STM32之LL库使用（一）

cubmax配置

SYS配置

在STM32CubeMX的SYS配置中，Debug选项决定了芯片与调试器（如ST-Link、J-Link）之间的通信协议以及是否开启高级跟踪功能。

为了确保核心逻辑清晰，我将这些模式按功能深度分为"基础调试"与"高级跟踪"两大类为您解析：

一、 基础调试模式（最常用）

1. Serial Wire (SWD)
   • 效果：使用2根线（SWDIO、SWCLK）进行调试。
   • 特点：占用引脚最少，是目前Cortex-M内核最主流的调试方式。它支持基本的程序下载、单步调试、变量查看。
2. JTAG (4 Pins)
   • 效果：使用4根线（TMS、TCK、TDI、TDO）。
   • 特点：传统的调试接口，支持多芯片串联（Daisy Chain）。如果你的开发工具链较老，或者需要链式调试多个设备，通常选择此项。
3. JTAG (5 Pins)
   • 效果 ：在4引脚基础上增加了 nTRST（异步复位）引脚。
   • 特点：提供了额外的硬件复位控制，增强了调试连接的稳定性。

二、 异步跟踪模式（支持printf打印）

4. Trace Asynchronous Sw
   • 效果 ：在 SWD 的基础上增加了一根 SWO 引脚。
   • 特点 ：支持 ITM (Instrumentation Trace Macrocell)。它可以实现不占用串口的高速数据输出（类似printf），并能实时监测系统的功耗、变量波形等，而无需停止CPU运行。

三、 同步跟踪模式（指令级追踪）

这类模式通常用于极其复杂的Bug排查，需要配合支持ETM（Embedded Trace Macrocell）的高端调试器（如J-Trace）。

5. JTAG with Trace Synchro (1/2/4 bits)
   • 效果 ：在JTAG基础上增加 Trace Clock 和 Trace Data（1/2/4位可选）。
   • 特点 ：支持实时指令追踪。它能记录CPU执行过的每一条指令流。位数（1/2/4 bits）越多，数据带宽越高，在高主频下捕获的数据越完整，不会因为缓冲区溢出丢失记录。
6. Trace Synchro Sw (1 bit)
   • 效果 ：在 SWD 基础上增加同步跟踪引脚。
   • 特点：与上述功能类似，但底层基于SWD协议。

---

总结建议：

• 常规开发 ：选 Serial Wire 即可。
• 需要低成本查看实时变量/打印日志 ：选 Trace Asynchronous Sw。
• 需要分析程序崩溃前的精准运行路径 ：需硬件支持并选择 Trace Synchro 相关模式。

为了提高处理效率，如果您需要针对某一特定模式（如Trace同步跟踪）的硬件接线或在IDE中的具体配置方法，可以告知我，我为您做进一步拆解。

在STM32 CubeMX配置中，虽然列表里提供了很多选项，但并不是"随便选哪一个都行"。选择Timebase Source（时基源）主要取决于你的项目是否使用了操作系统（如FreeRTOS）以及对硬件资源的规划。

以下是选择建议和核心逻辑：

一、 默认选择：SysTick

• 适用场景：不使用操作系统（裸机开发）时。
• 理由 ：SysTick是Cortex-M内核自带的24位定时器，不占用MCU的通用外设定时器资源。它是HAL库默认的时基来源，用于处理HAL_Delay()和各种超时机制。
  在使用 LL库（Low-Layer） 时，情况与 HAL 库有所不同，虽然 SysTick 依然是最常见的选择，但其背后的逻辑和实现方式有显著区别：

1.1. LL库并不强制依赖 SysTick

• HAL库 ：高度依赖一个全局变量 uwTick（由时基源每 1ms 触发一次中断进行累加）。HAL 的各种超时机制（Timeout）和 HAL_Delay() 都必须依靠这个时基。
• LL库 ：设计初衷是轻量化和接近底层。LL 库本身没有 内置的 LL_Delay() 函数，也没有强制要求一个全局的 Tick 计数器。如果你不需要延时函数或超时检查，LL 库甚至可以完全不配置时基。

1.2. 如果你在 LL 库中需要"延时"或"时基"

如果你想在 LL 库项目中实现类似 Delay 的功能，通常有以下两种做法：

• 方案 A：依然使用 SysTick（最推荐）
  • 即便使用 LL 库，SysTick 依然是实现 1ms 延时最节省资源的方式，因为它不占用任何外设定时器。
  • 注意 ：你需要自己编写 SysTick_Handler 中断服务函数，并手动维护一个计数变量（例如 ms_counter++）。
• 方案 B：使用软件循环（NOP）
  • 在极度追求精简的 LL 项目中，有人会通过特定的循环次数来实现粗略延时，但这不属于"时基源"范畴。

