前言

在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，想必大家都曾像我一樣碰到過(guò)一時(shí)難以解決的技術(shù)難題，在苦惱和無(wú)助中，只得求助于互聯(lián)網(wǎng)，如果在網(wǎng)上突然發(fā)現(xiàn)有此問(wèn)題相關(guān)的解決辦法，以此解決了困擾了一整天甚至好幾天的問(wèn)題，這時(shí)大家的心情想必也是和我一樣慶幸并心懷感激的。感謝互聯(lián)網(wǎng)讓我們生活變得如此便利，把世界上的人都聚集到了一起，大家可以暢所欲言；更感激大佬們?cè)敢飧冻鲎约簩氋F的時(shí)間寫下各種技術(shù)分享，以便其他同仁遇到問(wèn)題時(shí)能愉快地解決問(wèn)題。本著開源共享，共同進(jìn)步的精神，我也開始寫分享！如有錯(cuò)誤或講述不妥的地方，請(qǐng)務(wù)必留言指出，也是幫助其他人避坑，謝謝！

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什么是固件庫(kù)

STM32 標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，它是由 ST 公司針對(duì) STM32 提供的函數(shù)接口，即API(Application Program Interface)，開發(fā)者可調(diào)用這些函數(shù)接口來(lái)配置 STM32的寄存器，使開發(fā)人員得以脫離最底層的寄存器操作，有開發(fā)快速，易于閱讀，維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

如果學(xué)過(guò)51單片機(jī)肯定知道有個(gè)頭文件是reg52.h，其中的內(nèi)容就是將所有的寄存器取一個(gè)別名，之后你想對(duì)這個(gè)寄存器進(jìn)行操作只需要直接對(duì)其賦值即可。
舉例：P0 = 0x01；//就是將P0寄存器的bit0置1，其余位清0
STM32當(dāng)然也可以通過(guò)指針直接訪問(wèn)寄存器，舉例：

*(unsigned int*)(0xFFFFFFFF) = 0x00000001;//將0xFFFFFFFF地址的寄存器設(shè)置為0x00000001

STM32 標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)不僅對(duì)芯片內(nèi)所有寄存器取了別名，還將底層一些必要的配置操作全部封裝成函數(shù)，供用戶直接調(diào)用來(lái)配置底層，讓用戶即使對(duì)相關(guān)外設(shè)寄存器不熟悉，也能輕易將需要用的片上外設(shè)配置完成，從而有更多時(shí)間專注于應(yīng)用層的開發(fā)。

下圖中，驅(qū)動(dòng)層就是用戶針對(duì)自己的設(shè)備調(diào)用庫(kù)函數(shù)提供的接口開發(fā)的驅(qū)動(dòng)，比如說(shuō)最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)LED燈閃爍，就直接調(diào)用庫(kù)函數(shù)提供的GPIO函數(shù)控制相應(yīng)的IO口輸出高低電平即可實(shí)現(xiàn)。
PS：其實(shí)利用庫(kù)函數(shù)開發(fā)，將應(yīng)用層和底層分離開，只是好處其一。另一好處在于大家的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，至少對(duì)于底層這一塊，大體的風(fēng)格和調(diào)用的函數(shù)都是一致的，從而起到標(biāo)準(zhǔn)化程序開發(fā)的作用。

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以GPIO操作為例詳解標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)底層代碼

【首先看到stm32f10x.h中相關(guān)代碼段】

#define __IO volatile //防止編譯器優(yōu)化，在core_cm3.h中 typedef unsigned int uint32_t; //stdint.h文件 C99新定義的標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)立于庫(kù)函數(shù)外typedef struct {__IO uint32_t CRL;__IO uint32_t CRH;__IO uint32_t IDR;__IO uint32_t ODR;__IO uint32_t BSRR;__IO uint32_t BRR;__IO uint32_t LCKR; } GPIO_TypeDef; //注意以上結(jié)構(gòu)體成員的排列順序恰好跟GPIO外設(shè)相關(guān)寄存器的排列順序相同#define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000) //片上外設(shè)基地址#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE //APB1總線的基地址，與外設(shè)基地址相同，表明它是片上外設(shè)的第一個(gè)外設(shè) #define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000) //APB2總線基地址 #define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x20000) //AHB總線基地址#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800) //GPIOA的基地址 //以上代碼通過(guò) （基地址+偏移地址） 的形式 用宏定義封裝了所有的寄存器，以上只是抽取其中一部分#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)

注意最后的這句 #define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)

將GPIOA_BASE強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成(GPIO_TypeDef *) 類型的指針，即((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE) 指向的是一個(gè)GPIO_TypeDef 類型的結(jié)構(gòu)體且該結(jié)構(gòu)體地址為GPIOA_BASE，該結(jié)構(gòu)體的類型定義GPIO_TypeDef 在前面已經(jīng)給出了，可以直接通過(guò) ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE) 訪問(wèn)到該結(jié)構(gòu)體的成員，比如((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE) ->BSRR ；由于宏定義，可以寫成GPIOA->BSRR；其實(shí)這就完成了將寄存器的地址與結(jié)構(gòu)體成員的地址一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體成員就是訪問(wèn)寄存器；
注意：對(duì)不同的GPIO端口，如GPIOA，GPIOB，GPIOC…，并不需要分別定義一個(gè)GPIO_TypeDef 的結(jié)構(gòu)體變量，只是把GPIOx_BASE開頭的一塊sizeof(GPIO_TypeDef) 大小的地址區(qū)域當(dāng)成結(jié)構(gòu)體成員去訪問(wèn)，從而對(duì)成員的讀寫就是對(duì)相對(duì)應(yīng)寄存器的讀寫。
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下面再看看其他GPIO操作相關(guān)的代碼：
【stm32f10x.h】

