清晰了，STM32 HAL的超全知识总结
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2022-01-09 21:36
来源：付斌综合自网络
ST 为开发者提供了非常方便的开发库：有标准外设库（SPL库）、HAL 库（Hardware Abstraction Layer，硬件抽象层库）、LL 库（Low-Layer，底层库）三种。前者是ST的老库已经停更了，后两者是ST现在主推的开发库。
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin){GPIOx->BRR= GPIO_Pin;}
voidHAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin,GPIO_PinStatePinState){assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));if(PinState!= GPIO_PIN_RESET){GPIOx->BSRR= GPIO_Pin;}else{GPIOx->BSRR= (uint32_t)GPIO_Pin << 16;}}
工程创建
GPIO使用
生成报告，软件会提示新建工程，输入工程名，选择工程保存路径。IDE选择MDK-ARM V5。
生成代码。点击Open Project打开工程。到这里我们就配置好工程外设初始化。
，软件可自行网上搜索，下载配置如下。
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//收发模式USART_Init(USART3, &USART_InitStructure); //初始化串口1
可以看到，要初始化一个串口，需要：
· 1、对六个位置进行赋值，
· 2、然后引用Init函数，
USART_InitStructure并不是一个全局结构体变量，而是只在函数内部的局部变量，初始化完成之后，USART_InitStructure就失去了作用。
UART_HandleTypeDef UART1_Handler;右键查看结构体成员
typedef struct{USART_TypeDef *Instance; /*!< UART registers base address */UART_InitTypeDef Init; /*!< UART communication parameters */uint8_t *pTxBuffPtr; /*!< Pointer to UART Tx transfer Buffer */uint16_t TxXferSize; /*!< UART Tx Transfer size */uint16_t TxXferCount; /*!< UART Tx Transfer Counter */uint8_t *pRxBuffPtr; /*!< Pointer to UART Rx transfer Buffer */uint16_t RxXferSize; /*!< UART Rx Transfer size */uint16_t RxXferCount; /*!< UART Rx Transfer Counter */DMA_HandleTypeDef *hdmatx; /*!< UART Tx DMA Handle parameters */DMA_HandleTypeDef *hdmarx; /*!< UART Rx DMA Handle parameters */HAL_LockTypeDef Lock; /*!< Locking object */__IO HAL_UART_StateTypeDef State; /*!< UART communication state */__IO uint32_t ErrorCode; /*!< UART Error code */}UART_HandleTypeDef;
我们发现，与标准库不同的是，该成员不仅:
HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, (u8 *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE);void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
MSP: MCU Specific Package 单片机的具体方案
MSP是指和MCU相关的初始化，引用一下正点原子的解释，个人觉得说的很明白：我们要初始化一个串口，首先要设置和 MCU 无关的东西，例如波特率，奇偶校验，停止位等，这些参数设置和 MCU 没有任何关系，可以使用 STM32F1，也可以是 STM32F2/F3/F4/F7上的串口。而一个串口设备它需要一个 MCU 来承载，例如用 STM32F4 来做承载，PA9 做为发送，PA10 做为接收，MSP 就是要初始化 STM32F4 的 PA9,PA10，配置这两个引脚。所以 HAL驱动方式的初始化流程就是：
同样，MSP函数又可以配合句柄，达到非常强的移植性：
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);入口参数仅仅需要一个串口句柄，这样就能看出句柄的方便。
类似于MSP函数，个人认为Callback函数主要帮助用户应用层的代码编写。
还是以USART为例，在标准库中，串口中断了以后，我们要先在中断中判断是否是接收中断，然后读出数据，顺便清除中断标志位，然后再是对数据的处理，这样如果我们在一个中断函数中写这么多代码，就会显得很混乱：