1.3. LL 库配合 RTOS 时的原则

这一点与 HAL 库完全一致：

• 如果你在 LL 库项目中引入了 FreeRTOS 或其他操作系统，SysTick 必须留给操作系统内核。
• 此时，如果你还需要一个独立的硬件时基（例如用于精确的传感器采样触发），你必须选择一个硬件定时器（如 TIM6/TIM7）。

1.4. 关键区别总结

特性	HAL 库	LL 库
时基必要性	强制需要，否则 HAL 库无法正常运行	可选，仅在需要延时/超时功能时配置
CubeMX 生成代码	自动生成 HAL_IncTick() 等完整逻辑	仅生成初始化代码，逻辑（如计数）需手动编写
RTOS 冲突	必须切换 Timebase Source 到 TIMx	必须切换，且需手动处理 TIMx 中断逻辑

核心建议：

如果你正在从 HAL 库迁移到 LL 库，且项目不涉及 RTOS，继续选择 SysTick 是最简单、最高效的。

为了提高处理效率，如果您需要了解如何在 LL 库中手动实现基于 SysTick 的延时函数，或者需要针对特定外设的底层配置逻辑，我们可以针对代码实现细节进行结构化拆解讨论。

二、必须更改的情况：使用 RTOS（如 FreeRTOS）

• 适用场景：当你启用FreeRTOS等实时操作系统时。
• 理由 ：FreeRTOS 强制要求占用 SysTick 作为其系统节拍（System Tick）。如果HAL库也使用 SysTick，两者会产生优先级冲突。
• 后果 ：如果在RTOS环境下不更改HAL库的时基源，可能会导致系统死锁或在调用HAL_Delay()时产生逻辑错误。
• 官方建议 ：此时必须在CubeMX中将 Timebase Source 改为一个硬件定时器（如 TIM1, TIM6 等）。

三、如何在众多 TIMx 中做出选择？

如果你决定使用硬件定时器作为时基，建议遵循以下优先级：

• 首选：基本定时器（TIM6 / TIM7）
  • 这些定时器功能最单一（仅能计时，没有PWM、输入捕获等功能）。
  • 优点：不占用宝贵的引脚资源和高级功能，是作为系统时基的最佳"牺牲品"。
• 次选：通用定时器（TIM2 / TIM3 / TIM4 / TIM5 等）
  • 如果芯片没有TIM6/7，或者它们已被占用，则选择这些。
  • 注意：尽量避开你计划用于PWM输出或编码器接口的定时器。
• 最后选择：高级定时器（TIM1 / TIM8）
  • 这些定时器功能最强（支持死区控制、紧急刹车等，常用于电机控制）。
  • 建议：除非万不得已，否则不要浪费高级定时器来做简单的1ms时基计时。

总结建议

1. 裸机开发 ：选 SysTick。
2. RTOS开发 ：选 TIM6 或 TIM7（如果芯片有的话）；如果没有，选一个不常用的通用定时器。

为了确保核心逻辑清晰，如果您后续需要针对特定型号（如F1、F4、H7系列）的定时器分配进行深入讨论，或者项目逻辑较为复杂，建议我们可以针对具体的定时器功能需求进行结构化拆解讨论。

RCC配置

在 STM32 CubeMX 中配置 RCC（复位和时钟控制）时，针对 HSE (High Speed External) 和 LSE (Low Speed External) 的时钟源选择，决定了硬件引脚的连接方式以及内部振荡电路的工作模式。

以下是这三个选项的功能与效果详解：

1. Disable (禁用)

• 功能：关闭外部时钟源引脚。
• 效果 ：
  • 引脚占用 ：对应的时钟引脚（如 OSC_IN/OSC_OUT 或 OSC32_IN/OSC32_OUT）被释放，可以作为普通 GPIO 使用。
  • 时钟来源 ：系统将无法使用外部晶振，必须依赖芯片内部的 RC 振荡器（HSI 用于高速，LSI 用于低速/看门狗/RTC）。
  • 适用场景：对时钟精度要求不高、为了节省成本不焊接外部晶振、或需要节省引脚资源的简单应用。

