由淺入深盡享STM32標準庫開發(fā)的樂趣

摘要：從STM32新建工程、編譯下載程序出發(fā)，讓新手由淺入深，盡享STM32標準庫開發(fā)的樂趣。

自從CubeMX等圖像配置軟件的出現(xiàn)，同學們往往點幾下鼠標就解決了單片機的配置問題。對于追求開發(fā)速度的業(yè)務場景下，使用快速配置軟件是合理的，高效的，但對于學生的學習場景下，更為重要的是知其然并知其所以然。

以下是學習（包括但不限于）嵌入式的三個重要內(nèi)容，

1、學會如何參考官方的手冊和官方的代碼來獨立寫自己的程序。

2、積累常用代碼段，知道哪里的問題需要哪些代碼處理。

3、跟隨大佬步伐，一步一個腳印。

首先：我們都知道編程時一般查的是《參考手冊》，而進行芯片選型或需要芯片數(shù)據(jù)時，查閱的是《數(shù)據(jù)手冊》。此外市面上所有關于STM32的書籍都是立足于前二者（+Cortex內(nèi)核手冊）進行編著。

其次：要分清什么是內(nèi)核外設與內(nèi)核之外的外設，為了便于區(qū)分，按照網(wǎng)上的一種說法，將“內(nèi)核之外的外設”以“處理器外設”代替。再者：如今很少使用標準庫了，都是HAL庫，但作為高校目前教學方式，我們將以STM32f10xxx為例對標準庫開發(fā)進行概覽。

一、STM32 系統(tǒng)結構

STM32f10xxx系統(tǒng)結構

內(nèi)核IP

從結構框圖上看，Cortex-M3內(nèi)部有若干個總線接口，以使CM3能同時取址和訪內(nèi)（訪問內(nèi)存），它們是：指令存儲區(qū)總線（兩條）、系統(tǒng)總線、私有外設總線。有兩條代碼存儲區(qū)總線負責對代碼存儲區(qū)（即 FLASH 外設）的訪問，分別是 I-Code 總線和 D-Code 總線。

I-Code用于取指，D-Code用于查表等操作，它們按最佳執(zhí)行速度進行優(yōu)化。

系統(tǒng)總線（System）用于訪問內(nèi)存和外設，覆蓋的區(qū)域包括SRAM，片上外設，片外RAM，片外擴展設備，以及系統(tǒng)級存儲區(qū)的部分空間。

私有外設總線負責一部分私有外設的訪問，主要就是訪問調試組件。它們也在系統(tǒng)級存儲區(qū)。

還有一個DMA總線，從字面上看，DMA是data memory access的意思，是一種連接內(nèi)核和外設的橋梁，它可以訪問外設、內(nèi)存，傳輸不受CPU的控制，并且是雙向通信。簡而言之，這個家伙就是一個速度很快的且不受老大控制的數(shù)據(jù)搬運工。

處理器外設（內(nèi)核之外的外設）

從結構框圖上看，STM32的外設有串口、定時器、IO口、FSMC、SDIO、SPI、I2C等，這些外設按照速度的不同，分別掛載到AHB、APB2、APB1這三條總線上。

二、寄存器什么是寄存器？寄存器是內(nèi)置于各個IP外設中，是一種用于配置外設功能的存儲器，并且有想對應的地址。一切庫的封裝始于映射。

是不是“又臭又長”，如果進行寄存器開發(fā)，就需要懟地址以及對寄存器進行字節(jié)賦值，不僅效率低而且容易出錯。

來，開個玩笑。

你也許聽說過“國際C語言亂碼大賽（IOCCC）”下面這個例子就是網(wǎng)上廣為流傳的 一個經(jīng)典作品：

#include 《stdio.h》

main（t，_，a）char *a;{return！0《t？t《3？main（-79，-13，a+main（-87，1-_，

main（-86，0，a+1）+a））：1，t《_？main（t+1，_，a）：3，main（-94，-27+t，a）&&t==2？_《13？

main（2，_+1，“%s %d %d

”）：9:16:t《0？t《-72？main（_，t，

“@n‘+，#’/*{}w+/w#cdnr/+，{}r/*de}+，/*{*+，/w{%+，/w#q#n+，/#{l+，/n{n+，/+#n+，/#

;#q#n+，/+k#;*+，/‘r ：’d*‘3，}{w+K w’K：‘+}e#’;dq#‘l

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}’+}##（！！/”）

：t《-50？_==*a？putchar（31［a］）：main（-65，_，a+1）：main（（*a==‘/’）+t，_，a+1）

：0《t？main（2，2，“%s”）：*a==‘/’||main（0，main（-61，*a，

“！ek;dc i@bK‘（q）-［w］*%n+r3#l，{}：

uwloca-O;m.vpbks，fxntdCeghiry”），a+1）;}

庫的存在就是為了解決這類問題，將代碼語義化。語義化思想不僅僅是嵌入式有的，前端代碼也在追求語義特性。

三、萬物始于點燈

（1）內(nèi)核庫文件分析

cor_cm3.h

這個頭文件實現(xiàn)了：

1、內(nèi)核結構體寄存器定義。

2、內(nèi)核寄存器內(nèi)存映射。

3、內(nèi)存寄存器位定義。跟處理器相關的頭文件stm32f10x.h實現(xiàn)的功能一樣，一個是針對內(nèi)核的寄存器，一個是針對內(nèi)核之外，即處理器的寄存器。