void USART3_IRQHandler(void) //串口1中断服务程序{u8 Res;if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾){Res =USART_ReceiveData(USART3);//读取接收到的数据/*数据处理区*/}}}
而在HAL库中，进入串口中断后，直接由HAL库中断函数进行托管：
void USART1_IRQHandler(void){HAL_UART_IRQHandler(&UART1_Handler);//调用HAL库中断处理公用函数/***************省略无关代码****************/}
HAL_UART_IRQHandler这个函数完成了判断是哪个中断（接收？发送？或者其他？），然后读出数据，保存至缓存区，顺便清除中断标志位等等操作。比如我提前设置了，串口每接收五个字节，我就要对这五个字节进行处理。在一开始我定义了一个串口接收缓存区：
/*HAL库使用的串口接收缓冲,处理逻辑由HAL库控制，接收完这个数组就会调用HAL_UART_RxCpltCallback进行处理这个数组*//*RXBUFFERSIZE=5*/u8 aRxBuffer[RXBUFFERSIZE];
在初始化中，我在句柄里设置好了缓存区的地址，缓存大小（五个字节）
/*该代码在HAL_UART_Receive_IT函数中，初始化时会引用*/huart->pRxBuffPtr = pData;//aRxBufferhuart->RxXferSize = Size;//RXBUFFERSIZEhuart->RxXferCount = Size;//RXBUFFERSIZE
则在接收数据中，每接收完五个字节，HAL_UART_IRQHandler才会执行一次Callback函数：
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);在这个Callback回调函数中，我们只需要对这接收到的五个字节（保存在aRxBuffer[]中）进行处理就好了，完全不用再去手动清除标志位等操作。所以说Callback函数是一个应用层代码的函数，我们在一开始只设置句柄里面的各个参数，然后就等着HAL库把自己安排好的代码送到手中就可以了~
综上，就是HAL库的三个与标准库不同的地方之个人见解。个人觉得从这三个小点就可以看出HAL库的可移植性之强大，并且用户可以完全不去理会底层各个寄存器的操作，代码也更有逻辑性。但与此带来的是复杂的代码量，极慢的编译速度，略微低下的效率。看怎么取舍了。
说到STM32的HAL库，就不得不提STM32CubeMX，其作为一个可视化的配置工具，对于开发者来说，确实大大节省了开发时间。STM32CubeMX就是以HAL库为基础的，且目前仅支持HAL库及LL库！首先看一下，官方给出的HAL库的包含结构：
· 4.1 stm32f4xx.h主要包含STM32同系列芯片的不同具体型号的定义，是否使用HAL库等的定义，接着，其会根据定义的芯片信号包含具体的芯片型号的头文件：
#if defined(STM32F405xx)#include "stm32f405xx.h"#elif defined(STM32F415xx)#include "stm32f415xx.h"#elif defined(STM32F407xx)#include "stm32f407xx.h"#elif defined(STM32F417xx)#include "stm32f417xx.h"#else#error "Please select first the target STM32F4xx device used in your application (in stm32f2xx.h file)"#endif
紧接着，其会包含stm32f4xx_hal.h。
· 4.2 stm32f4xx_hal.h：stm32f4xx_hal.c/h 主要实现HAL库的初始化、系统滴答相关函数、及CPU的调试模式配置
· 4.3 stm32f4xx_hal_conf.h：该文件是一个用户级别的配置文件，用来实现对HAL库的裁剪，其位于用户文件目录，不要放在库目录中。
接下来对于HAL库的源码文件进行一下说明，HAL库文件名均以stm32f4xx_hal开头，后面加上_外设或者模块名（如：stm32f4xx_hal_adc.c）：
· 4.4 库文件
stm32f4xx_hal_ppp.c/.h // 主要的外设或者模块的驱动源文件，包含了该外设的通用API
stm32f4xx_hal_ppp_ex.c/.h // 外围设备或模块驱动程序的扩展文件。这组文件中包含特定型号或者系列的芯片的特殊API。以及如果该特定的芯片内部有不同的实现方式，则该文件中的特殊API将覆盖_ppp中的通用API
stm32f4xx_hal.c/.h // 此文件用于HAL初始化，并且包含DBGMCU、重映射和基于systick的时间延迟等相关的API
· 4.5 其他库文件
用户级别文件：
stm32f4xx_hal_msp_template.c // 只有.c没有.h。它包含用户应用程序中使用的外设的MSP初始化和反初始化（主程序和回调函数）。使用者复制到自己目录下使用模板。
stm32f4xx_hal_conf_template.h // 用户级别的库配置文件模板。使用者复制到自己目录下使用
