第12章.STM32标准库简介
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12.1 CMSIS 标准
12.2 STM32标准库文件结构
12.2.1 主结构
12.2.2 Libraries固件库文件
CMSIS文件夹
1.core_cm3.c&core_cm3.h
2.startup启动文件
3.Stm32f10x.h
4.system_stm32f10x.c&system_stm32f10x.h
STM32F10x_StdPeriph_Driver 文件夹
stm32f10x_it.c & stm32f10x_conf.h & system_stm32f10x.c 文件
12.3 库文件之间的关系
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前面我们介绍了库函数的开发过程，有些单片机功能非常多，我们一个个去写库函数是不现实的，也是没有必要的，我们只需要大致了解原理和过程就足够了，学习他们构建库函数的思路和优美的实现过程。对我们开发人员来说，没有必要也没有意义挨个去捋一遍，学海无涯，人生苦短，在这个知识爆炸迭代快速的时代，点到即止方为上策。正常情况下，芯片厂商会提供自己芯片的库函数，我们只需要学会使用就够了。ST公司提供了针对STM32芯片的标准软件库，包含了STM32芯片所有寄存器的控制操作，我们学会使用ST标准库，对STM32的开发是极为重要的。
12.1 CMSIS 标准
基于Cortex系列芯片采用的内核是相同的，主要区别是片上外设的差异，这些差异却导致软件在同内核，不同外设的芯片上移植困难。于是CMSIS标准应运而生。
CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）是ARM Cortex微控制器的软件接口标准。这个标准由ARM公司联合一些芯片厂商制定，旨在为使用ARM Cortex-M系列处理器的嵌入式系统开发提供一个统一的软件接口，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。这个和汽车行业的AUTOSAR软件标准的出发点是完全一致的。
不管什么标准，解决兼容和便于移植问题的主要方法，都是进行“抽象”，或者进行“层层抽象”。就和我们写C代码一样，程序里把一些和硬件相关的数字都用宏定义，操作函数名等都标准化，这样不管硬件怎么换，我们只需要修改下宏定义就完事了。 CMSIS 标准自然也不例外。
简单来说，CMSIS标准的主要内容和目标如下：
标准化接口：它定义了一套标准的API（应用程序接口），使得软件开发者能够以一种统一的方式来访问和控制Cortex-M微控制器的各种硬件特性，如处理器核心、内存、中断和外设等。
提高可移植性：由于接口是标准化的，因此开发者编写的代码可以更容易地在不同的Cortex-M微控制器之间移植，而无需进行大量的修改。
简化开发：CMSIS提供了一组库函数，封装了底层硬件的复杂性，使得开发者能够更专注于实现应用逻辑，而不是处理底层的硬件细节。
外设驱动标准化：CMSIS还尝试对外设驱动进行标准化，使得外设的使用也变得更加简单和一致。
通过实施CMSIS标准，嵌入式系统的开发变得更加高效、可预测，并且降低了将软件从一个微控制器迁移到另一个微控制器的成本。这对于需要快速迭代和适应不断变化的市场需求的嵌入式系统开发来说是非常重要的。CMSIS的架构图如图12.1-1所示：
图12.1-1 CMSIS架构图
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。
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。通过使用CMSIS标准，开发人员可以更加专注于实现应用程序的功能，而无需过多关注底层硬件的细节，也提高了软件的可移植性。
12.2 STM32标准库文件结构
12.2.1 主结构
图12.2-1 STM32标准库文件目录
STM32的标准库函数文件夹“STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0”打开后的结构如图12.2-1所示. 主要的文件简介如下：
Libraries：最核心重要的一个文件，文件夹里是驱动库的源代码及启动文件，我们使用的固件库就在这个文件夹里面。
Project：文件夹里是用标准库写的例程和工程模板，每个外设都有写好的例程，这对我们非常有借鉴意义，我们在开发和学习过程中可以参考这里面的例子。
Utilities：基于 ST 官方实验板的例程，这个我们开发过程不需要，可直接略过。
stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm： 库帮助文档，一个编译好的HTML文件，不喜欢看源码的可以在这个文档中查询每个外设的函数说明。
12.2.2 Libraries固件库文件
在Libraries 文件夹可以看到CMSIS 和STM32F10x_StdPeriph_Driver 两个文件夹，分别代表了内核与外设相关的库文件 。
CMSIS文件夹
1.core_cm3.c&core_cm3.h
图12.2-2 CMSIS文件目录
CMSIS是内核相关的文件，文件夹中最主要的是CM3这个文件夹，其他的都是文档性质的，不重要。 红色虚线框内的文件是后续我们新建工程时需要用到的文件。