misc.h

內(nèi)核應用函數(shù)庫頭文件，對應stm32f10x_xxx.h。

misc.c

內(nèi)核應用函數(shù)庫文件，對應stm32f10x_xxx.c。在CM3這個內(nèi)核里面還有一些功能組件，如NVIC、SCB、ITM、MPU、CoreDebug，CM3帶有非常豐富的功能組件，但是芯片廠商在設計MCU的時候有一些并不是非要不可的，是可裁剪的，比如MPU、ITM等在STM32里面就沒有。

其中NVIC在每一個CM3內(nèi)核的單片機中都會有，但都會被裁剪，只能是CM3 NVIC的一個子集。在NVIC里面還有一個SysTick，是一個系統(tǒng)定時器，可以提供時基，一般為操作系統(tǒng)定時器所用。misc.h和mics.c這兩個文件提供了操作這些組件的函數(shù)，并可以在CM3內(nèi)核單片機直接移植。

（2）處理器外設庫文件分析

startup_stm32f10x_hd.s

這個是由匯編編寫的啟動文件，是STM32上電啟動的第一個程序，啟動文件主要實現(xiàn)了

初始化堆棧指針 SP；

設置 PC 指針=Reset_Handler ；

設置向量表的地址，并 初始化向量表，向量表里面放的是 STM32 所有中斷函數(shù)的入口地址

調用庫函數(shù) SystemInit，把系統(tǒng)時鐘配置成 72M，SystemInit 在庫文件 stytem_stm32f10x.c 中定義；

跳轉到標號_main，最終去到 C 的世界。

system_stm32f10x.c

這個文件的作用是里面實現(xiàn)了各種常用的系統(tǒng)時鐘設置函數(shù)，有72M，56M，48， 36，24，8M，我們使用的是是把系統(tǒng)時鐘設置成72M。

Stm32f10x.h

這個頭文件非常重要，這個頭文件實現(xiàn)了：

1、處理器外設寄存器的結構體定義。

2、處理器外設的內(nèi)存映射。

3、處理器外設寄存器的位定義。

關于 1 和 2 我們在用寄存器點亮 LED 的時候有講解。

其中 3：處理器外設寄存器的位定義，這個非常重要，具體是什么意思？

我們知道一個寄存器有很多個位，每個位寫 1 或者寫 0 的功能都是不一樣的，處理器外設寄存器的位定義就是把外設的每個寄存器的每一個位寫 1 的 16 進制數(shù)定義成一個宏，宏名即用該位的名稱表示，如果我們操作寄存器要開啟某一個功能的話，就不用自己親自去算這個值是多少，可以直接到這個頭文件里面找。

我們以片上外設 ADC 為例，假設我們要啟動 ADC 開始轉換，根據(jù)手冊我們知道是要控制 ADC_CR2 寄存器的位 0：ADON，即往位 0 寫 1，即：

ADC-》CR2=0x00000001;

這是一般的操作方法?，F(xiàn)在這個頭文件里面有關于 ADON 位的位定義：

#define ADC_CR2_ADON （（uint32_t）0x00000001）

有了這個位定義，我們剛剛的代碼就變成了：

ADC-》CR2=ADC_CR2_ADON

stm32f10x_xxx.h

外設 xxx 應用函數(shù)庫頭文件，這里面主要定義了實現(xiàn)外設某一功能的結構體，比如通用定時器有很多功能，有定時功能，有輸出比較功能，有輸入捕捉功能，而通用定時器有非常多的寄存器要實現(xiàn)某一個功能。

比如定時功能，我們根本不知道具體要操作哪些寄存器，這個頭文件就為我們打包好了要實現(xiàn)某一個功能的寄存器，是以機構體的形式定義的，比如通用定時器要實現(xiàn)一個定時的功能，我們只需要初始化 TIM_TimeBaseInitTypeDef 這個結構體里面的成員即可，里面的成員就是定時所需要操作的寄存器。

有了這個頭文件，我們就知道要實現(xiàn)某個功能需要操作哪些寄存器，然后再回手冊中精度這些寄存器的說明即可。

stm32f10x_xxx.c

stm32f10x_xxx.c：外設 xxx 應用函數(shù)庫，這里面寫好了操作 xxx 外設的所有常用的函數(shù)，我們使用庫編程的時候，使用的最多的就是這里的函數(shù)。

（3）SystemInit

工程中新建main.c 。

在此文件中編寫main函數(shù)后直接編譯會報錯：

?

