STM32HAL 快速入门（三）：从 HAL 函数到寄存器操作 —— 理解 HAL 库的本质

前言

大家好，这里是 Hello_Embed。上一篇我们用 HAL 库函数实现了 LED 闪烁，而函数的底层其实是对寄存器的操作。本篇将带你跳出 HAL 库的 "封装"，亲手通过寄存器控制 LED，理解 HAL 库的本质 ------ 它其实是寄存器操作的 "简化版"。同时，我们会对比不同寄存器的操作方式，体会 HAL 库带来的便利。

一、HAL 函数的底层：本质是操作寄存器

HAL 库的函数（如HAL_GPIO_WritePin）看似复杂，但其核心功能是通过代码操作单片机的寄存器。我们可以通过 "跳转定义"（选中函数按 F12）查看源码，但不必深究细节 ------ 现在，我们试着自己实现类似功能，直接操作寄存器控制 LED。

二、直接操作 ODR 寄存器：控制引脚电平

要通过寄存器控制 GPIO，需先明确目标寄存器的地址，再通过指针操作该地址的内存（即寄存器）。

步骤 1：确定 GPIOC 的 ODR 寄存器地址

寄存器的地址由 "基地址" 和 "偏移地址" 组成：

基地址 ：GPIOC 模块的起始地址，查手册可知为0x40011000；
偏移地址 ：ODR 寄存器（输出数据寄存器）相对于基地址的偏移量，查手册得0x0C
完整地址 ：基地址 + 偏移地址 = 0x40011000 + 0x0C = 0x4001100C。

步骤 2：用指针操作 ODR 寄存器实现 LED 闪烁

ODR 寄存器的第 13 位对应 PC13 引脚（1 为高电平，0 为低电平）。通过逻辑运算修改该位（不影响其他位），代码如下：

c 复制代码

{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  unsigned int *p;  // 定义指针，指向ODR寄存器
  p = (unsigned int *)0x4001100C;  // 赋值ODR地址（强制类型转换为指针）
  /* USER CODE END 1 */

  while (1)
  {
    /* 熄灭LED：将ODR第13位置1（高电平） */
    unsigned val = *p;  // 读取当前ODR值
    val = val | (1 << 13);  // 第13位置1（其他位不变）
    *p = val;  // 写回ODR寄存器
    HAL_Delay(500);  // 延时500ms

    /* 点亮LED：将ODR第13位清0（低电平） */
    val = *p;  // 读取当前ODR值
    val = val & ~(1 << 13);  // 第13位清0（其他位不变）
    *p = val;  // 写回ODR寄存器
    HAL_Delay(500);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
}

代码解析：

用unsigned int *p定义指针，指向0x4001100C（ODR 寄存器）；
通过| (1 << 13)和& ~(1 << 13)操作，只修改第 13 位，保护其他引脚的电平状态（这是操作 ODR 的关键，需要用到前面笔记中讲的逻辑运算知识）；
最终实现的效果与HAL_GPIO_WritePin完全一致，LED 间隔 500ms 闪烁。

三、更简洁的方式：操作 BSRR 寄存器

ODR 寄存器需要通过逻辑运算保护其他位，操作较繁琐。而 BSRR 寄存器（位设置 / 清除寄存器）可以直接操作目标位，无需考虑其他位，更方便。

BSRR 寄存器的特性

查手册可知：

BSRR 寄存器共 32 位，低 16 位（0~15）用于 "置位"（写 1 时对应引脚输出高电平，写 0 无影响）；
高 16 位（16~31）用于 "清零"（写 1 时对应引脚输出低电平，写 0 无影响）。

步骤 1：确定 GPIOC 的 BSRR 寄存器地址

基地址仍为0x40011000；
BSRR 的偏移地址为0x10；
完整地址：0x40011000 + 0x10 = 0x40011010。

步骤 2：用 BSRR 寄存器实现 LED 闪烁

直接向 BSRR 的对应位写 1 即可，无需逻辑运算，代码更简洁：

c 复制代码

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  unsigned int *p;  // 定义指针，指向BSRR寄存器
  p = (unsigned int *)0x40011010;  // 赋值BSRR地址
  /* USER CODE END 1 */

  while (1)
  {
    /* 熄灭LED：低13位写1（置位PC13） */
    *p = (1 << 13);  // 等价于设置PC13为高电平
    HAL_Delay(500);

    /* 点亮LED：高13位（即第29位）写1（清零PC13） */
    *p = (1 << 29);  // 等价于设置PC13为低电平（13 + 16 = 29）
    HAL_Delay(500);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
}

代码解析：

无需读取寄存器当前值，直接写(1 << 13)即可置位 PC13（高电平），写(1 << 29)即可清零 PC13（低电平）；
其他位写 0 无影响，省去了 ODR 操作中的逻辑运算，更高效。

四、HAL 库的本质：封装寄存器操作

亲手操作寄存器后会发现：直接编写底层代码需要记忆地址、计算位运算，非常繁琐。而 HAL 库的核心作用，就是将这些复杂的寄存器操作封装成简单的函数（如HAL_GPIO_WritePin），通过填写参数（端口、引脚、电平）即可完成操作，大大降低了开发难度。

补充说明

韦东山老师视频合集的 5-5~5-8 节补充了相关 C 语言基础知识，这些内容在我前面的笔记中都有记录，大家可以结合笔记辅助学习，加深对指针、位运算等概念的理解。

结尾

本文通过直接操作 ODR 和 BSRR 寄存器，实现了与 HAL 库函数相同的功能，让我们看清了 HAL 库的本质 ------ 它是寄存器操作的 "封装层"。理解这一点后，使用 HAL 库时会更清楚其底层逻辑。

下一篇笔记，我们将彻底分析 GPIO 的工作模式（如推挽输出、开漏输出等），看看不同模式下寄存器的配置有何差异。Hello_Embed 继续带你深入 STM32 的硬件细节，敬请期待～