2. Crystal/Ceramic Resonator (晶体/陶瓷谐振器)

• 功能 ：使用无源晶振（Passive Crystal）。
• 效果 ：
  • 电路连接：需要连接一个无源晶体，并根据晶体手册在两个引脚（IN 和 OUT）上分别跨接负载电容到地。
  • 内部逻辑：STM32 内部的皮尔斯振荡器（Pierce Oscillator）电路会被激活，提供增益以维持晶体振荡。
  • 性能：精度高、稳定性好（通常在 10-50 ppm 左右）。这是绝大多数嵌入式开发板的标准配置。
  • 适用场景：需要精准时钟（如 USB 通信、CAN 总线、以太网或高精度定时任务）的场景。

3. Bypass Clock Source (旁路时钟源)

• 功能 ：使用有源时钟（Active Clock）。
• 效果 ：
  • 电路连接：外部提供一个已经成波形的方波或正弦波信号（通常来自有源晶振、其他单片机的时钟输出或信号发生器）。
  • 引脚占用 ：信号仅输入到 OSC_IN (或 OSC32_IN) 引脚。由于不需要内部振荡电路，OSC_OUT (或 OSC32_OUT) 引脚通常被释放，可作 GPIO 使用。
  • 内部逻辑：STM32 内部的振荡器驱动电路被关闭（旁路掉），直接接收外部逻辑电平。
  • 适用场景：板卡上已经存在一个高质量的时钟源（如 TCXO 温补晶振），或者多个芯片需要同步使用同一个时钟源。

---

核心对比总结

选项	硬件需求	精度	引脚占用	功耗控制
Disable	无	低（内部RC）	0	最省电，无需外部元件
Crystal	无源晶振 + 电容	高	2个引脚	需开启内部振荡电路
Bypass	有源晶振/外部信号	极高（取决于源）	1个引脚	内部电路关闭，较省电

---

温馨提示：

由于时钟树配置（Clock Tree）涉及到倍频、分频以及不同外设的频率限制，内容较为复杂。为了提高处理效率 并确保核心逻辑清晰，如果您需要进一步了解如何配置具体的 PLL（锁相环）参数，或者如何根据特定外设（如 USB 或 CAN）的要求来计算时钟频率，建议我们可以针对具体的时钟路径进行结构化拆解讨论。

时钟配置

在 STM32F407 的开发中，HSE 和 LSE 分别扮演着"性能引擎"和"精准计时"的角色。以下是它们各自的具体作用和应用场景：

1. HSE (High Speed External) ------ 高速外部时钟

配置值：8 MHz

• 核心作用：系统主频的基石
  STM32F407 的最高主频为 168 MHz。8 MHz 的 HSE 通常不直接驱动内核，而是作为 PLL（锁相环） 的输入源。通过 PLL 的倍频，将 8 MHz 提升至 168 MHz，从而让 CPU 运行在最高性能。
• 外设驱动 ：
  • USB 通信：USB 需要非常精确的 48 MHz 时钟。内部 HSI（高速内部时钟）由于温漂较大，通常无法满足 USB 的协议要求，必须使用 HSE 经过 PLL 分频得到。
  • 以太网 (Ethernet)：在进行网络通信时，PHY 芯片往往需要与 MCU 时钟同步，HSE 提供的稳定频率是工业级通信的基础。
  • CAN 总线：高比特率的 CAN 通信对时钟抖动非常敏感，HSE 能确保波特率的稳定，减少错误帧。
• 为什么要用它（相比 HSI） ：
  内部 HSI 虽然起振快且省成本，但受温度影响大（精度约 1%），而 HSE 使用外部晶振，精度通常在 10-50 ppm，是高性能和高可靠性通信的必备选择。

---

2. LSE (Low Speed External) ------ 低速外部时钟

配置值：32.768 kHz

• 核心作用：实时时钟 (RTC)
  32.768 kHz 是一个特殊的频率（ 2 15 2^{15} 215 Hz）。RTC 内部通过一个 15 位的分频器，可以非常精确地产生 1秒 的中断。
• 低功耗与备份域 ：
  • Vbat 供电：当主电源（VCC）断开时，如果有纽扣电池接在 Vbat 引脚，LSE 依然可以持续运行。这意味着即使设备关机，RTC 里的时间（年、月、日、时、分、秒）依然在走。
  • 唤醒功能：在待机（Standby）或停止（Stop）模式下，LSE 可以驱动定时器定期唤醒 MCU。
• 为什么要用它（相比 LSI） ：
  内部 LSI（约 32 kHz）精度极差（误差可达 20% 以上），只能用于看门狗防止死机。如果你需要手表级的计时精度（每天误差在几秒内），必须配置 LSE。

