《STM32应用开发实践》课件第3章 STM32开发与调试方法

目录ContentsIIIIIIIVSTM32的开发环境与使用STM32程序开发模式STM32工程创建程序下载与实践案例（LED跑马灯）第3章STM32开发与调试2知识点1）Keil-MDK开发环境功能；2）STM32基于寄存器开发模式和基于库函数开发模式；3）STM32工程创建与程序下载。能力点了解STM32开发环境Keil-MDK、仿真器、目标板掌握Keil-MDK安装与工具的使用掌握STM32工程创建和程序下载课程学习知识点和能力点第3章STM32开发与调试方法33.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境简介

利用STM32处理器开发嵌入式系统需要安装开发环境。所谓开发环境就是由集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE）、仿真器（Emulator)和目标板（Target）三部分组成。IDE安装运行在PC机上，PC机通常称为主机。IDE由工程管理、编译器、链接器、调试器等功能模块组成。主机、仿真器（Emulator）和目标板连接，如图3.1所示。图3.1开发环境连接示意图43.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境简介STM32处理器嵌入式系统开发，均大量使用JTAG调试接口将IDE和目标板连接起来进行软件编程和开发。STM32开发软件有IAR、KEILMDK。这两款软件各有各的特点。这里我们选择ARM公司推荐的KEILMDK软件集成开发环境IDE。KEILMDK开发套件组成，如图3.2所示。图3.2Keil-MDK开发套件组成53.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境使用STM32开发包使用KEILMDK5.14版本，其安装包下载地址：/demo/eval/arm.htm。器件支持、设备驱动软件包下载地址：/dd2/Pack/安装步骤！（1）双击mdk514.exe，进行安装。这里我们将其安装到D盘，KEILMDK5.14文件夹下，需要设置安装路径，如图3.3所示。图3.3设置安装路径63.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境使用安装步骤！（1）双击mdk514.exe，进行安装。这里我们将其安装到D盘，KEILMDK5.14文件夹下，需要设置安装路径，如图3.3所示。（2）修改安装路径时，路径中一定不能包含中文名称。然后设置基本信息，如图3.4所示。图3.4填写用户信息73.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境使用安装步骤！（1）双击mdk514.exe，进行安装。这里我们将其安装到D盘，KEILMDK5.14文件夹下，需要设置安装路径，如图3.3所示。（2）修改安装路径时，路径中一定不能包含中文名称。然后设置基本信息，如图3.4所示。（3）填写完基本信息后，点击NEXT进入如图3.5所示的安装等待界面。图3.5安装进行中83.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境使用安装步骤！（1）双击mdk514.exe，进行安装。（2）设置基本信息，如图3.4所示。（3）填写完基本信息后，点击NEXT进入安装等待界面。（4）等待安装完成后，KEILMDK会显示，如图3.6所示的界面图3.6安装结束93.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境使用安装步骤！（1）双击mdk514.exe，进行安装。（2）设置基本信息，如图3.4所示。（3）填写完基本信息后，点击NEXT进入安装等待界面。（4）等待安装完成后，KEILMDK会显示，如图3.6所示的界面。（5）最后点击Finish即可完成安装，并弹出如图3.7所示界面。图3.7Pack包自动安装103.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境使用安装步骤！（5）最后点击Finish即可完成安装，并弹出如图3.7所示界面。（6）对于不同系列的STM32单片机，还要安装对应的Pack软件支持包。Pack软件支持包为编译器提供了不同型号芯片的特性，Keil才能按照该芯片的特点去编译。这里以STM32F407系列为例，双击下载好的Keil.STM32F4xx_DFP.1.0.8.pack安装包双击进行安装，如图3.8所示。图3.8安装Pack软件包113.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境使用安装步骤！（6）对于不同系列的STM32单片机，还要安装对应的Pack软件支持包。Pack软件支持包为编译器提供了不同型号芯片的特性，Keil才能按照该芯片的特点去编译。这里以STM32F407系列为例，双击下载好的Keil.STM32F4xx_DFP.1.0.8.pack安装包双击进行安装，如图3.8所示。（7）进入器件Pack软件包安装界面，如图3.9所示。图3.9Pack安装进行中123.1STM32开发环境和使用第3章STM32开发与调试方法

