第章 CMSIS架构与STM库开发方式Hppt课件.ppt

EmbeddedSystemDevelopment 聊城大学理工学院曹银杰caoyinjie 嵌入式系统与应用 第7章CMSIS架构与STM32库开发方式 7 1STM32库简介7 2STM32结构及库层次关系7 3库文件及使用简介7 4GPIO7 5stm32f10 x h中GPIO代码剖析7 6GPIO控制LED灯实验7 7时钟设置与开启外设时钟 7 1STM32库简介 STM32外设资源丰富 寄存器的数量多 设置复杂度高 直接配置寄存器方式开发程序效率低 STM32库是由ST公司针对STM32提供的函数接口 即API ApplicationProgramInterface 库是架设在寄存器与用户驱动层之间的代码 向下处理与寄存器直接相关的配置 向上为用户提供配置寄存器的接口 STM32库简介 开发者可调用这些函数接口来配置STM32的寄存器 开发快速 易于阅读 维护成本低等优点 事实上 库函数的底层实现恰恰是直接配置寄存器方式的最佳例子 想深入了解芯片是如何工作的话 只要追踪到库的最底层实现就能理解 想修炼C语言 就从ST的库开始 7 2STM32结构及库层次关系 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与芯片厂商建立了一个软件抽象层 CMSIS标准 CortexMicroControllerSoftwareInterfaceStandard CMSIS架构 STM32结构及库层次关系 CMSIS标准中最主要的为CMSIS核心层 它包括了 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 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可见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 这对软件的移植是有极大的好处的 STM32的库 就是按照CMSIS标准建立的 7 3库文件及使用简介 新建工程 选择芯片后 选择运行环境 用的库 驱动文件 RTX等 编译时自动添加其他用的库文件 库文件及使用简介 ARM公司提供的 如core cm3 h 及core 前缀的头文件 核内设备函数层 进入M3内核的接口 stdin h头文件 这是一个ANSIC文件 是独立于处理器之外的 就像我们熟知的C语言头文件stdio h文件一样 misc h和misc c是和CM3内核有关的NVIC和SysTick的驱动代码 自行添加到工程 ST公司提供的 stm32f10 x h重要文件 定义寄存器地址 寄存器数据结构 中断向量表 stm32f10 x adc c stm32f10 x adc h 针对模数转换 ADC 外设 还有很多其他设备外设的驱动程序 每个外设对应一个 c和 h后缀的文件 库文件及使用简介 startup stm32f10 x xx s启动文件 作用是 1 初始化堆栈指针SP 2 初始化程序计数器指针PC 3 设置堆 栈的大小 4 设置异常向量表的入口地址 5 配置外部SRAM作为数据存储器 这个由用户配置 一般的开发板可没有外部SRAM 6 设置C库的分支入口 main 最终调用main函数 7 启动文件还调用了在system stm32f10 x c文件中的SystemIni 函数配置系统时钟 system stm32f10 x c文件提供了两个函数和一个全局变量 库文件及使用简介 stm32f10 x h头文件中重要的内容就是把STM32的所有寄存器进行地址映射 如同51单片机的头文件一样 stm32f10 x h像一个大表格 我们在使用的时候就是通过宏定义进行类似查表的操作 没有这个文件的话 怎样访问STM32的寄存器 有什么缺点 1 需要查手册来确定哪个地址对应哪个寄存器 2 地址易写错 可读性差 易出错 开发效率低 库文件及使用简介 库函数 就是STM32的库文件中为我们编写好的函数接口 调用这些库函数 就可以对STM32进行配置 我们可以不知道库函数是如何实现的 但必须要知道函数的功能 可传入的参数及其意义 和函数的返回值 库函数很多 学会查阅库帮助文档就行 库帮助文档 stm32f10 x stdperiph lib um chm层层打开文档的目录标签即可 在用库函数的地方 直接从库帮助文档复制即可 思考题 1 没有stm32f10 x h头文件的话 怎样访问STM32的寄存器 有什么缺点 2 从STM32库的实现原理上解答库到底是什么 为什么要用库 用库函数与直接配置寄存器的区别等问题 7 4GPIO GPIO GeneralPurposeI O 通用型输入 输出 主要用于需要用到数字量输入 输出的场合 如 继电器 LED 蜂鸣器等的控制 传感器状态 高低电平等信息的输入等 1 GPIO简介 大部分GPIO为推挽输出 具有完整I2C功能的是开漏结构 正常拉出灌入电流为4mA 短时间极限值40mA 管脚可承受最大5V的输入电压 