#define GPIO_BRR_BR0 ((uint16_t)0x0001) /*!< Port x Reset bit 0 */ #define GPIO_BRR_BR1 ((uint16_t)0x0002) /*!< Port x Reset bit 1 */ #define GPIO_BRR_BR2 ((uint16_t)0x0004) /*!< Port x Reset bit 2 */ #define GPIO_BRR_BR3 ((uint16_t)0x0008) /*!< Port x Reset bit 3 */ #define GPIO_BRR_BR4 ((uint16_t)0x0010) /*!< Port x Reset bit 4 */ #define GPIO_BRR_BR5 ((uint16_t)0x0020) /*!< Port x Reset bit 5 */ #define GPIO_BRR_BR6 ((uint16_t)0x0040) /*!< Port x Reset bit 6 */ #define GPIO_BRR_BR7 ((uint16_t)0x0080) /*!< Port x Reset bit 7 */ #define GPIO_BRR_BR8 ((uint16_t)0x0100) /*!< Port x Reset bit 8 */ #define GPIO_BRR_BR9 ((uint16_t)0x0200) /*!< Port x Reset bit 9 */ #define GPIO_BRR_BR10 ((uint16_t)0x0400) /*!< Port x Reset bit 10 */ #define GPIO_BRR_BR11 ((uint16_t)0x0800) /*!< Port x Reset bit 11 */ #define GPIO_BRR_BR12 ((uint16_t)0x1000) /*!< Port x Reset bit 12 */ #define GPIO_BRR_BR13 ((uint16_t)0x2000) /*!< Port x Reset bit 13 */ #define GPIO_BRR_BR14 ((uint16_t)0x4000) /*!< Port x Reset bit 14 */ #define GPIO_BRR_BR15 ((uint16_t)0x8000) /*!< Port x Reset bit 15 */#define GPIO_LCKR_LCK0 ((uint32_t)0x00000001) /*!< Port x Lock bit 0 */ #define GPIO_LCKR_LCK1 ((uint32_t)0x00000002) /*!< Port x Lock bit 1 */ #define GPIO_LCKR_LCK2 ((uint32_t)0x00000004) /*!< Port x Lock bit 2 */ #define GPIO_LCKR_LCK3 ((uint32_t)0x00000008) /*!< Port x Lock bit 3 */ #define GPIO_LCKR_LCK4 ((uint32_t)0x00000010) /*!< Port x Lock bit 4 */ #define GPIO_LCKR_LCK5 ((uint32_t)0x00000020) /*!< Port x Lock bit 5 */ #define GPIO_LCKR_LCK6 ((uint32_t)0x00000040) /*!< Port x Lock bit 6 */ #define GPIO_LCKR_LCK7 ((uint32_t)0x00000080) /*!< Port x Lock bit 7 */ #define GPIO_LCKR_LCK8 ((uint32_t)0x00000100) /*!< Port x Lock bit 8 */ #define GPIO_LCKR_LCK9 ((uint32_t)0x00000200) /*!< Port x Lock bit 9 */ #define GPIO_LCKR_LCK10 ((uint32_t)0x00000400) /*!< Port x Lock bit 10 */ #define GPIO_LCKR_LCK11 ((uint32_t)0x00000800) /*!< Port x Lock bit 11 */ #define GPIO_LCKR_LCK12 ((uint32_t)0x00001000) /*!< Port x Lock bit 12 */ #define GPIO_LCKR_LCK13 ((uint32_t)0x00002000) /*!< Port x Lock bit 13 */ #define GPIO_LCKR_LCK14 ((uint32_t)0x00004000) /*!< Port x Lock bit 14 */ #define GPIO_LCKR_LCK15 ((uint32_t)0x00008000) /*!< Port x Lock bit 15 */ #define GPIO_LCKR_LCKK ((uint32_t)0x00010000) /*!< Lock key */ ......//省略

這些都是對(duì)相關(guān)寄存器的每一個(gè)位設(shè)立開關(guān)宏，以供庫(kù)函數(shù)調(diào)用，最主要是為了便于程序閱讀。

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【stm32f10x_gpio.h】

typedef enum { GPIO_Speed_10MHz = 1,GPIO_Speed_2MHz, GPIO_Speed_50MHz }GPIOSpeed_TypeDef;typedef enum { GPIO_Mode_AIN = 0x0, GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, GPIO_Mode_IPD = 0x28, GPIO_Mode_IPU = 0x48, GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, GPIO_Mode_Out_PP = 0x10, GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 }GPIOMode_TypeDef;typedef struct {uint16_t GPIO_Pin; GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; }GPIO_InitTypeDef;