在CoreSupport文件夹中有core_cm3.c和core_cm3.h两个文件。Core_cm3.h头文件里面实现了内核的寄存器映射，对应外设头文件stm32f10x.h，区别是一个针对内核的外设，一个针对片上外设。core_cm3.c文件实现了一下操作内核外设寄存器的函数，实际开发过程中用的比较少。core_cm3.h头文件中还包含了“stdint.h”这个头文件，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，主要作用是提供一些类型定义。 这些类型定义屏蔽了在不同芯片平台，相同数据类型大小的差异，如 int 的大小是 16 位，还是 32 位。
/* exact-width signed integer types */
typedef signed char int8_t;
typedef signed short int int16_t;
typedef signed int int32_t;
typedef signed __int64 int64_t;
/* exact-width unsigned integer types */
typedef unsigned char uint8_t;
typedef unsigned short int uint16_t;
typedef unsigned int uint32_t;
typedef unsigned __int64 uint64_t; 2.startup启动文件
startup/arm 这个文件夹里是启动文件 ，这里面启动文件有很多个，不同型号的STM32控制器用的启动文件不一样，这个以前我们在前面章节《第10章.创建MDK工程-寄存器版》的“10.2.4 添加分组及文件”小节中已经介绍过，这里我们不再赘述。STM32F103C8T6对应的是md结尾的启动文件。
3.Stm32f10x.h
Stm32f10x.h头文件实现了片上外设的所有寄存器的映射，在内核中与之想对应的头文件是 core_cm3.h，非常重要的一个文件。
4.system_stm32f10x.c&system_stm32f10x.h
system_stm32f10x.c文件的功能是STM32的时钟配置，操作的是片上的RCC这个外设。系统在上电之后，首选会执行由汇编编写的启动文件，启动文件中的复位函数中调用的SystemInit函数就在这个文件里面定义。调用完之后，系统的时钟就被初始化成72M。
STM32F10x_StdPeriph_Driver 文件夹
STM32F10x_StdPeriph_Driver文件夹主要是外设的驱动函数，文件夹里有 inc（include 的缩写）和 src（source 的简写）两个文件夹。src 里面是每个外设的驱动源程序，inc 则是相对应的外设头文件。src 及 inc 文件夹是 ST 标准库的主要内容，每个外设对应一个.c 和.h 后缀的文件。如上一章中我们自建的 stm32f10x_gpio.c 及stm32f10x_gpio.h 文件。 这类外设文件命名都是按一定规律的：stm32f10x_XXX.c 和stm32f10x_XXX.h 文件，XXX 表示外设名称。如图12.2-3 外设驱动函数及头文件。
这两个文件夹中，misc.c 文件较为特殊，显得格格不入，这个文件提供了外设对内核中的
NVIC(中断向量控制器)的访问函数，在配置中断时，我们需要把这个文件添加到新建工程中。
图12.2-3 外设驱动函数及头文件
stm32f10x_it.c & stm32f10x_conf.h & system_stm32f10x.c 文件
在STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Project\STM32F10x_StdPeriph_Template这个文件目录下，有官方的一个库工程模板，我们后面在新建工程时 ， 需 要 添 加 这 个 目 录 下 的4个文件： stm32f10x_it.c 、 stm32f10x_it.h 、 stm32f10x_conf.h 和system_stm32f10x.c。
stm32f10x_it.c：这个文件是专门用来编写中断服务函数的，这个文件已经定义了一些系统异常(特殊中断)的接口，其它普通中断服务函数由我们自己添加编写。
system_stm32f10x.c前面已经讲过，此处略过。
stm32f10x_conf.h主要是用来将所有外设的头文件集中起来。这个文件被包含进 stm32f10x.h 文件。当我们使用固件库编程的时候，如果需要某个外设的驱动库，就需要包含该外设的头文件stm32f10x_XXX.h，如果用了很多外设，就需要包含很多头文件，这确实很麻烦。我们用一个头文件stm32f10x_conf.h 把这些外设的头文件都包含在里面，我们会只用包含这一个头文件，就可以把所有外设的头文件包含进来。Stm32f10x_conf.h 见代码如下。默认情况下是所有头文件都被包含进来。我们当然也可以把不需要的注释掉。
#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" 12.3 库文件之间的关系
各个文件在库工程中的层次关系，对应到 CMSIS 标准架构上见图 12.3-1。这里引用自野火的开发指导手册。
图 12.3-1 STM32库文件关系图【引自：野火开发手册】
参考资料：
【1】哔站江协科技STM32入门教程
【2】《STM32单片机原理与项目实战》刘龙、高照玲、田华著
【3】《ARM Cortex-M3嵌入式原理及应用》黄可亚著
【4】《STM32嵌入式微控制器快速上手》陈志旺著
【5】《STM32单片机应用与全案例实践》沈红卫等著
【6】《野火STM32开发指南》
【7】《正点原子STM32开发指南》