STM32开发环境使用安装步骤！（6）对于不同系列的STM32单片机，还要安装对应的Pack软件支持包。Pack软件支持包为编译器提供了不同型号芯片的特性，Keil才能按照该芯片的特点去编译。这里以STM32F407系列为例，双击下载好的Keil.STM32F4xx_DFP.1.0.8.pack安装包双击进行安装，如图3.8所示。（7）进入器件Pack软件包安装界面，如图3.9所示。（8）最后，安装完成点击Finish完成安装，如图3.10所示。图3.10Pack安装结束133.2STM32程序开发模式第3章STM32开发与调试方法

STM32程序开发模式概述基于寄存器开发模式基于固件库的开发模式基于操作系统的开发模式（1）基于操作系统开发模式

该模式不适合初学者，因为它对嵌入式操作系统的多任务等理论要求较高。建议学习者在STM32开发达到一定的阶段后，再尝试这种开发模式。（2）基于寄存器开发模式

从学习角度，可以基于寄存器的开发模式入手，这样可以更清晰的了解和掌握STM32的架构和原理。（3）基于固件库开发模式从高效开发的角度，从学习容易上手的角度，建议使用基于固件库的开发模式，毕竟这种模式把底层比较复杂的一些原理和概念封装起来了，更容易理解。这种模式开发的程序更容易维护、移植，开发周期更短，程序出错的概率更小。当然，也可以采用基于寄存器和基于固件库混合的方式。143.2STM32程序开发模式第3章STM32开发与调试方法

基于寄存器开发模式（1）实现原理寄存器开发模式是通过对寄存器的操作实现对单片机的控制。要熟悉单片机内部的寄存器，包括控制寄存器，状态寄存器、数据寄存器、中断寄存器等，掌握主要寄存器的功能，以及寄存器的位定义与作用，能够通过赋值语句来设置和获取相关寄存器的值。寄存器开发模式可以让我们熟悉单片机工作的原理，明白库函数的本质，是我学习单片机的不错选择。在学习和使用寄存器模式时，可以借助于《STM32F4xx中文参考手册》来查看和操作对应的寄存器。寄存器开发模式创建工程模板时可以更精简，也可以与基于固件库开发模式一起使用统一的工程模板。（2）基于寄存器开发模式特点与硬件关系密切。程序编写直接面对底层的部件、寄存器和引脚。要求对STM32的结构与原理把握的比较清楚。要求编程者熟练的掌握STM32单片机的体系结构、工作原理，尤其是对寄存器及其功能要特别熟悉。程序代码比较紧凑、短小，代码沉余相对较少，因此源程序生成的机器码比较短小。开发难度大，开发周期长，后期维护、调试比较繁琐。153.2STM32程序开发模式第3章STM32开发与调试方法

基于固件开发模式（1）实现原理固件库开发模式是ST公司基于寄存器封装成了函数，方便开发者通过操作库函数快速地实现代码功能。使用固件库开发只需要了解单片机外设具有的功能，包括有GPIO、定时器和计数器、串行通信USART、SPI、IIC、中断及其原理等，不需要深入了解底层寄存器，只需要熟悉固件库中相关外设所涉及库函数的功能、调用方法以及系统初始化函数，就能快速上手实现相应的功能。基于固件库的开发模式可以实现快速开发项目，是单片机开发公司采用最多的开发模式，是走向工作岗位后常用的开发模式，因此我们本书的教学范例都将采用固件库开发模式。163.2STM32程序开发模式第3章STM32开发与调试方法

基于固件开发模式（2）基于固件库开发模式的特点与硬件的关系比较疏远。由于函数的封装，使得与底层硬件接口的部分被封装，编程时不需要太关注硬件。对STM32的结构与原理把握的要求比较低。只对硬件原理有基础的认识，能按照固件库的要求给定库函数的参数、会利用返回值，即可调用相关函数，实现对某个外设、寄存器的操作。程序代码比较繁琐、偏多。由于考虑到函数的稳健性、扩充性等因素，使得程序的沉余部分会较大。开发难度小、开发周期较短、后期维护、调试比较容易。外围设备参数函数比较容易获取，也比较容易修改。173.2STM32程序开发模式第3章STM32开发与调试方法