GPIO寄存器位于AHB总线上 可以进行高性能的CPU快速访问 支持Cortex M3位带操作 GPIO允许进行DMA数据操作 GPIO简介 GPIO引脚又被分为GPIOA GPIOB GPIOG不同的组 每组端口分为0 15 共16个不同的引脚 不同芯片的端口组数不同 GPIO结构图 端口配置寄存器 GPIO简介 I O引脚可通过端口配置寄存器设置成不同的功能 四种输入模式 结构图上半部分 上拉输入与下拉输入 与VDD相连的为上拉电阻 与VSS相连的为下拉电阻 再经施密特触发器就把信号转化为0 1存储在输入数据寄存器 浮空输入 不接上拉与下拉电阻 直接由触发器输入 由于其输入阻抗较大 一般把这种模式用于标准的通讯协议如I2C USART的接收端 模拟输入 把电压信号直接传送到片上外设模块 如ADC GPIO简介 结构图下半部分为输出模式结构 推挽输出模式 在输出高电平时 P MOS导通 低电平时 N MOS管导通 开漏输出模式 输出0时为低电平 1为高阻状态 在使用任何一种开漏模式 都需要接上拉电阻 GPIO简介 GPIO都可配置为中断功能 并可设置为上升沿 下降沿或边沿触发 GPIO中断还具有掉电唤醒功能 2 GPIO端口配置寄存器 端口配置低寄存器GPIOx CRL 配置0 7引脚 端口配置高寄存器GPIOx CRH 配置8 15引脚 x A G 可将I O口配置为输入 输出或模拟模式 PIOx CRL复位值 44444444h 偏移地址 00h 每个引脚的模式由寄存器的4个位控制 又分引脚配置 CNFy 1 0 引脚的模式 MODEy 1 0 其中y表示第y个引脚 GPIOx CRL GPIO端口配置寄存器 例 CRH高寄存器的配置 PIOx CRH复位值 44444444h 偏移地址 04h 例 GPIOx CRH寄存器的第28至29位设置为11 并在第30至31位设置为00答 则把x端口第15个引脚的模式配置成了 输出的最大速度为50MHz的通用推挽输出模式 3 端口输入数据寄存器GPIOx IDR 端口输入数据寄存器 GPIOx IDR x A E 复位值 44444444h 地址偏移 08h高位31 16保留 始终读为0 IDRx 15 0 端口输入数据 x 0 15 这些位为只读并只能以字的形式读出 读出的值为对应I O口的状态 4 端口输出数据寄存器GPIOx ODR 端口输出数据寄存器 GPIOx ODR x A E 设置I O口的方向输入还是输出 复位值 44444444h 地址偏移 0Ch高位31 16保留 始终为0 ODRx 15 0 端口输出数据方向 x 0 15 这些位可读可写并只能以字的形式操作 通过GPIOx BSRR x A E 可以分别地对各个ODR位进行独立的置位 清零 5 端口置位 清零寄存器GPIOx BSRR 端口置位 清零寄存器 GPIOx BSRR x A E 复位值 44444444h 地址偏移 10h 6 端口位复位寄存器 GPIOx BRR 端口位复位寄存器 GPIOx BRR x A E 复位值 44444444h 地址偏移 14h 7 端口配置锁定寄存器GPIOx LCKR 端口配置锁定寄存器 GPIOx LCKR x A E 复位值 44444444h 地址偏移 14h当执行正确的写序列设置了位16 LCKK 时 该寄存器用来锁定端口位的配置 位 15 0 用于锁定GPIO端口的配置 在规定的写入操作期间 不能改变LCKP 15 0 当对相应的端口位执行了LOCK序列后 在下次系统复位之前将不能再更改端口位的配置 每个锁定位锁定控制寄存器 CRL CRH 中相应的4个位 例 要控制引脚电平高低 需要对寄存器进行什么操作 一个引脚y的输出数据由GPIOx BSRR寄存器位的2个位来控制分别为BRy BitResety 和BSy BitSety BRy位用于写1清零 使引脚输出低电平 BSy位用来写1置1 使引脚输出高电平 8 GPIO输入输出演示 GPIOx IDR GPIO输入 GPIO输出 1 高电平 1 输出操作流程 输入操作流程 1 GPIOx BSRR 7 5stm32f10 x h库中GPIO代码剖析 以外设GPIOC为例 文件中包含如下宏定义 defineGPIOC BASE APB2PERIPH BASE 0 x1000 defineAPB2PERIPH BASE PERIPH BASE 0 x10000 definePERIPH BASE uint32 t 0 x40000000 首先看外设基地址PERIPH BASE这个宏 宏展开为0 x40000000 并把它强制转换为uint32 t类型数据 总线基地址宏APB2PERIPH BASE指向地址0 x40010000 最后到了宏GPIOC BASE为APB2PERIPH BASE加上偏移量0 x1000得到了GPIOC端口的寄存器组的基地址 stm32f10 x h中GPIO代码剖析 stm32f10 x h文件 还可以发现以下类似的宏 defineGPIOA BASE APB2PERIPH BASE 0 x0800 