STM 32F10X系列微控制器標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的應(yīng)用

楊鳳彪，劉 云

（1．軍械工程學(xué)院 電氣工程系，河北 石家莊 050003；

2．河北普興電子科技有限責(zé)任公司 綜合管理部，河北 石家莊 050200）

Stm32f10x系列微控制器具有Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)，它集成了CM3core的中心處理器內(nèi)核和先進(jìn)的系統(tǒng)外設(shè)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)置的中斷控制、存儲器保護(hù)，以及系統(tǒng)的調(diào)試和跟蹤功能[1]。在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，控制軟件首先需要對微控制器的啟動、系統(tǒng)時(shí)鐘、存儲器映射、中斷向量、異常處理等進(jìn)行設(shè)置，增加了控制軟件的前期開發(fā)時(shí)間，更加造成了初學(xué)者的難度。為了縮短開發(fā)時(shí)間、提高軟件的可移植性，同時(shí)降低開發(fā)成本，ST公司提供了標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動庫，該庫集成了CMSIS文件及微控制器所有外設(shè)驅(qū)動函數(shù)，由于屏蔽了不同型號微控制器之間的差異，用戶文件僅需調(diào)用相應(yīng)的庫函數(shù)便可完成系統(tǒng)配置，簡化了開發(fā)流程，降低了開發(fā)難度。中stdint．h包括對8位、16位、32位等類型指示符的定義，主要用來屏蔽不同編譯器之前的差異。core_cm3．h和core_cm3．c中包括Cortex_M3核的全局變量聲明和定義，并定義一些靜態(tài)功能函數(shù)。system_stm32．h和 system_stm32．c是不同芯片廠商定義的系統(tǒng)初始化函數(shù)System Init（），以及一些指示時(shí)鐘的變量。Stm32f10x．h是提供給應(yīng)用程序的頭文件，包含core_cm3．h和 system_stm32．h，定義了與特定芯片廠商相關(guān)的寄存器以及各中斷異常號，并可定制M3核中的特殊設(shè)備，如MCU、中斷優(yōu)先級位數(shù)以及SysTick時(shí)鐘配置。雖然CMSIS提供的文件很多，但在應(yīng)用程序中只需包含h頭文件[3]。

1 CMSIS文件結(jié)構(gòu)

圖1 CMISIS文件結(jié)構(gòu)Fig．1 File structure of CMSIS

CMSIS為Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)，提供了獨(dú)立于Cortex-M處理器的外設(shè)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、中間組件的通用接口方法，解決了軟件組件應(yīng)用于不同Cortex核微控制器時(shí)所帶來的難題，簡化了軟件復(fù)用，降低了Cortex-M上操作系統(tǒng)的移植難度[2]。

CMSIS的文件結(jié)構(gòu)如圖1所示 （以Cortex-M3為例），其

2 標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫簡介

ST官方提供的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫文件包括標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫文件、標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動例程、各種開發(fā)環(huán)境下的模板示例、評估板專用驅(qū)動等幾部分，其中，CMSIS和STM32F10x_StdPeriph_Driver是最重要的部分。STM32F10x_StdPeriph_Driver則包括了微控制器所有外設(shè)對應(yīng)驅(qū)動函數(shù)，這些驅(qū)動函數(shù)均使用C語言編寫，并提供了統(tǒng)一的函數(shù)調(diào)用接口。Project文件夾中則包括了ST官方的所有例程和基于不同編譯器的項(xiàng)目模板，這些例程是學(xué)習(xí)和使用STM32的重要參考。Utilities包含了相關(guān)評估板的示例程序和驅(qū)動函數(shù)，供使用官方評估板的開發(fā)者使用，其中很多驅(qū)動函數(shù)同樣可以作為學(xué)習(xí)的重要參考[4]。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫文件關(guān)系Fig．2 Standard peripherals library file inclusions relationship

