大家好，今天给大家介绍STM32单片机的开发方法，文章末尾附有本毕业设计的论文和源码的获取方式，可进群免费领取。

前言

经过前两章节对STM32的简单介绍，在接下来的几个章节中开始进行STM32单片机的软件开发实践，所使用到的工具有Keil5、STM32CubeMX以及串口软件。

对于STM32F1系列的单片机，其存储器有4GB的空间，包含了程序存储器、数据存储器、寄存器以及I/O单口。存储器的地址是由出厂时分配或者用户进行分配，这个分配的过程被称作 “存储器映射”，在分配一个地址就叫做 “重映射”。

在ARM架构中，将4GB空间分成可8块区域，每块512MB。这8块区域分别是Block 0（Flash，地址0x00000000~0x1FFFFFFF），Block 1（SRAM，地址0x20000000~0x3FFFFFFF），Block 2（片上外设，地址0x40000000~0x5FFFFFFF），Block 3（FSMC的bank1bank2，地址0x600000000x7FFFFFFF），Block 4（FSMC的bank3bank4，地址0x800000000x9FFFFFFF），Block 5（FSMC register，地址0xA0000000~0xCFFFFFFF），Block 6（Not use，地址0xD0000000~0xDFFFFFFF），Block 7（Cortex-M3 内部外设，地址0xE0000000~0xFFFFFFFF）。可以看出8个Block中，Block 0、Block 1、Bock 2这三个块包含了Flash、RAM和片上外设，这一些都是STM32编程中最常使用到的。对于这三个块内部区域的详细功能划分如下表中所示：

1、寄存器开发方式

通过对51的学习可以了解到在单片机中有各种不同的寄存器，stm32单片机也同样如此。在单片机中的寄存器就是一些具备特定功能内存单元的别名，访问寄存器就是要操作这些内存单元，所谓的寄存器开发也就是通过操作内存单元实现相应的功能。STM32的软件开发也就是操作外设资源，这些外设（Block区域块中）通常都被挂载在不同的总线上，APB1挂载低速外设，APB2和AHB挂载高速外设。对应的总线最低位的地址被称作该总线的基地址，基地址也是挂载在该总线上首个外设的地址。APB1总线的地址最低，因此片上外设从该地址开始，又称外设基地址。
在Block2区域块上，总线的基地址以及其相对于前一块地址的偏移量如下表中所示：

在总线上也会挂载很多外设比如GPIO等，关于GPIO外设基地址以及偏移量如下表中所示：

外设的寄存器分布在对应外设的地址范围内，比如GPIOA的寄存器地址必然就在0x40010800~0x40010C00之中。GPIO拥有多个寄存器，每个寄存器为32bit，占四字节，依照顺序依次排列在外设的基地址上。寄存器的位置以其相对于该外设基地址的偏移地址描述，下表是关于GPIOA内部的寄存器地址及其偏移量：

简单的介绍了STM32的存储器与寄存器相关的知识后，就可以了解到所谓的寄存器开发模式，也就是使用代码直接操作这些寄存器（也就是外设资源的别名）。下面将按照F1的芯片手册对接下来需要使用到的寄存器进行定义：

#define PERIPH_BASE ((unsigned int) 0x40000000)	//外设基地址，APB1总线基地址
#define APB2PERIPH_BASE ((PERIPH_BASE+0x00010000))	//APB2总线基地址
#define GPIOA_BASE (PERIPH_BASE+0x0800)
#define GPIOA_CRL *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x00)
#define GPIOA_CRH *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x04)
#define GPIOA_IDR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x08)
#define GPIOA_ODR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x0C)
#define GPIOA_BSRR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x10)
#define GPIOA_BRR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x14)
#define GPIOA_LCKR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x18)

对于其他类型的寄存器也是这样通过找到其在存储器中的具体位置，然后就可以使用C指针进行相关的操作，下面开始讲述寄存器开发的具体过程。

1.1 工程模板

首先需要新建一个文件夹用于存放项目软件，在该文件夹下再次新建Obj与User两个文件夹，其中Obj文件夹用于存放编译过程中产生的C/汇编/链接的列表清单、调试信息、hex文件、以及封装库等文件；User文件夹用于存放用户编写的程序main.c、STM32F1启动文件、stm32f10x.h头文件。

1.2 创建工程

完成上述的工程模板创建后，就可以开始创建STM32项目工程了。首先打开Keil5软件，在菜单栏中选择Project子菜单中的New uVision Project选项，然后输入一个项目名称（不要使用中文名）选择路径为之前新建的“Study case 1”文件夹下。

紧接着在keil5软件界面中跳出的选取目标设备的子界面，选择框中有ARM和STMicroelectronics，在这里笔者选取的是后者子菜单下的STM32F103ZE系列芯片，选取后连续点击两次OK就完成了创建的工作。