Undefined symbol SystemInit （referred from startup_stm32f10x_hd.o）。

?錯誤提示說SystemInit沒有定義。從分析啟動文件startup_stm32f10x_hd.s時我們知道，

;Reset handler

Reset_Handler PROC

EXPORT Reset_Handler ［WEAK］

IMPORT __main

;IMPORT SystemInit

;LDR R0， =SystemInit

BLX R0

LDR R0， =__main

BX R0

ENDP

匯編中；分號是注釋的意思

第五行第六行代碼Reset_Handler調用了SystemInit該函數(shù)用來初始化系統(tǒng)時鐘，而該函數(shù)是在庫文件system_stm32f10x.c中實現(xiàn)的。我們重新寫一個這樣的函數(shù)也可以，把功能完整實現(xiàn)一遍，但是為了簡單起見，我們在main文件里面定義一個SystemInit空函數(shù)，為的是騙過編譯器，把這個錯誤去掉。

關于配置系統(tǒng)時鐘之后會出文章RCC時鐘樹詳細介紹，主要配置時鐘控制寄存器（RCC_CR）和時鐘配置寄存器（RCC_CFGR）這兩個寄存器，但最好是直接使用CubeMX直接生成，因為它的配置過程有些冗長。

如果我們用的是庫，那么有個庫函數(shù)SystemInit，會幫我們把系統(tǒng)時鐘設置成72M。

現(xiàn)在我們沒有使用庫，那現(xiàn)在時鐘是多少？答案是8M，當外部HSE沒有開啟或者出現(xiàn)故障的時候，系統(tǒng)時鐘由內(nèi)部低速時鐘LSI提供，現(xiàn)在我們是沒有開啟HSE，所以系統(tǒng)默認的時鐘是LSI=8M。

（4）庫封裝層級

達到第四層級便是我們所熟知的固件庫或HAL庫的效果。當然庫的編寫還需要考慮許多問題，不止于這些內(nèi)容。我們需要的是了解庫封裝的大概過程。

將庫封裝等級分為四級來介紹是為了有層次感，就像打怪升級一樣，進行認知理解的升級。

我們都知道，操作GPIO輸出分三大步：

時鐘控制：

STM32 外設很多，為了降低功耗，每個外設都對應著一個時鐘，在系統(tǒng)復位的時候這些時鐘都是被關閉的，如果想要外設工作，必須把相應的時鐘打開。

STM32 的所有外設的時鐘由一個專門的外設來管理，叫RCC（reset and clockcontrol），RCC 在STM32 參考手冊的第六章。

STM32 的外設因為速率的不同，分別掛載到三條總系上：AHB、APB2、APB1，AHB為高速總線，APB2 次之，APB1 再次之。所以的IO 口都掛載到APB2 總線上，屬于高速外設。

模式配置：

這個由端口配置寄存器來控制。端口配置寄存器分為高低兩個，每4bit 控制一個IO 口，所以端口配置低寄存器：CRL 控制這IO 口的低8 位，端口配置高寄存器：CRH控制這IO 口的高8bit。

在4 位一組的控制位中，CNFy［1:0］ 用來控制端口的輸入輸出，MODEy［1:0］用來控制輸出模式的速率，又稱驅動電路的響應速度，注意此處速率與程序無關，GPIO引腳速度、翻轉速度、輸出速度區(qū)別輸入有4種模式，輸出有4種模式，我們在控制LED 的時候選擇通用推挽輸出。

輸出速率有三種模式：2M、10M、50M，這里我們選擇2M。

電平控制：

STM32的IO口比較復雜，如果要輸出1和0，則要通過控制：端口輸出數(shù)據(jù)寄存器ODR來實現(xiàn)，ODR 是：Output data register的簡寫，在STM32里面，其寄存器的命名名稱都是英文的簡寫，很容易記住。

從手冊上我們知道ODR是一個32位的寄存器，低16位有效，高16位保留。低16位對應著IO0~IO16，只要往相應的位置寫入0或者1就可以輸出低或者高電平。

第一層級：基地址宏定義

時鐘控制：

在STM32中，每個外設都有一個起始地址，叫做外設基地址，外設的寄存器就以這個基地址為標準按照順序排列，且每個寄存器32位，（后面作為結構體里面的成員正好內(nèi)存對齊）。

查表看到時鐘由APB2外設時鐘使能寄存器（RCC_APB2ENR）來控制，其中PB端口的時鐘由該寄存器的位3寫1使能。我們可以通過基地址+偏移量0x18，算出RCC_APB2ENR的地址為：0x40021018。那么使能PB口的時鐘代碼則如下所示：

#define RCC_APB2ENR *（volatile unsigned long *）0x40021018

// 開啟端口B 時鐘

RCC_APB2ENR |= 1《《3;

模式配置：

同RCC_APB2ENR一樣，GPIOB的起始地址是：0X4001 0C00，我們也可以算出GPIO_CRL的地址為：0x40010C00。那么設置PB0為通用推挽輸出，輸出速率為2M的代碼則如下所示：

同上，從手冊中我們看到ODR寄存器的地址偏移是：0CH，可以算出GPIOB_ODR寄存器的地址是：0X4001 0C00 + 0X0C = 0X4001 0C0C?，F(xiàn)在我們就可以定義GPIOB_ODR這個寄存器了，代碼如下：

#define GPIOB_ODR *（volatile unsigned long *）0x40010C0C//PB0 輸出低電平

GPIOB_ODR = 0《《0;