標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫文件之間的關(guān)系如圖2所示，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動包括源文件stm32f10x_ppp．c和頭文件stm32f10x_ppp．h 兩個(gè)文件（PPP 表示外設(shè)，如 GPIO、EXTI、I2C 等），源文件中包含了相應(yīng)外設(shè)的所有驅(qū)動函數(shù)，在misc．c文件中定義了CMSIS功能的一些附加函數(shù)，如對NVIC的配置等。STM32f10x．h為CMSISCortex-M3設(shè)備外設(shè)訪問層頭文件，包含了STM32F10x全系列所有外設(shè)寄存器的定義（寄存器的基地址和布局）、位定義、中斷向量表、存儲空間的地址映射，以及是否使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫設(shè)置等。System_stm32f10x．c為CMSISCortex-M3設(shè)備外設(shè)訪問層系統(tǒng)文件，完成系統(tǒng)初始化及時(shí)鐘配置。Stm32f10x_conf．h為標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動配置文件，通過更改包含的外設(shè)頭文件來選擇所使用的外設(shè)，在新建程序和進(jìn)行功能變更之前應(yīng)當(dāng)首先修改對應(yīng)的配置。Stm32f10x_it．c為外設(shè)中斷函數(shù)文件，通過在相應(yīng)位置加入中斷程序代碼執(zhí)行相應(yīng)中斷操作，在實(shí)際應(yīng)用中，中斷函數(shù)也可以設(shè)置在項(xiàng)目主程序文件中，但中斷函數(shù)名必須正確。

3 基于標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的實(shí)現(xiàn)步驟

在IAR FOR ARM6．30編程環(huán)境下， 采用 V3．50的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫，開發(fā)步驟如下[3-6]：

1）首先創(chuàng)建一能夠象征項(xiàng)目含義的文件夾（如touch），并在該文件夾下創(chuàng)建名為EVARM和Library的文件夾；

2）STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．5．0 中 STM32F10x_StdPeriph_Driver和CMSIS文件夾拷貝到touch目錄下；

3）將 STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．5．0ProjectSTM32F10x_StdPeriph_Template 下 的 main．c、stm32f10x_conf．h、stm32f10x_it．c、stm32f10x_it．h 拷貝到 touch 目錄下；

4） 將 STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．5．0ProjectSTM32F10x_StdPeriph_TemplateEWARM 下的 stm32f10x_flash．icf、stm32f10x_flash_extsram．icf、stm32f10x_nor．icf、stm32f10x_ram．icf 拷 貝 至 /touch/EVARM；

5）打開IAR Embedded Workbench IDE，創(chuàng)建一個(gè)新的workspace，而后按照模板創(chuàng)建一個(gè)新空白項(xiàng)目；

6）為項(xiàng)目添加工作組 CMSIS、StdPeriph_Driver、EVARM、User、Doc，如圖 3 所示；

圖3 添加工作組界面Fig．3 Interface of add workgroup

7）向各工作組添加文件，將 core_cm3．c、system_stm32f10x．c添加到 CMSIS； 將 startup_stm32f10x_hd．s添加到 EVARM；將 misc．c、stm32f10x_rcc．c 及所需其它外設(shè)驅(qū)動源文件添加到 StdPeriph_Driver；將 main．c、stm32f10x_it．c 添加到 User；

8）在 Project→options→C/C++Compiler→Preprocessor中設(shè)置、添加編譯搜索路徑，最好包括所有項(xiàng)目中所調(diào)用文件的路徑，否則需要在源文件中給出被調(diào)文件的完整路徑；

9）在 Project→options→General Options→Target標(biāo)簽頁選擇相應(yīng)器件；

10）勾選 Project→Options→General Options→Library Configuration→Use CMSIS選項(xiàng)；

11）在stm32f10x．h文件中配置控制器啟動文件，根據(jù)所選用產(chǎn)品系列，去掉相應(yīng)注釋即可，如令#defineSTM32F10X_HD有意義；同時(shí)，去掉/*#define USE_STDPERIPH_DRIVER*/的注釋，表示使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫；

12）選擇使用 HSI或 HSE，system_stm32f10x．c 中相關(guān)程序代碼段如下：

#if defined （STM32F10X_LD_VL） ||（defined STM32F10X_MD_VL） ||（defined STM32F10X_HD_VL）

/*#define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE*/

#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000

#else

/*#define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE*/

/*#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000*/

/*#define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000*/

/*#define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000*/

#define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000

/*#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000*/

#endif

在不進(jìn)行任何改動情況下，系統(tǒng)默認(rèn)使用HIS作為系統(tǒng)時(shí)鐘，如使用HSE作為系統(tǒng)時(shí)鐘，則需將/*#define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE*/的注釋去掉，屏蔽HSI頻率定義項(xiàng)，同時(shí)根據(jù)所用外部晶振頻率在stm32f10x．h中重新定義HSE_VALUE的數(shù)值。

13）對 main．c文件內(nèi)容進(jìn)行修改，但須保留 #include“stm32f10x．h”，編譯、連接項(xiàng)目文件后生成可執(zhí)行代碼；