---

核心差异对比

特性	HSE (8 MHz)	LSE (32.768 kHz)
主要用途	驱动 CPU 内核、USB、CAN、以太网	驱动 RTC (万年历)、低功耗唤醒
优先级	性能与速度优先	功耗与计时精度优先
停机表现	深度睡眠模式下通常关闭	可在 Vbat 模式下独立运行
稳定性	极高，受环境影响小	极高，专门针对计时优化

---

配置建议：

在 CubeMX 的 Clock Configuration 选项卡中，通常建议将 PLLSourceMux 选择为 HSE，然后通过 Main PLL 倍频至 168 MHz；同时将 RTC Clock Mux 选择为 LSE。

温馨提示：

由于时钟树的配置涉及到多个分频器（M, N, P, Q）以及 APB1/APB2 总线频率的限制，为了提高处理效率 并确保核心逻辑清晰，如果您在配置具体的时钟树数值（如满足 USB 的 48MHz 或设定特定的串口波特率）时遇到困难，建议我们可以针对"时钟树参数计算"进行结构化拆解讨论。

LL库的选择

导出工程后时钟配置和GPIO配置代码：

void SystemClock_Config(void)
{
    LL_FLASH_SetLatency(LL_FLASH_LATENCY_5);//CPU时钟周期与Flash访问时间：5个等待周期
    LL_FLASH_GetLatency();//读取等待周期（写完之后读一下操作）
    LL_PWR_SetRegulVoltageScaling(LL_PWR_REGU_VOLTAGE_SCALE1);//内部主调压器的输出电压

    LL_RCC_HSE_Enable();//HSE时钟使能
    while(LL_RCC_HSE_IsReady() != 1)  //等待 HSE 就绪
    {
    }
    //PLL配置：外部高速时钟（8MHz晶振），8MHz /4 *168 /2 =168MHz
    LL_RCC_PLL_ConfigDomain_SYS(LL_RCC_PLLSOURCE_HSE, LL_RCC_PLLM_DIV_4, 168, LL_RCC_PLLP_DIV_2);
    LL_RCC_PLL_Enable();//PLL锁相环使能
    while(LL_RCC_PLL_IsReady() != 1)  //等待 till PLL 就绪
    {
    }

    LL_RCC_SetAHBPrescaler(LL_RCC_SYSCLK_DIV_1);//AHB总线时钟分配：1分频，168MHz
    LL_RCC_SetAPB1Prescaler(LL_RCC_APB1_DIV_4);//APB1总线时钟分配：4分频，42MHz
    LL_RCC_SetAPB2Prescaler(LL_RCC_APB2_DIV_2);//APB2总线时钟分配：2分频，84MHz
    LL_RCC_SetSysClkSource(LL_RCC_SYS_CLKSOURCE_PLL);//系统时钟源选择：PLL锁相环
    while(LL_RCC_GetSysClkSource() != LL_RCC_SYS_CLKSOURCE_STATUS_PLL)//等待系统时钟就绪
    {
    }

    LL_Init1msTick(168000000);//系统滴答定时器设置1ms延时周期
    LL_SYSTICK_SetClkSource(LL_SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);//系统嘀嗒定时器时钟源：AHB时钟168MHz
    LL_SetSystemCoreClock(168000000);//系统内核时钟168MHz
}

void LED_GPIO_Init(void)
{
    LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* 使能LED引脚对应的GPIO端口时钟 */
    LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOH);
    LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOE);
    LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOE);

    /* 配置LED1引脚默认输出电压 */
    LL_GPIO_ResetOutputPin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
    LL_GPIO_ResetOutputPin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin);
    LL_GPIO_ResetOutputPin(LED3_GPIO_Port, LED3_Pin);

    /*配置GPIO引脚 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED1_Pin;             // I/O编号
    GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_OUTPUT; // 输出模式
    GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL; //推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;         // 不使用上拉/下拉输出
    GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_LOW;// I/O操作速度 低
    /* 根据上面的配置初始化LED的引脚 */
    LL_GPIO_Init(LED1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /*配置GPIO引脚 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED2_Pin;             // I/O编号
    GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_OUTPUT; // 输出模式
    GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL; //推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;         // 不使用上拉/下拉输出
    GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_LOW;// I/O操作速度 低
    /* 根据上面的配置初始化LED的引脚 */
    LL_GPIO_Init(LED2_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /*配置GPIO引脚 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED3_Pin;             // I/O编号
    GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_OUTPUT; // 输出模式
    GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL; //推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;         // 不使用上拉/下拉输出
    GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_LOW;// I/O操作速度 低
    /* 根据上面的配置初始化LED的引脚 */
    LL_GPIO_Init(LED3_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}