第一層級：基地址宏定義完成用STM32控制一個LED的完整代碼：

#define RCC_APB2ENR *（volatile unsigned long *）0x40021018#define GPIOB_CRL *（volatile unsigned long *）0x40010C00#define GPIOB_ODR *（volatile unsigned long *）0x40010C0Cint main（void）

{

// 開啟端口B 的時鐘

RCC_APB2ENR |= 1《《3;

// 配置PB0 為通用推挽輸出模式，速率為2M

GPIOB_CRL = （2《《0） | （0《《2）;

// PB0 輸出低電平，點亮LED

GPIOB_ODR = 0《《0;

}

void SystemInit（void）

{

}

第二層級：基地址宏定義+結構體封裝

外設寄存器結構體封裝

上面我們在操作寄存器的時候，操作的是寄存器的絕對地址，如果每個寄存器都這樣操作，那將非常麻煩。我們考慮到外設寄存器的地址都是基于外設基地址的偏移地址，都是在外設基地址上逐個連續(xù)遞增的，每個寄存器占32個或者16個字節(jié)，這種方式跟結構體里面的成員類似。

所以我們可以定義一種外設結構體，結構體的地址等于外設的基地址，結構體的成員等于寄存器，成員的排列順序跟寄存器的順序一樣。這樣我們操作寄存器的時候就不用每次都找到絕對地址，只要知道外設的基地址就可以操作外設的全部寄存器，即操作結構體的成員即可。

下面我們先定義一個GPIO寄存器結構體，結構體里面的成員是GPIO的寄存器，成員的順序按照寄存器的偏移地址從低到高排列，成員類型跟寄存器類型一樣。

typedef struct

{

volatile uint32_t CRL;

volatile uint32_t CRH;

volatile uint32_t IDR;

volatile uint32_t ODR;

volatile uint32_t BSRR;

volatile uint32_t BRR;

volatile uint32_t LCKR;

} GPIO_TypeDef;

在《STM32 中文參考手冊》8.2 寄存器描述章節(jié)，我們可以找到結構體里面的7個寄存器描述。在點亮LED的時候我們只用了CRL和ODR這兩個寄存器，至于其他寄存器的功能大家可以自行看手冊了解。

在GPIO結構體里面我們用了兩個數(shù)據(jù)類型，一個是uint32_t，表示無符號的32位整型，因為GPIO的寄存器都是32位的。這個類型聲明在標準頭文件stdint.h 里面使用typedef對unsigned int重命名，我們在程序上只要包含這個頭文件即可。

另外一個是volatile作用就是告訴編譯器這里的變量會變化不因優(yōu)化而省略此指令，必須每次都直接讀寫其值，這樣就能確保每次讀或者寫寄存器都真正執(zhí)行到位。

STM32F1系列的GPIO端口分A~G，即GPIOA、GPIOB。。。。。。GPIOG。每個端口都含有GPIO_TypeDef結構體里面的寄存器，我們可以根據(jù)手冊各個端口的基地址把GPIO的各個端口定義成一個GPIO_TypeDef類型指針，然后我們就可以根據(jù)端口名（實際上現(xiàn)在是結構體指針了）來操作各個端口的寄存器，代碼實現(xiàn)如下：

#define GPIOA （（GPIO_TypeDef *） 0X4001 0800）#define GPIOB （（GPIO_TypeDef *） 0X4001 0C00）#define GPIOC （（GPIO_TypeDef *） 0X4001 1000）#define GPIOD （（GPIO_TypeDef *） 0X4001 1400）#define GPIOE （（GPIO_TypeDef *） 0X4001 1800）#define GPIOF （（GPIO_TypeDef *） 0X4001 1C00）#define GPIOG （（GPIO_TypeDef *） 0X4001 2000）

外設內(nèi)存映射

講到基地址的時候我們再引人一個知識點：Cortex-M3存儲器系統(tǒng)，這個知識點在《Cortex-M3權威指南》第5章里面講到。CM3的地址空間是4GB

我們這里要講的是片上外設，就是我們所說的寄存器的根據(jù)地，其大小總共有512MB，512MB是其極限空間，并不是每個單片機都用得完，實際上各個MCU廠商都只是用了一部分而已。STM32F1系列用到了：0x4000 0000 ~0x5003 FFFF。現(xiàn)在我們說的STM32的寄存器就是位于這個區(qū)域

APB1、APB2、AHB 總線基地址

現(xiàn)在我們說的STM32的寄存器就是位于這個區(qū)域，這里面ST設計了三條總線：AHB、APB2和APB1，其中AHB和APB2是高速總線，APB1是低速總線。不同的外設根據(jù)速度不同分別掛載到這三條總線上。

從下往上依次是：APB1、APB2、AHB，每個總線對應的地址分別是：APB1：0x40000000，APB2：0x4001 0000，AHB：0x4001 8000。

這三條總線的基地址我們是從《STM32 中文參考手冊》2.3小節(jié)—存儲器映像得到的：APB1的基地址是TIM2定時器的起始地址，APB2的基地址是AFIO的起始地址，AHB的基地址是SDIO的起始地址。其中APB1地址又叫做外設基地址，是所有外設的基地址，叫做PERIPH_BASE。