14）在仿真器編譯環(huán)境下，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

4 應(yīng)用實(shí)例

采用STM32F103VET6微控制器實(shí)現(xiàn)LCD顯示器的各種操作，LCD顯示器采用北京寧和公司的480×234TFT256色顯示器，配套控制器為NHC_36。微控制器PD口高8位作為數(shù) 據(jù) 口 ，PB15、PB14、PC6、PC7、PC8 分 別 作 為 A0、WR、A1、CS、RD的控制信號，當(dāng)PB0引腳電平在下降沿時(shí)觸發(fā)外部中斷線0中斷，在顯示器上繪制一條直線。建立項(xiàng)目步驟如3所述，將中斷函數(shù)設(shè)置在主程序文件中，使用HSE為系統(tǒng)時(shí)鐘，本文且未對LCD操作函數(shù)進(jìn)行說明，僅給出利用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫進(jìn)行端口及中斷設(shè)置的代碼[5]。

微控制器I/O口配置程序代碼如下：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure；

GPIO_InitStructure．GPIO_Pin=GPIO_Pin_All；

GPIO_InitStructure．GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz；

GPIO_InitStructure．GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD；

GPIO_Init（GPIOD，＆GPIO_InitStructure）；

GPIO_InitStructure．GPIO_Pin=GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15；

GPIO_Init（GPIOB，＆GPIO_InitStructure）；

GPIO_InitStructure．GPIO_Pin=GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8；

GPIO_Init（GPIOC，＆GPIO_InitStructure）；

為了將PB0配置為中斷輸入且中斷有效，須開啟PB口I/O時(shí)鐘及AFIO時(shí)鐘，中斷配置代碼如下：

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOB， EN ABLE）；

GPIO_InitStructure．GPIO_Pin=GPIO_Pin_0；

GPIO_InitStructure．GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU；

GPIO_InitStructure．GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz；

GPIO_Init（GPIOB， ＆GPIO_InitStructure）；

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_AFIO， EN ABLE）；

GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSourceGPIOB，GPIO_Pin Source0）；

NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_2）；

NVIC_Struture．NVIC_IRQChannel=EXTI0_IRQn；

NVIC_Struture．NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0；

NVIC_Struture．NVIC_IRQChannelSubPriority=1；

NVIC_Struture．NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE；

NVIC_Init（＆NVIC_Struture）；

EXTI_InitStruture．EXTI_Line=EXTI_Line0；

EXTI_InitStruture．EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt；

EXTI_InitStruture．EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling；

EXTI_InitStruture．EXTI_LineCmd=ENABLE；

EXTI_Init（＆EXTI_InitStruture）；

外部中斷線0中斷函數(shù)代碼如下：

void EXTI0_IRQHandler（void）

{

if（EXTI_GetITStatus（EXTI_Line0）!=RESET）

{

Line_Lcd（50，200，300，50，80）； //畫直線函數(shù)

EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line0）；

}

}

在主程序中設(shè)置循環(huán)狀態(tài)以等待中斷，當(dāng)PB0口由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，觸發(fā)中斷，調(diào)用外部中斷線0中斷函數(shù)。具體應(yīng)用中，如果有多個(gè)中斷源可以觸發(fā)該外部中斷，還須判斷中斷標(biāo)志位以確定執(zhí)行何種操作。

5 結(jié)束語

文中介紹了ST公司V3．50標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的文件架構(gòu)和相互聯(lián)系，基于IAR FOR ARM6．30開發(fā)環(huán)境給出了參考編程步驟，并根據(jù)實(shí)例設(shè)計(jì)了具體的程序代碼。采用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)，無需太多了解微處理器底層硬件結(jié)構(gòu)，只要具有C/C++軟件基礎(chǔ)，根據(jù)本文介紹的參考步驟，便可開發(fā)出高效直觀的程序代碼。

[1]劉波文．ARM Cortex-M3應(yīng)用開發(fā)實(shí)例詳解 [M]．北京：電子工業(yè)出版社，2011．

[2]ST．stm32f10x_stdperiph_lib_um．chm[EB/OL]．[2011-04]．http：//www．st．com/STM32

[3]langen．基于CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的Cortex-M3應(yīng)用軟件開發(fā)[EB/OL]．[2009-12]．http：//www．dzsc．com/data/htm l

[4]emouse．STM32固件庫詳解[EB/OL]．[2011-11]．http：//www．cnblogs．com/emouse

[5]jhliuzj．IAR FOR ARM 6．20 工程創(chuàng)建建議 （固件庫為3．5）[EB/OL]．[2011-10]．http：//hi．baidu．com/jhliuzj．

[6]徐愛鈞．IAR EWAR V5嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用編程開發(fā) [M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009．