defineGPIOB BASE APB2PERIPH BASE 0 x0C00 defineGPIOC BASE APB2PERIPH BASE 0 x1000 defineGPIOD BASE APB2PERIPH BASE 0 x1400 GPIOA GPIOB GPIOC GPIOD寄存器组的起始地址 都对应着独立的一组寄存器 typedefstruct IOuint32 tCRL IOuint32 tCRH IOuint32 tIDR IOuint32 tODR IOuint32 tBSRR IOuint32 tBRR IOuint32 tLCKR GPIO TypeDef defineGPIOA GPIO TypeDef GPIOA BASE defineGPIOB GPIO TypeDef GPIOB BASE GPIO TypeDef 把GPIOA BASE地址转换为GPIO TypeDef结构体指针类型 对每个GPIOx是用结构封装了寄存器组 stm32f10 x h中代码 GPIO TypeDef 这个结构体的首地址 变量CRL的地址 若为0 x40011000 那么结构体中第二个变量 CRH 地址为0 x40011000 0 x04 加上的这个0 x04 正是4字节地址偏移量 stm32f10 x h中GPIO代码剖析 有了这样的宏 就可用以下方式来修改GPIO寄存器 GPIO TypeDef GPIOx 定义一个GPIO TypeDef型结构体指针GPIOxGPIOx GPIOA 把指针地址设置为宏GPIOA地址GPIOx CRL 0 xffffffff 通过指针访问并修改GPIOA CRL寄存器通过类似的方式 我们就可以给具体的寄存器写上适当的参数 控制STM32了 这只是库开发的皮毛 库提供了更简单的开发方式 GPIO 1 配置寄存器 选定GPIO的特定功能 最基本的如 选择作为输入还是输出端口 2 数据寄存器 保存了GPIO的输入电平或将要输出的电平 3 位控制寄存器 设置某引脚的数据为1或0 控制输出的电平 4 锁定寄存器 设置某锁定引脚后 就不能修改其配置 C语言程序举例 TESTc C defineuint32unsignedint defineN10uint32sum 使用加法运算来计算1 2 3 N 1 N的值 N 0 intmain void uint32i sum 0 for i 0 i N i sum i GPIO库函数 7 6LED流水灯实验 想要控制LED灯 当然是通过控制STM32芯片的I O引脚电平的高低来实现 LED流水灯实验 LED流水灯实验 1 GPIO端口引脚多 就要选定需要控制的特定引脚2 GPIO功能如此丰富 配置需要的特定功能3 控制LED的亮和灭 设置GPIO输出电压的高低与GPIO相关的寄存器了 可以通过 STM32参考手册 来查看 LED流水灯实验 LED实验中用到了RCC跟GPIO这两个外设 环境配置如图 main cled cled h Led流水灯主程序 main c include led h voidDelay IOuint32 tnCount 简单延时函数 for nCount 0 nCount intmain void LED GPIO Config while 1 LED1 ON Delay 0 x0FFFFF LED1 OFF LED2 ON Delay 0 x0FFFFF LED2 OFF LED3 ON Delay 0 x0FFFFF LED3 OFF 初始化LED函数led c include led h include stm32f10 x gpio h include stm32f10 x rcc h voidLED GPIO Config void 利用库定义一个GPIO InitTypeDef类型的结构体 GPIO InitTypeDefGPIO InitStructure 开启GPIOC的外设时钟 RCC APB2PeriphClockCmd RCC APB2Periph GPIOC ENABLE 选择要控制的GPIOC引脚GPIO InitStructure GPIO Pin GPIO Pin 3 GPIO Pin 4 GPIO Pin 5 设置引脚模式为通用推挽输出 GPIO InitStructure GPIO Mode GPIO Mode Out PP 初始化LED函数led c 设置引脚速率为50MHz GPIO InitStructure GPIO Speed GPIO Speed 50MHz 调用库函数 初始化GPIOC GPIO Init GPIOC 个函数LED GPIO Config 实现了所有为点亮led的配置 led h ifndef LED H define LED H include stm32f10 x h themacrodefinitiontotriggertheledonoroff 1 off 0 on defineON0 defineOFF1 带参宏 可像内联函数一样使用 defineLED1 a if a GPIO