existing Projects 区域，显示最近打开过的项目，单击某个项目就可以打开此项目。 ② New Project区域，有3个按钮用于新建项目，选择MCU创建项目，选择开发板创建项目，或交叉选择创建项目。 ③ Manage software installations区域，有两个按钮：CHECK FOR UPDATES 按钮用于检查STM32CubeMX和嵌入式软件包的更新信息；INSTALL/REMOVE 按钮用于打开图所示的对话框。 Home视图上的这些按钮的功能都可以通过主菜单里的菜单项实现操作。

2. 主菜单功能 STM32CubeMX有3个主菜单项，软件的很多功能操作都是通过这些菜单项实现的。（1）File菜单。该菜单主要包括如下菜单项。 ① New Project（新建项目），打开选择MCU新建项目对话框，用于创建新的项目。STM32CubeMX的项目文件后缀是.ioc，一个项目只有一个文件。新建项目对话框是软件的3个视图之一，界面功能比较多，在后面具体介绍。 ② Load Project（加载项目），通过打开文件对话框选择一个已经存在的.ioc项目文件并载入项目。 ③ Import Project（导入项目），选择一个ioc项目文件并导入其中的MCU设置到当前项目。注意，只有新项目与导入项目的MCU型号一致且新项目没有做任何设置，才可以导入其他项目的设置。

④ Save Project（保存项目），保存当前项目。如果新建的项目第一次保存，会提示选择项目名称，需要选择一个文件夹，项目会自动以最后一级文件夹的名称作为项目名称。 ⑤ Save Project As（项目另存为），将当前项目保存为另一个项目文件。 ⑤ Close Project（关闭项目），关闭当前项目。 ⑥ Generate Report（生成报告），为当前项目的设置内容生成一个PDF报告文件，PDF报告文件名称与项目名称相同，并自动保存在项目文件所在的文件夹里。 ⑦ Recent Projects（最近的项目），显示最近打开过的项目列表，用于快速打开项目。 ⑧ Exit（退出），退出STM32CubeMX。

（2）Window菜单。该菜单主要包括如下菜单项。 ① Outputs（输出），一个复选的菜单项，被勾选时，在工作区的最下方显示一个输出子窗口，显示一些输出信息。 ② Font size（字体大小）。有3个子菜单项，用于设置软件界面字体大小，需重启STM32CubeMX后才生效。（3）Help菜单。该菜单主要包括如下菜单项。 ① Help（帮助），显示STM32CubeMX的英文版用户手册PDF文档，文档有300多页，是个很齐全的使用手册。 ② About（关于），显示关于本软件的对话框。 ③ Docs&Resources（文档和资源），只有在打开或新建一个项目后此菜单项才有效。 ④ Refresh Data（刷新数据），会显示图3-6所示的Data Refresh对话框，用于刷新MCU和开发板的数据，或下载所有官方文档。

⑤ User Preferences（用户选项），会打开一个对话框用于设置用户选项，只有一个需要设置的选项，即是否允许软件收集用户使用习惯。 ⑥ Check for Updates（检查更新），会打开一个对话框，用于检查STM32CubeMX软件、各系列MCU固件包、STM32Cube扩展包是否有新版本需要更新。 ⑦ Manage embedded software packages（管理嵌入式软件包），会打开图所示的对话框，对嵌入式软件包进行管理。 ⑧ Updater Settings（更新设置），会打开图所示的对话框，用于设置软件库文件夹，设置软件检查更新方式和数据刷新方式。
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