STM32学习HAL库的一些知识点积累

最近，我用STM32F107RCT6设计了一款LED灯板控制板，现在板子已经完成嘉立创PCB制板+贴片了，现在需要编写对应测试代码程序用于测试。现在需要用到STM32CubeMX这个工具生成基于keil MDK的模板工程文件，现在遇到了一些知识点（以前学习过），现在记录一下希望对自己有所帮助。

（1）外部时钟晶振HSE的选择

首先如果使用的是外部无源晶振，那么RCC的High Speed Clock(HSE)需要选择：Crystal/Ceramic Resonator这个选项。

现在大家需要注意的是，如果HSE选项选择了Bypass Clock Source,会发现STM32cubeMX软件也分配了2个引脚，这个与我以前记忆中的不一致了，毕竟有源时钟就需要一个OSC_IN就可以了。后来我查询了好多资料，发现F1、F2、F4都存在这样的问题了，后来查询了一下资料，并问了以前的同事，发现并不是stm32cubeMX的bug，而是stm32为了避险，防止OSC_OUT引脚用作其他功能（毕竟已经被占用了）。而且在生成的HAL库中Bypass是兼容Cystal/Ceramic Resonator的，如下图所示：

cpp 复制代码

#define RCC_HSE_BYPASS    (uint32_t)(RCC_CR_HSEBYP | RCC_CR_HSEON)

(2)HAL库中位操作如何找到对应参考手册中的寄存器以及寄存器操作

首先，HAL库环境中使用宏定义的方式对寄存器的地址进行了封装，如下图所示：

cpp 复制代码

#define RCC                 ((RCC_TypeDef *)RCC_BASE)
#define CRC                 ((CRC_TypeDef *)CRC_BASE)
#define FLASH               ((FLASH_TypeDef *)FLASH_R_BASE)
#define OB                  ((OB_TypeDef *)OB_BASE)
#define ETH                 ((ETH_TypeDef *) ETH_BASE)
#define DBGMCU              ((DBGMCU_TypeDef *)DBGMCU_BASE)

#define USB_OTG_FS          ((USB_OTG_GlobalTypeDef *)USB_OTG_FS_PERIPH_BASE)

RCC为STM32的RCC模块对应寄存器组的首地址，我们都知道ARM为32位单片机，寄存器为32位的占4个字节，如果继续查询可以知道RCC对应的地址为寄存器组的首元素的地址。

通过追踪RCC宏定义的值，得到RCC的值为/**0x4002_1000 */可以查询参考手册中RCC字样得到内存映射(Memory map)相关章节：

两者起始地址都是0x4002 1000。

另外，RCC这个地址值0x4000_1000被强制转换为"(RCC_TypeDef *)"，这个RCC_TypeDef为自定义结构体类型：

cpp 复制代码

typedef struct
{
  __IO uint32_t CR;
  __IO uint32_t CFGR;
  __IO uint32_t CIR;
  __IO uint32_t APB2RSTR;
  __IO uint32_t APB1RSTR;
  __IO uint32_t AHBENR;
  __IO uint32_t APB2ENR;
  __IO uint32_t APB1ENR;
  __IO uint32_t BDCR;
  __IO uint32_t CSR;

  __IO uint32_t AHBRSTR;
  __IO uint32_t CFGR2;

} RCC_TypeDef;

这个结构体类型内部成员是各种uint32_t类型的变量，而且有一定顺序，通过查询参考手册，发现成员变量为各个寄存器（相当于内存空间），如下所示。

cpp 复制代码

#define __HAL_RCC_GET_FLAG(__FLAG__) (((((__FLAG__) >> 5U) == CR_REG_INDEX)?   RCC->CR   : \
                                      ((((__FLAG__) >> 5U) == BDCR_REG_INDEX)? RCC->BDCR : \
                                                                              RCC->CSR)) & (1U << ((__FLAG__) & RCC_FLAG_MASK)))

再回到HAL代码中，通过RCC->xxx寄存器来读写访问这些寄存器，如果RCC->xxx寄存器作为赋值运算符的左值，那么会进行写操作，如果RCC->xxx寄存器作为右值则进行读操作。可以将c语言中"->"使用"_"替代，再参考手册中查询得到对应寄存的值。例如：搜索RCC_CR可以搜索找到CR寄存器。

其中，Address offset:0x00表示距离首元素首地址偏移量为0x00。Reset Value为复位上电后的默认值。

表格中的31~0表示CR寄存器的bit位，其中有一些是作为一组共同作用的，例如bit7~bit3一共4为一共有2^4=16种可能，每一种可能都对应某些操作，我们只需要使用c语言的相关位操作来操作那个这些寄存器位即可实现硬件功能控制。表格中间层表示bit位或者bit位组表示的功能，表格最下层r:只读，rw:可读可写，w:只写。

那么，现在遇到一个问题：c语言代码软件是如何表示这个bit位的呢。

答案：还是宏定义，我们可以通过搜索RCC_xxx寄存器_yyy功能来找到对应寄存器的bit位或者比特位组。

例如：搜索RCC_CR_HSION，找到如下：

cpp 复制代码

#define RCC_CR_HSEON_Msk                     (0x1U << RCC_CR_HSEON_Pos)        /*!< 0x00010000 */
#define RCC_CR_HSEON                         RCC_CR_HSEON_Msk

经过计算：RCC_CR_HSEON:0x1U<<16，这个与硬件参考手册RCC_CR寄存器的bit16相对应。

使用了含参宏SET_BIT()、CLEAR_BIT()对这些bit位进行读1或者写0操作。

cpp 复制代码

                      else if ((__STATE__) == RCC_HSE_BYPASS)               \
                      {                                                     \
                        SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSEBYP);                    \
                        SET_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSEON);                     \
                      }                                                     \
                      else                                                  \
                      {                                                     \
                        CLEAR_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSEON);                   \
                        CLEAR_BIT(RCC->CR, RCC_CR_HSEBYP);

cpp 复制代码

#define SET_BIT(REG, BIT)     ((REG) |= (BIT))

#define CLEAR_BIT(REG, BIT)   ((REG) &= ~(BIT))

#define READ_BIT(REG, BIT)    ((REG) & (BIT))

#define CLEAR_REG(REG)        ((REG) = (0x0))

#define WRITE_REG(REG, VAL)   ((REG) = (VAL))

#define READ_REG(REG)         ((REG))

#define MODIFY_REG(REG, CLEARMASK, SETMASK)  WRITE_REG((REG), (((READ_REG(REG)) & (~(CLEARMASK))) | (SETMASK)))

#define POSITION_VAL(VAL)     (__CLZ(__RBIT(VAL)))

因为，这个bit位对应功能是可读可写的，所以位与运算（&）实现了对应bit位中数值的读取工作

cpp 复制代码

else if((RCC->CR &RCC_CR_HSEON) == RCC_CR_HSEON)
  {
    RCC_OscInitStruct->HSEState = RCC_HSE_ON;
  }

最后，再次理解"硬件软件一盘棋"这句话的含义：硬件就是对应数据手册中相关寄存器以及寄存器功能，软件指的是用c语言编写实现的代码。硬件有的功能都可以通过软件编写实现出来。另外，c语言为什么是最适合操作硬件的语言，这句话也得到充分论证。