現(xiàn)在我們把這三條總線地址用宏定義出來，以后我們在定義其他外設基地址的時候，只需要在這三條總線的基址上加上偏移地址即可，代碼如下：

#define PERIPH_BASE （（uint32_t）0x40000000）#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE#define APB2PERIPH_BASE （PERIPH_BASE + 0x10000）#define AHBPERIPH_BASE （PERIPH_BASE + 0x20000）

GPIO 端口基地址

因為GPIO掛載到APB2總線上，那么現(xiàn)在我們就可以根據(jù)APB2的基址算出各個GPIO端口的基地址，用宏定義實現(xiàn)代碼如下：

#define GPIOA_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x0800）#define GPIOB_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x0C00）#define GPIOC_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x1000）#define GPIOD_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x1400）#define GPIOE_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x1800）#define GPIOF_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x1C00）#define GPIOG_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x2000）

第二層級：基地址宏定義+結構體封裝完成用STM32控制一個LED的完整代碼：

#include 《stdint.h》#define __IO volatiletypedef struct

{

__IO uint32_t CRL;

__IO uint32_t CRH;

__IO uint32_t IDR;

__IO uint32_t ODR;

__IO uint32_t BSRR;

__IO uint32_t BRR;

__IO uint32_t LCKR;

} GPIO_TypeDef;

typedef struct

{

__IO uint32_t CR;

__IO uint32_t CFGR;

__IO uint32_t CIR;

__IO uint32_t APB2RSTR;

__IO uint32_t APB1RSTR;

__IO uint32_t AHBENR;

__IO uint32_t APB2ENR;

__IO uint32_t APB1ENR;

__IO uint32_t BDCR;

__IO uint32_t CSR;

} RCC_TypeDef;

#define PERIPH_BASE （（uint32_t）0x40000000）

#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE#define APB2PERIPH_BASE （PERIPH_BASE + 0x10000）#define AHBPERIPH_BASE （PERIPH_BASE + 0x20000）

#define GPIOA_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x0800）#define GPIOB_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x0C00）#define GPIOC_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x1000）

#define GPIOD_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x1400）#define GPIOE_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x1800）#define GPIOF_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x1C00）

#define GPIOG_BASE （APB2PERIPH_BASE + 0x2000）#define RCC_BASE （AHBPERIPH_BASE + 0x1000）#define GPIOA （（GPIO_TypeDef *） GPIOA_BASE）

#define GPIOB （（GPIO_TypeDef *） GPIOB_BASE）#define GPIOC （（GPIO_TypeDef *） GPIOC_BASE）#define GPIOD （（GPIO_TypeDef *） GPIOD_BASE）

#define GPIOE （（GPIO_TypeDef *） GPIOE_BASE）#define GPIOF （（GPIO_TypeDef *） GPIOF_BASE）

#define GPIOG （（GPIO_TypeDef *） GPIOG_BASE）#define RCC （（RCC_TypeDef *） RCC_BASE）#define RCC_APB2ENR *（volatile unsigned long *）0x40021018

#define GPIOB_CRL *（volatile unsigned long *）0x40010C00#define GPIOB_ODR *（volatile unsigned long *）0x40010C0Cint main（void）

{

// 開啟端口B 的時鐘

RCC-》APB2ENR |= 1《《3;

// 配置PB0 為通用推挽輸出模式，速率為2M

GPIOB-》CRL = （2《《0） | （0《《2）;

// PB0 輸出低電平，點亮LED

GPIOB-》ODR = 0《《0;

}

void SystemInit（void）

{

}

第二層級變化：

①、定義一個外設（GPIO）寄存器結構體，結構體的成員包含該外設的所有寄存器，成員的排列順序跟寄存器偏移地址一樣，成員的數(shù)據(jù)類型跟寄存器的一樣。

②外設內(nèi)存映射，即把地址跟外設建立起一一對應的關系。

③外設聲明，即把外設的名字定義成一個外設寄存器結構體類型的指針。

④通過結構體操作寄存器，實現(xiàn)點亮LED。

第三層級：基地址宏定義+結構體封裝+“位封裝”（每一位的對應字節(jié)封裝）

上面我們在控制GPIO輸出內(nèi)容的時候控制的是ODR（Output data register）寄存器，ODR是一個16位的寄存器，必須以字的形式控制其實我們還可以控制BSRR和BRR這兩個寄存器來控制IO的電平，下面我們簡單介紹下BRR寄存器的功能，BSRR自行看手冊研究。

位清除寄存器BRR只能實現(xiàn)位清0操作，是一個32位寄存器，低16位有效，寫0沒影響，寫1清0?，F(xiàn)在我們要使PB0輸出低電平，點亮LED，則只要往BRR的BR0位寫1即可，其他位為0，代碼如下：

GPIOB-》BRR = 0X0001;

這時PB0就輸出了低電平，LED就被點亮了。

如果要PB2輸出低電平，則是：

GPIOB-》BRR = 0X0004;