基于RTOS开发模式（1）实现方式基于操作系统的开发模式需要移植一些小型的嵌入式操作系统，例如：TencentOS-tiny、LiteOS、RT_Thread、µC/OS-III、FreeRTOS等。基于操作系统的程序开发模式是程序的开发建立在嵌入式操作系统的基础上，通过操作系统的API接口函数完成系统的程序开发。（2）开发步骤选择合适的小型嵌入式操作系统并将操作系统进行裁剪后嵌入系统。基于嵌入式操作系统的API接口函数，完成系统所需功能的程序开发。（3）主要特点

基于RTOS开发模式，快捷高效，代码的可移植性、可维护性、稳健性均好。功能比较简单的系统不建议使用操作系统，因操作系统也占用系统资源。因此，要根据项目的实际需要确定是否使用嵌入式操作系统。183.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库STM32固件库是一个标准外设库函数。它由程序、数据结构和宏组成，包括了微控制器所有外设的性能特征。该函数库还包括每一个外设的驱动描述和应用实例，为开发者访问底层硬件提供了一个中间API，通过使用固件函数库，无需深入掌握底层硬件细节，开发者就可以轻松使用每一个外设。STM32的固件库遵循CMSIS标准（CortexMicrocontrollerSoftwareInterfaceStandard），即“ARMCortex处理器软件接口标准”。

CMSIS是一个强制标准，它

对STM32处理器的各个函数名称包括系统初始化函数和各个外设驱动文件的文件名等规定了统一的标准。基于寄存器模式和基于固件库的开发模式有所不同，但都必须要建立工程模板。建立工程模板包含：（1）获取固件库文件，（2）将必要文件添加到Keil工程中。193.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库本文固件库的版本为V1.8.0，可以从ST的官网下载，也可以从本文提供的资料包中获取。解压缩得到的文件及其结构如图3.20所示。图3.20V1.8.0固件库的文件结构ST

LOGO图标文件驱动代码启动文件实例例程工程模板评估板例程代码帮助文件203.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.21Liberties文件夹的内容图3.22CMSIS文件夹的内容213.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.23Include文件夹的内容Include文件夹是Cotex-M4内核的外设驱动程序，也是我们创建工程时需要复制的重要文件。223.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.25Templates文件夹的内容图3.24STM32F4xx文件夹的内容Device\ST\STM32F4xx路径下的包含的内容，如图3.24所示。Source文件夹下只包含Templates，而Templates下又包含5个对应不同开发环境的启动代码文件夹，如下图3.25所示。其中arm文件夹对应KEIL开发环境233.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.26arm文件夹的内容这些文件夹下的代码文件均是由汇编语言开发，以arm文件夹下的文件为例，其中包括如图3.26所示的文件，它们实际对应不同容量芯片的启动代码。243.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.28STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹的内容Device\ST\STM32F4xx路径下除了启动文件夹Source外，另外一个Include文件夹也十分重要，其中包含了如图3.27所示的两个文件。STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹的类容是芯片制造商在Ctex-M4内核上外加的驱动程序，包含inc与src这两个文件夹，如图3.28所示，html文件可以直接忽略。图3.27Include文件夹的内容253.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.28STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹的内容Device\ST\STM32F4xx路径下除了启动文件夹Source外，另外一个Include文件夹也十分重要，其中包含了如图3.27所示的两个文件。STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹的类容是芯片制造商在Ctex-M4内核上外加的驱动程序，包含inc与src这两个文件夹，如图3.28所示，html文件可以直接忽略。图3.27Include文件夹的内容263.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.29inc文件夹的内容文件夹inc的内容如图3.29所示，它包含每个驱动文件对应的头文件。当应用程序需要某个外设驱动程序的时候，将它的头文件包含至应用程序即可。273.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.30src文件夹的内容文件夹src的内容如下图3.30所示，它包含的是每个驱动对应的C源代码文件夹。283.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

图3.31STM32F4xx_StdPeriph_Templates文件夹下的重要文件在Project文件夹下，STM32F4xx_StdPeriph_Templates文件夹有5个很重要的文件，在工程模板中必须使用，如图3.31所示。293.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

STM32固件库

如果要修改程序的时钟配置，就必须调整system_stm32f4xx.c的相关内容。system_stm32f4xx.c的性质与core_cm4.c一样，它也由ARM公司提供，遵循CMSIS标准。该文件的功能是：根据HSE或者HSI设置系统时钟和总线时钟（AHB、APB1、APB2总线）。