完成操作后，在文件夹中就多出了下列的文件夹及文件，不过此时之前新建的两个文件夹及其相关的文件还未正式添加（关联）到新建的项目中。

双击界面中的Source Group 1，然后在User文件夹下将之前三个文件添加到工程中，完成后的界面如下图中所示，至此一个stm32项目就建立完成。

最后需要配置魔法棒选项卡，也就是图中箭头的起始端，然后点击Output，在界面中选择Select Executable Objects选项，然后选择Obj文件夹即可。接着选择Create HEX File，会生成hex文件，通过烧录软件就可以将用户编写的程序烧录到stm32单片机中。此外关于仿真器的一些配置，在此不再做过多赘述，可以参考其它相关的文章。

2、标准库函数开发方式

讲到库函数开发，就需要提及STM32的固件库，它是ST公司推出的已经在内部对STM32全部外设寄存器的控制封装成了可提供给用户的API函数，用户只需要将调用这些API函数即可完成对stm32的软件开发。

基于Cortex内核所设计的芯片均需要满足CMSIS（Cortex MicroController Software Interface Standard）标准，在此套标准下满足了不同厂家的Cortex内核芯片软件兼容的问题。基于CMSIS标准的应用程序框图如下图中所示，在CMSIS框架中将软件分为三个基本功能层：核内外设访问层（ARM提供的访问，定义处理器内部寄存器地址以及功能函数）；中间访问层（定义访问中间件的通用API，由ARM提供）；外设访问层（定义硬件寄存器的地址以及外设的访问函数）。从上一节的寄存器开发就可以了解到使用stm32单片机的外设也就是操作其对应的寄存器，因此STM32的固件库文件也就属于其中的外设访问层。

关于STM32单片机的各个系列的固件库，如STM32F1、STM32F4X等，均可以通过ST公司的官方网站进行下载。

2.1 固件库

以ST官网中的STM32F10X v3.5版本的固件库为例，其文件夹下包含_htmresc（公司LOGO）、Libraries（子目录中CMSIS存放符合CMSIS标准的文件，
STM32F10X_StdPeriph_Driver文件夹中inc存放外设头文件，src存放外设源文件）、Project（子目录中
STM32F10x_StdPeriph_Examples存放ST公司提供的外设驱动例程，
STM32F10x_StdPeriph_Template存放官方固件库工程模板）、Utilities（ST官方评估板的源文件）以及
stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm文件（固件库帮助文档，可查询库函数及其功能）。

2.2 创建库函数工程

库函数工程与寄存器工程模板的创建类似，首先在一个文件夹下新建Obj、User以及Libraries三个文件夹，其中最后一个文件夹包含了从固件库中复制而来的CMSIS以及
STM32F10X_StdPeriph_Driver文件夹及其所包含的全部文件。然后和上一小节相同的方式，在keil5中新建一个工程项目。新建项目后，需要将刚才新建的文件夹添加到Group组中，其具体步骤如下图中所示：

点击OK后，就会在左侧的项目菜单栏看到以下几个文件组。随后便需要将STM32驱动文件以及CMSIS中的所有文件添加到这个新建的组中，双击对应的文件夹，然后找到存放的路径选择所需要的外设驱动文件、启动文件以及系统总线初始化文件等。

例如需要对GPIO进行操作，经过上述的配置后的项目组文件如下图中所示：完成这些操作后，便可以在main.c中开始编写软件程序，也可以新建.其它的c、.h文件。

3、HAL库函数开发方式

3.1 HAL库

HAL（Hardware Abstraction Layer，抽象印象层）库是ST主推的一种开发方式，HAL库中的部分函数是特定功能实现的集成，因此其开发简单方便大大节省了单片机外设的基础配置。通过HAL库所编写的程序还能够移植到其它系列的stm32单片机中，比如在F1中程序直接复制到了F4中也能够正确的执行，这一点在标准库中是无法做到的（F1与F4的标准库是两个不同的文件）。ST公司的STM32CubeMX软件就是专为HAL库所设计的一款软件，通过使用图形化配置的方式，就可以生成整个全部使用HAL库的工程文件。

3.2 创建HAL库函数工程

使用STM32CubeMX创建HAL库工程的详细步骤为：

1. 打开STM32CubeMX软件，在主界面中选择“ACCESS TO MCU SELECTOR”；（需要提前安装好芯片库）
2. 选择开发所使用的STM32芯片型号；
3. 对工程项目进行配置。在Project Manager界面中对项目的名称、文件位置以及IDE版本等信息进行设置。

完成这些操作后点击GENERATE CODE便可生成keil5工程项目，软件目录如下图中所示，并且随时在这个软件中对stm32芯片进行配置等相关操作。

在MDK-ARM文件下就有所熟悉的keil5工程项目文件，双击后便可在keil5 IDE中打开。当然要完整的对一个stm32项目进行配置，只做到这些是远远不够的，在下一章的stm32单片机开发实践中会继续完整的介绍。

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