如果要PB3/4/5/6。。。。。。這些IO輸出低電平呢？

道理是一樣的，只要往BRR的相應位置賦不同的值即可。因為BRR是一個16位的寄存器，位數(shù)比較多，賦值的時候容易出錯，而且從賦值的16進制數(shù)字我們很難清楚的知道控制的是哪個IO。

這時，我們是否可以把BRR的每個位置1都用宏定義來實現(xiàn)，如GPIO_Pin_0就表示0X0001，GPIO_Pin_2就表示0X0004。只要我們定義一次，以后都可以使用，而且還見名知意?！拔环庋b”（每一位的對應字節(jié)封裝） 代碼如下：

#define GPIO_Pin_0 （（uint16_t）0x0001）

/*！

《 Pin 0 selected */#define GPIO_Pin_1 （（uint16_t）0x0002）

/*！《 Pin 1 selected */#define GPIO_Pin_2 （（uint16_t）0x0004） /*！《 Pin 2 selected */#define GPIO_Pin_3 （（uint16_t）0x0008）

/*！《 Pin 3 selected */#define GPIO_Pin_4 （（uint16_t）0x0010）

/*！《 Pin 4 selected */#define GPIO_Pin_5 （（uint16_t）0x0020） /*！《 Pin 5 selected */#define GPIO_Pin_6 （（uint16_t）0x0040）

/*！《 Pin 6 selected */#define GPIO_Pin_7 （（uint16_t）0x0080）

/*！《 Pin 7 selected */#define GPIO_Pin_8 （（uint16_t）0x0100）

/*！《 Pin 8 selected */#define GPIO_Pin_9 （（uint16_t）0x0200） /*！《 Pin 9 selected */#define GPIO_Pin_10 （（uint16_t）0x0400）

/*！《 Pin 10 selected */#define GPIO_Pin_11 （（uint16_t）0x0800）

/*！《 Pin 11 selected */#define GPIO_Pin_12 （（uint16_t）0x1000）

/*！《 Pin 12 selected */#define GPIO_Pin_13 （（uint16_t）0x2000） /*！《 Pin 13 selected */#define GPIO_Pin_14 （（uint16_t）0x4000）

/*！《 Pin 14 selected */#define GPIO_Pin_15 （（uint16_t）0x8000） /*！《 Pin 15 selected */#define GPIO_Pin_All （（uint16_t）0xFFFF）

/*！《 All pins selected */

這時PB0就輸出了低電平的代碼就變成了：

GPIOB-》BRR = GPIO_Pin_0;

（如果同時讓PB0/PB15輸出低電平，用或運算，代碼：

GPIOB-》BRR = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_15;

為了不使main函數(shù)看起來冗余，上述庫封裝 的代碼不應該放在main里面，因為其是跟GPIO相關的，我們可以把這些宏放在一個單獨的頭文件里面。

在工程目錄下新建stm32f10x_gpio.h，把封裝代碼放里面，然后把這個文件添加到工程里面。這時我們只需要在main.c里面包含這個頭文件即可。

第四層級：基地址宏定義+結構體封裝+“位封裝”+函數(shù)封裝

我們點亮LED的時候，控制的是PB0這個IO，如果LED接到的是其他IO，我們就需要把GPIOB修改成其他的端口，其實這樣修改起來也很快很方便。

但是為了提高程序的可讀性和可移植性，我們是否可以編寫一個專門的函數(shù)用來復位GPIO的某個位，這個函數(shù)有兩個形參，一個是GPIOX（X=A.。.G），另外一個是GPIO_Pin（0.。.15），函數(shù)的主體則是根據(jù)形參GPIOX 和GPIO_Pin來控制BRR寄存器，代碼如下：

void GPIO_ResetBits（GPIO_TypeDef* GPIOx， uint16_t GPIO_Pin）

{

GPIOx-》BRR = GPIO_Pin;

}

這時，PB0輸出低電平，點亮LED的代碼就變成了：

GPIO_ResetBits（GPIOB，GPIO_Pin_0）;

同理， 我們可以控制BSRR這個寄存器來實現(xiàn)關閉LED，代碼如下：

// GPIO 端口置位函數(shù)void GPIO_SetBits（GPIO_TypeDef* GPIOx， uint16_t GPIO_Pin）

{

GPIOx-》BSRR = GPIO_Pin;

}

這時，PB0輸出高電平，關閉LED的代碼就變成了：

GPIO_SetBits（GPIOB，GPIO_Pin_0）;

同樣，因為這個函數(shù)是控制GPIO的函數(shù)，我們可以新建一個專門的文件來放跟gpio有關的函數(shù)。

在工程目錄下新建stm32f10x_gpio.c，把GPIO相關的函數(shù)放里面。這時我們是否發(fā)現(xiàn)剛剛新建了一個頭文件stm32f10x_gpio.h，這兩個文件存放的都是跟外設GPIO相關的。

C文件里面的函數(shù)會用到h頭文件里面的定義，這兩個文件是相輔相成的，故我們在stm32f10x_gpio.c 文件中也包含stm32f10x_gpio.h這個頭文件。別忘了把stm32f10x.h這個頭文件也包含進去，因為有關寄存器的所有定義都在這個頭文件里面。