系统时钟可以由HSI单独提供，也可以让HSI二分频之后，经过PLL（琐相环倍频器）提供，或者由HSE经过PLL（琐项环倍频器）之后提供。303.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建复制固件库文件

如何创建工程？工程创建需要用到KIELMDK官网提供的资料包，可以从面KEIL官网/demo/eval/arm.htm获取。（1）创建工程文件夹如图3.32所示。（2）工程文件夹下，创建子文件夹，如图图3.33所示。图3.33工程文件夹子目录图3.32工程文件夹313.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建（3）复制库文件

将标准库STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0文件夹中，必要的文件、文件夹复制到刚创建的对应的文件夹下，具体操作如下：（a）将STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\STM32F4xx_StdPeriph_Driver目录下面的src、inc文件夹复制到刚才建立的FWLIB文件夹下。（b）将STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates\arm目录下的startup_STM32f40_41xxx.s文件，复制到core文件夹下。（c）将STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Include目录下面的四个头文件：core_cm4.h、core_cm4_simd.h、core_cmFunc.h以及core_cmInstr.h复制到core文件夹下。（d）将STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Include目录下面的2个头文件STM32f4xx.h和system_STM32f4xx.h，复制core文件夹之下。（e）将STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates目录下面的2个文件STM32f4xx_conf.h，system_STM32f4xx.c复制到core文件夹下。（f）将STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates目录下面的main.c文件，复制到user目录下面。323.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建

最后我们创建的core文件夹下所包含的文件，如图3.34所示图3.34core文件夹下的文件333.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（1）创建工程:打开KeiluVision5，按照图3.35所示,创建开发STM32F4xx的新工程.图3.35创建工程343.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（1）创建工程

新工程名称设置为template，并保存在所创建的user文件中。然后，选择主控器MCU为“STM32F407ZGTx”，如图3.36所示。图3.36选择主控型号图3.36选择主控器型号353.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

(2）配置Option，如图3.37所示。图3.37配置Option363.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（3）添加.c文件和.s文件到工程中，

如图3.38所示。图3.38将.c和.h文件添加到工程中373.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（4）将FWLIB\src下的全部文件添加到工程中，如图3.39所示。选中文件或文件夹点击“X”号可将文件从工程中移除。图3.39添加src下的文件到工程中383.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（5）将头文件包含到工程中，

如图3.40所示。图3.40添加FWLIB\inc下的头文件到工程中393.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（6）添加一个全局宏定义标识符

对于STM32F4xx系列的工程，还需要添加一个全局宏定义标识符。添加方法是点击魔术棒

之后，进入C/C++选项卡，然后在Define输入框连输入：STM32F40_41xxx,USE_STDPERIPH_DRIVER。注意这里是两个标识符之间是用英文逗号隔开的，如图3.41所示。图3.41添加一个全局宏定义标识符403.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（7）处理编译过程文件编写的代码经过编译后才能下载到单片机中运行，所以要设置中间文件编译后的存放目录。方法是点击魔术棒，然后选择“Output”选项下面的“SelectFolderforObjects…”,然后选择目录为我们前面新建的OBJ文件夹。同时将下方的三个选项框都勾上，操作过程如图3.42所示。图3.42设置存放编译过程文件的文件夹对于STM32F4xx系列的工程，还需要添加一个全局宏定义标识符。添加方法是点击魔术棒之后，进入C/C++选项卡，然后在Define输入框连输入：STM32F40_41xxx,USE_STDPERIPH_DRIVER。注意这里是两个标识符之间是用英文逗号隔开的，如图3.41所示。413.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（7）处理编译过程文件其中CreateHEXFile选项选上是要求编译之后生成HEX文件，这个设置是为了生成串口下载时需要的二进制文件，如果使用ST-Link下载器下载则不需要此项设置。BrowseInformation选项选上是方便我们查看工程中的一些函数变量定义，到此就完成了工程的创建。图3.42设置存放编译过程文件的文件夹423.3STM32工程创建第3章STM32开发与调试方法