SetBits GPIOC GPIO Pin 3 else GPIO ResetBits GPIOC GPIO Pin 3 led h续 defineLED2 a if a GPIO SetBits GPIOC GPIO Pin 4 else GPIO ResetBits GPIOC GPIO Pin 4 defineLED3 a if a GPIO SetBits GPIOC GPIO Pin 5 else GPIO ResetBits GPIOC GPIO Pin 5 voidLED GPIO Config void endif LED H 在编译过程 编译器会把带参宏展开 在相应的位置替换为宏展开代码 其中的反斜杠符号 叫做续行符 后面不能有空格 注释等 led用到stm32f10 x gpio h库的结构 宏定义 1 GPIO InitTypeDef结构 引脚初始化的结构 2 GPIO Pin x引脚为uint16 t类型 宏定义 1 defineGPIO Pin 0 uint16 t 0 x0001 Pin0selected 2 defineGPIO Pin 1 uint16 t 0 x0002 Pin1selected 3 defineGPIO Pin 2 uint16 t 0 x0004 Pin2selected 4 defineGPIO Pin 3 uint16 t 0 x0008 Pin3selected 例 GPIO Pin 0 0000000000000001 BGPIO Pin 1 0000000000000010 B led用到stm32f10 x gpio h库的结构 宏定义 3 GPIOSpeed TypeDef定义GPIO的输出速率 typedefenum GPIO Speed 10MHz 1 枚举常量值1 对应10MHzGPIO Speed 2MHz 常量值为2 对应2MHzGPIO Speed 50MHz 常量值为3 对应50MHz GPIOSpeed TypeDef GPIO Speed 10MHz对应 0001 BGPIO Speed 2MHz对应 0010 BGPIO Speed 50MHz对应 0011 BSpeed控制参数 它的宏展开低2位的值 正好符合寄存器MODEy中2位的控制值 直接把这个参数写入CRL CRH配置寄存器的MODEy位 其中y由GPIO Pin参数确定第几引脚 led用到stm32f10 x gpio h库的结构 宏定义 4 GPIOMode TypeDef结构定义GPIO引脚的功能 typedefenum GPIO Mode AIN 0 x0 模拟输入模式GPIO Mode IN FLOATING 0 x04 浮空输入模式GPIO Mode IPD 0 x28 下拉输入模式GPIO Mode IPU 0 x48 上拉输入模式GPIO Mode Out OD 0 x14 开漏输出模式GPIO Mode Out PP 0 x10 通用推挽输出模式GPIO Mode AF OD 0 x1C 复用功能开漏输出GPIO Mode AF PP 0 x18 复用功能推挽输出 GPIOMode TypeDef 用于初始化的库函数GPIO Init 通过查找库帮助文档获得 Error L6218E Error L6218E Undefinedsymbolassert param referredfromstm32f10 x gpio o 断言机制函数assert param STM32的函数 assert param IS GPIO ALL PERIPH GPIOx 刚开始学习的时候都遇到编译不过去的问题 通过在文件中添加USE STDPERIPH DRIVER来解决的 error65 创建一个STM32F103VE核的项目error65 accessviolationat0 x40021000 no read permission是Debug里面的设置有缺陷 不会自动匹配 DialogDLL DCM3 DLLParameter pCM3应手动改为 DialogDLL DARMSTM DLLParameter pSTM32F103VE 逻辑分析窗口使用 再点击Setup 输入LED灯对应的三个信号PORTB 0 PORTF 7 PORTF 8 DisplayType选择bit 然后单击Close关闭该对话框 逻辑分析窗口使用 点击运行按钮 运行一段时间之后 点击停止按钮 暂停仿真回到逻辑分析窗口 可通过Zoom里面的In按钮来放大波形 通过Out按钮来缩小波形 或者按All显示全部波形 7 7时钟设置与开启外设时钟 外设初始化后 必须要开启外设时钟 开启外设时钟之前 首先要配置好系统时钟SYSCLK 在startup stm32f10 x hd s启动文件中 调用main函数之前就先调用了SystemInit 函数 就是设置系统时钟SYSCLK 时钟来源 倍频 分频等控制参数 这个函数的定义在system stm32f10 x c文件之中 时钟设置与开启外设时钟 voidSystemInit void