GPIO_InitTypeDef是GPIO初始化結(jié)構(gòu)體類型，主要用于對(duì)相關(guān)的GPIO外設(shè)作初始化操作。GPIOSpeed_TypeDef和GPIOMode_TypeDef 是兩個(gè)枚舉類型。

下面看相關(guān)的庫(kù)函數(shù)代碼舉例：

uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx) {/* Check the parameters */assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx)); //斷言檢查參數(shù)return ((uint16_t)GPIOx->IDR); }

應(yīng)用舉例：GPIO_read_data = GPIO_ReadInputData(GPIOA);
讀整個(gè)GPIOA端口的數(shù)據(jù)，由函數(shù)中可以看出事實(shí)上就是返回了GPIOA->IDR的值。IDR是端口輸入數(shù)據(jù)寄存器。

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) {/* Check the parameters */assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));GPIOx->BSRR = GPIO_Pin; }

應(yīng)用舉例：GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
將GPIOA端口的Pin0拉高，由函數(shù)中可以看出事實(shí)上就是將GPIOA->BSRR賦值為GPIO_Pin_0的值。BSRR是端口位設(shè)置/清除寄存器。
在stm32f10x_gpio.h中給出了GPIO_Pin_0的定義如下
#define GPIO_Pin_0 ((uint16_t)0x0001)

stm32f10x_gpio.c文件中最重要的是GPIO_Init函數(shù)，函數(shù)原型如下:
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)
該函數(shù)主要用于根據(jù)傳進(jìn)來(lái)的GPIO_TypeDef類型的結(jié)構(gòu)體確定要配置的GPIO端口號(hào)，GPIO_InitTypeDef類型的結(jié)構(gòu)體是確定配置的內(nèi)容，F1的3.5.0標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)主要配置對(duì)象是引腳號(hào)，引腳模式，引腳翻轉(zhuǎn)速度，由于GPIO_Init函數(shù)過(guò)長(zhǎng)，程序就不在這里貼出來(lái)了。

通過(guò)庫(kù)函數(shù)，GPIO點(diǎn)燈過(guò)程舉例：

int main(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//定義GPIO_InitTypeDef類型的結(jié)構(gòu)體GPIO_InitStructure用于初始化配置GPIORCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);//打開GPIOB的時(shí)鐘，因?yàn)槟J(rèn)是關(guān)閉的GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;//選定引腳GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //通用推挽輸出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//引腳速率50HzGPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//調(diào)用GPIO_Init按照上述的參數(shù)進(jìn)行配置GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//假設(shè)LED是低電平點(diǎn)亮，輸出低電平即可點(diǎn)亮連接在GPIOB0的LED燈 }

結(jié)束語(yǔ)

希望可以幫到大家，有問(wèn)題可以提出來(lái)大家一起探討，謝謝！不喜勿噴，感謝
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題外話

#ifndef __STM32F10x_H
#define __STM32F10x_H

#endif
經(jīng)常在每個(gè)頭文件之前都會(huì)看到類似這樣的一段代碼，這是為了防止頭文件重復(fù)包含

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#ifdef __cplusplus
extern “C” {
#endif

//代碼…

#ifdef __cplusplus
}
#endif
這是為了兼容C++編譯器，在C++編譯器中，通常會(huì)添加宏定義__cplusplus，這樣上下兩個(gè)條件編譯就會(huì)成立，為了在C++代碼中調(diào)用用C寫成的庫(kù)文件，就需要用extern"C"來(lái)告訴編譯器:這是一個(gè)用C寫成的庫(kù)文件，請(qǐng)用C的方式來(lái)鏈接它們。這樣在C++的工程中也能順利編譯這個(gè)C文件

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標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)中用于映射寄存器的結(jié)構(gòu)體比如GPIO_TypeDef，其中的結(jié)構(gòu)體成員為什么要用volatile修飾呢？
C 語(yǔ)言中的關(guān)鍵字“volatile”，在 C 語(yǔ)言中該關(guān)鍵字用于表示變量是易變的，要求編譯器不要優(yōu)化。這些結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員，都代表著寄存器，而寄存器很多時(shí)候是由外設(shè)或 STM32 芯片狀態(tài)修改的，也就是說(shuō)即使 CPU 不執(zhí)行代碼修改這些變量，變量的值也有可能被外設(shè)修改、更新，所以每次使用這些變量的時(shí)候，我們都要求 CPU 去該變量的地址重新訪問(wèn)。若沒(méi)有這個(gè)關(guān)鍵字修飾，在某些情況下，編譯器認(rèn)為沒(méi)有代碼修改該變量，就直接從 CPU 的某個(gè)緩存獲取該變量值，這時(shí)可以加快執(zhí)行速度，但該緩存中的是陳舊數(shù)據(jù)，與我們要求的寄存器最新狀態(tài)可能會(huì)有出入。

都看到這了，點(diǎn)個(gè)贊再走唄~~

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的解读STM32标准库的程序架构 - 以GPIO操作为例的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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