工程创建新建一个Keil工程

（8）编译前的最后设置工程创建后，要编译测试。编译前需设置编译器的版本，操作如图3.43所示。版本设置后即可编译，并提示stm32f4xx_fsmc.c文件相关的错误，此时将stm324xx_fsmc.c从工程中移除，重新编译后，编译输出信息“0Error(s),0Warning(s)”，说明工程模板创建成功。图3.43设置编译器版本433.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

STM32单片机的启动模式有BOOT0和BOOT1两个引脚的电平决定。BOOT引脚电平不同对应着不同的启动模式，如表3.1所示。表3.1启动模式BOOT0BOOT1启动模式说明0X用户闪存存储器用户闪存存储器，也就是FLASH启动10系统存储器系统存储器启动，用于串口下载11SRAM启动SRAM启动，用于在SRAM中调试代码BOOT0=0，BOOT1=X，从用户闪存（FLASH）启动，这是正常的启动模式B.OOT0=1，BOOT1=0，从系统存储器启动，这种模式启动的程序是由厂家设置。

芯片出厂时在这个区域预置了一段bootloader，也就是通常所说的ISP程序，这个区域在芯片出厂后不能够修改或擦除，即它是一个ROM区。BOOT0=1，BOOT1=1，从内置SRAM启动，这种模式可以用于调试。443.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

3.4.1基于串口程序的下载从ST官网下载FlashLoaderDemonstrator,打开该程序，正确配置波特率（建议使用115200或9600波特率），串口等参数，就可以利用该软件完成HEX文件的烧写。该软件的主界面如图3.44所示。图3.44ST官方ISP下载软件453.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

3.4.2基于JTAG接口下载程序

使用ST-LINK仿真器下载，具体型号为：V2。ST-LINK的实物图，如图3.45所示。（1）在官网下载ST-LINK的官方驱动文件解压后的驱动文件，如图3.46所示。图3.45ST-Link实物图图3.46ST-Link官方驱动软件包463.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

3.4.2基于JTAG接口下载程序ST-Link驱动安装完成后，还要在Keil工程中对ST-Link进行设置。具体步骤如下:（1）首先，打开已创建的工程，点击工具栏上的“魔法棒”

，然后点击“Debug”选项卡，按照图3.47选择“ST-LinkDebugger”，即使用ST-Link下载器。下图中还要勾选Runtomain()，这样在仿真时就会直接运行到main函数，如果没选择这个选项，则会先执行startup_STM32f40_41xxx.s文件的Reset_Handler，再跳到main函数。图3.47选择ST-LinkDebugger模式473.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

3.4.2基于JTAG接口下载程序（2）在选择调试器后，点击右边的“Setting”按钮，进入Debug模式设置界面，点击“Debug”选项卡。将ST-Link的连接方式，选择为SW模式，如图3.48所示。此模式的连线比较少，占用的I/O比较少，比较节省开发板资源。图3.48ST-Link连接模式设置483.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

3.4.2基于JTAG接口下载程序开发板使用的调试模式是JTAG的接口，但是它是兼容SW模式的，如图3.49所示。图3.49ST-Link

SW连接方式击图3.48中所示的“FlashDownload”，Keil会根据新建工程时选择的目标器件，自动设置Flash算法。如使用STM32F407ZGT6，Flash容量为1M字节，那么“ProgrammingAlgorithm”里面默认会有1M型号的STM32F4xxFlash算法。需要注意的是，这里的1MBFlash算法，不仅仅针对1M容量的STM32F407，对于小于1MBFlash的型号，也采用该Flash算法，如图3.52所示。最后，选中“ResetandRun”选项，以实现在编程后自动运行，其它默认设置即可。493.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

3.4.2基于JTAG接口下载程序（3）SW模式仿真要设置“Utilities”选项卡，如图3.51图3.50Flash容量选择图3.51Utilities选项卡配置503.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

3.4.2基于JTAG接口下载程序（3）SW模式仿真设置完成后，点击“OK”按钮，按钮退出。使用ST-Link下载代码前要先编译工程，点击编译按钮,等待编译完成后，没有错误提示，再点击下载按钮,等待程序下载完成，程序就能在开发板上运行了。操作方法如图3.52所示。图3.52编译下载操作方法513.4程序下载（烧写）第3章STM32开发与调试方法

3.4.3