system_stm32f4xx.c // 此文件主要包含SystemInit()函数，该函数在刚复位及跳到main之前的启动过程中被调用。 它不在启动时配置系统时钟（与标准库相反）。 时钟的配置在用户文件中使用HAL API来完成。
startup_stm32f4xx.s // 芯片启动文件，主要包含堆栈定义，终端向量表等stm32f4xx_it.c/.h // 中断处理函数的相关实现
· 4.6 main.c/.h //
根据HAL库的命名规则，其API可以分为以下三大类：
· 初始化/反初始化函数：HAL_PPP_Init(), HAL_PPP_DeInit()
· IO 操作函数：HAL_PPP_Read(), HAL_PPP_Write(),HAL_PPP_Transmit(), HAL_PPP_Receive()
· 控制函数：HAL_PPP_Set (), HAL_PPP_Get ().
· 状态和错误: ** HAL_PPP_GetState (), HAL_PPP_GetError ().
注意：目前LL库是和HAL库捆绑发布的，所以在HAL库源码中，还有一些名为 stm32f2xx_ll_ppp的源码文件，这些文件就是新增的LL库文件。
使用CubeMX生产项目时，可以选择LL库
HAL库最大的特点就是对底层进行了抽象。在此结构下，用户代码的处理主要分为三部分：
· 处理外设句柄（实现用户功能）
· 处理MSP
· 处理各种回调函数
相关知识如下：
· (1) 外设句柄定义 用户代码的第一大部分：对于外设句柄的处理。HAL库在结构上，对每个外设抽象成了一个称为ppp_HandleTypeDef的结构体，其中ppp就是每个外设的名字。*所有的函数都是工作在ppp_HandleTypeDef指针之下。
1. 多实例支持：每个外设/模块实例都有自己的句柄。因此，实例资源是独立的
2. 外围进程相互通信：该句柄用于管理进程例程之间的共享数据资源。下面，以ADC为例
/*** @brief ADC handle Structure definition*/typedef struct{ADC_TypeDef *Instance; /*!< Register base address */ADC_InitTypeDef Init; /*!< ADC required parameters */__IO uint32_t NbrOfCurrentConversionRank; /*!< ADC number of current conversion rank */DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle; /*!< Pointer DMA Handler */HAL_LockTypeDef Lock; /*!< ADC locking object */__IO uint32_t State; /*!< ADC communication state */__IO uint32_t ErrorCode; /*!< ADC Error code */}ADC_HandleTypeDef;
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc);HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t* pData, uint32_t Length);HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc);
其中，带_IT的表示工作在中断模式下；带_DMA的工作在DMA模式下（注意：DMA模式下也是开中断的）；什么都没带的就是轮询模式（没有开启中断的）。至于使用者使用何种方式，就看自己的选择了。 此外，新的HAL库架构下统一采用宏的形式对各种中断等进行配置（原来标准外设库一般都是各种函数）。针对每种外设主要由以下宏：
__weak HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority){/*Configure the SysTick to have interrupt in 1ms time basis*/HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock/1000U);/*Configure the SysTick IRQ priority */HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, TickPriority ,0U);/* Return function status */return HAL_OK;}
__weak void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi){/* Prevent unused argument(s) compilation warning */UNUSED(hspi);/* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,the HAL_SPI_TxCpltCallback should be implemented in the user file*/}
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ END ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
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