如果我們寫其他外設的函數(shù)，我們也應該跟GPIO一樣，新建兩個文件專門來存函數(shù)，比如RCC這個外設我們可以新建stm32f10x_rcc.c和stm32f10x_rcc.h。其他外依葫蘆畫瓢即可。

（5）實例編寫

以上，是對庫封住過程的概述，下面我們正在地使用庫函數(shù)編寫LED程序

①管理庫的頭文件

當我們開始調用庫函數(shù)寫代碼的時候，有些庫我們不需要，在編譯的時候可以不編譯，可以通過一個總的頭文件stm32f10x_conf.h來控制，該頭文件主要代碼如下：

//#include “stm32f10x_adc.h”//#include “stm32f10x_bkp.h”//#include “stm32f10x_can.h”//

#include “stm32f10x_cec.h”//#include “stm32f10x_crc.h”//#include “stm32f10x_dac.h”//

#include “stm32f10x_dbgmcu.h”//#include “stm32f10x_dma.h”//

#include “stm32f10x_exti.h”//#include “stm32f10x_flash.h”//

#include “stm32f10x_fsmc.h”#include “stm32f10x_gpio.h”//

#include “stm32f10x_i2c.h”//#include “stm32f10x_iwdg.h”//#include “stm32f10x_pwr.h”

#include “stm32f10x_rcc.h”//#include “stm32f10x_rtc.h”//

#include “stm32f10x_sdio.h”//#include “stm32f10x_spi.h”//#include “stm32f10x_tim.h”/

/#include “stm32f10x_usart.h”//

#include “stm32f10x_wwdg.h”//#include “misc.h”

這里面包含了全部外設的頭文件，點亮一個LED我們只需要RCC和GPIO 這兩個外設的庫函數(shù)即可，其中RCC控制的是時鐘，GPIO控制的具體的IO口。所以其他外設庫函數(shù)的頭文件我們注釋掉，當我們需要的時候就把相應頭文件的注釋去掉即可。

stm32f10x_conf.h這個頭文件在stm32f10x.h這個頭文件的最后面被包含，在第8296行：

#ifdef USE_STDPERIPH_DRIVER#include “stm32f10x_conf.h”#endif

代碼的意思是，如果定義了USE_STDPERIPH_DRIVER這個宏的話，就包含stm32f10x_conf.h這個頭文件。

我們在新建工程的時候，在魔術棒選項卡C/C++中，我們定義了USE_STDPERIPH_DRIVER 這個宏，所以stm32f10x_conf.h 這個頭文件就被stm32f10x.h包含了，我們在寫程序的時候只需要調用一個頭文件：stm32f10x.h即可。

②編寫LED初始化函數(shù)

經(jīng)過寄存器點亮LED的操作，我們知道操作一個GPIO輸出的編程要點大概如下：

1、開啟GPIO的端口時鐘

2、選擇要具體控制的IO口，即pin

3、選擇IO口輸出的速率，即speed

4、選擇IO口輸出的模式，即mode

5、輸出高/低電平

STM32的時鐘功能非常豐富，配置靈活，為了降低功耗，每個外設的時鐘都可以獨自的關閉和開啟。STM32中跟時鐘有關的功能都由RCC這個外設控制，RCC中有三個寄存器控制著所以外設時鐘的開啟和關閉：RCC_APHENR、RCC_APB2ENR和RCC_APB1ENR，AHB、APB2和APB1代表著三條總線，所有的外設都是掛載到這三條總線上，GPIO屬于高速的外設，掛載到APB2總線上，所以其時鐘有RCC_APB2ENR控制。

GPIO 時鐘控制

固件庫函數(shù)：RCC_APB2PeriphClockCmd（ RCC_APB2Periph_GPIOB， ENABLE）函數(shù)的

原型為：

void RCC_APB2PeriphClockCmd（uint32_t RCC_APB2Periph，

FunctionalState NewState）

{

/* Check the parameters */

assert_param（IS_RCC_APB2_PERIPH（RCC_APB2Periph））;

assert_param（IS_FUNCTIONAL_STATE（NewState））;

if （NewState ！= DISABLE）

{

RCC-》APB2ENR |= RCC_APB2Periph;

}

else

{

RCC-》APB2ENR &= ~RCC_APB2Periph;

}

}

當程序編譯一次之后，把光標定位到函數(shù)/變量/宏定義處，按鍵盤的F12或鼠標右鍵的Go to definition of，就可以找到原型。固件庫的底層操作的就是RCC外設的APB2ENR這個寄存器，宏RCC_APB2Periph_GPIOB的原型是：0x00000008，即（1《《3），還原成存器操作就是：RCC-》APB2ENR |= 1《《《3。相比固件庫操作，寄存器操作的代碼可讀性就很差，只有才查閱寄存器配置才知道具體代碼的功能，而固件庫操作恰好相反，見名知意。

GPIO 端口配置

GPIO的pin，速度，模式，都由GPIO的端口配置寄存器來控制，其中IO0~IO7由端口配置低寄存器CRL控制，IO8~IO15由端口配置高寄存器CRH配置。固件庫把端口配置的pin，速度和模式封裝成一個結構體：

typedef struct

{

uint16_t GPIO_Pin;

GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;

GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;

} GPIO_InitTypeDef;

pin可以是GPIO_Pin_0~GPIO_Pin_15或者是GPIO_Pin_All，這些都是庫預先定義好的宏。speed也被封裝成一個結構體：

typedef enum

{

GPIO_Speed_10MHz = 1，

GPIO_Speed_2MHz，

GPIO_Speed_50MHz

} GPIOSpeed_TypeDef;

速度可以是10M，2M或者50M，這個由端口配置寄存器的MODE位控制，速度是針對IO口輸出的時候而言，在輸入的時候可以不用設置。mode也被封裝成一個結構體：

typedef enum

{

GPIO_Mode_AIN = 0x0， // 模擬輸入

GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04， // 浮空輸入（復位后的狀態(tài)）

GPIO_Mode_IPD = 0x28， // 下拉輸入

GPIO_Mode_IPU = 0x48， // 上拉輸入

GPIO_Mode_Out_OD = 0x14， // 通用開漏輸出

GPIO_Mode_Out_PP = 0x10， // 通用推挽輸出

GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C， // 復用開漏輸出

GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 // 復用推挽輸出

} GPIOMode_TypeDef;

IO口的模式有8種，輸入輸出各4種，由端口配置寄存器的CNF配置。平時用的最多的就是通用推挽輸出，可以輸出高低電平，驅動能力大，一般用于接數(shù)字器件。

最終用固件庫實現(xiàn)就變成這樣：

// 定義一個GPIO_InitTypeDef 類型的結構體

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 選擇要控制的IO 口

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

// 設置引腳為推挽輸出

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

// 設置引腳速率為50MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

/*調用庫函數(shù)，初始化GPIOB0*/

GPIO_Init（GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

倘若同一端口下不同引腳有不同的模式配置，每次對每個引腳配置完成后都要調用GPIO初始化函數(shù)，代碼如下：

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15 ;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉輸入

GPIO_Init（GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 ;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_Init（GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

GPIO 輸出控制

GPIO輸出控制，可以通過端口數(shù)據(jù)輸出寄存器ODR、端口位設置/清除寄存器BSRR和端口位清除寄存器BRR這三個來控制。端口輸出寄存器ODR是一個32位的寄存器，低16位有效，對應著IO0~IO15，只能以字的形式操作，一般使用寄存器操作。

// PB0 輸出高電平，點亮LED

GPIOB-》ODR = 1《《0;

端口位清除寄存器BRR是一個32位的寄存器，低十六位有效，對應著IO0~IO15，只能以字的形式操作，可以單獨對某一個位操作，寫1清0。

// PB0 輸出低電平，點亮LED

GPIO_ResetBits（GPIOB， GPIO_Pin_0）;

BSRR是一個32位的寄存器，低16位用于置位，寫1有效，高16位用于復位，寫1有效，相當于BRR寄存器。高16位我們一般不用，而是操作BRR這個寄存器，所以BSRR這個寄存器一般用來置位操作。

// PB0 輸出高電平，熄滅LED

GPIO_SetBits（GPIOB， GPIO_Pin_0）;

綜上：固件庫LED GPIO初始化函數(shù)

void LED_GPIO_Config（void）

{

// 定義一個GPIO_InitTypeDef 類型的結構體

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

// 開啟GPIOB 的時鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd（ RCC_APB2Periph_GPIOB， ENABLE）;

// 選擇要控制的IO 口

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

// 設置引腳為推挽輸出

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

// 設置引腳速率為50MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

/*調用庫函數(shù)，初始化GPIOB0*/

GPIO_Init（GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

// 關閉LED

GPIO_SetBits（GPIOB， GPIO_Pin_0）;

}

主函數(shù)

#include “stm32f10x.h”void SOFT_Delay（__IO uint32_t nCount）;

void LED_GPIO_Config（void）;

int main（void）

{

// 程序來到main 函數(shù)之前，啟動文件：statup_stm32f10x_hd.s 已經(jīng)調用

// SystemInit（）函數(shù)把系統(tǒng)時鐘初始化成72MHZ

// SystemInit（）在system_stm32f10x.c 中定義

// 如果用戶想修改系統(tǒng)時鐘，可自行編寫程序修改

LED_GPIO_Config（）;

while （ 1 ）

{

// 點亮LED

GPIO_ResetBits（GPIOB， GPIO_Pin_0）;

Time_Delay（0x0FFFFF）;

// 熄滅LED

GPIO_SetBits（GPIOB， GPIO_Pin_0）;

Time_Delay（0x0FFFFF）;

}

}

// 簡陋的軟件延時函數(shù)void Time_Delay（volatile uint32_t Count）

{

for （; Count ！= 0; Count--）;

}

注意void Time_Delay（volatile uint32_t Count）只是一個簡陋的軟件延時函數(shù)，如果小伙伴們有興趣可以看一看MultiTimer，它是一個軟件定時器擴展模塊，可無限擴展所需的定時器任務，取代傳統(tǒng)的標志位判斷方式， 更優(yōu)雅更便捷地管理程序的時間觸發(fā)時序。

責任編輯：haq