對于剛?cè)腴T的朋友可能沒法直觀了解這些不同開發(fā)發(fā)方式彼此之間的區(qū)別，本文試圖以一種非常直白的方式，用自己的理解去將這些東西表述出來。

配置寄存器

不少先學(xué)了51的朋友可能會知道，會有一小部分人或是教程是通過匯編語言直接操作寄存器實現(xiàn)功能的，這種方法到了STM32就變得不太容易行得通了。

因為STM32的寄存器數(shù)量是51單片機的十?dāng)?shù)倍，如此多的寄存器根本無法全部記憶，開發(fā)時需要經(jīng)常的翻查芯片的數(shù)據(jù)手冊，此時直接操作寄存器就變得非常的費力了。也有人喜歡去直接操作寄存器，因為這樣更接近原理，代碼更少，知其然也知其所以然。

標(biāo)準庫

上面也提到了，STM32有非常多的寄存器，而導(dǎo)致了開發(fā)困難，所以為此ST公司就為每款芯片都編寫了一份庫文件，也就是工程文件里stm32F1xx.....之類的。在這些.c與.h文件中，包括一些常用量的宏定義，把一些外設(shè)也通過結(jié)構(gòu)體變量封裝起來，如GPIO、時鐘等。

所以我們只需要配置結(jié)構(gòu)體變量成員就可以修改外設(shè)的配置寄存器，從而選擇不同的功能。也是目前最多人使用的方式，也是學(xué)習(xí)STM32接觸最多的一種開發(fā)方式，我也就不多闡述了。

HAL庫

HAL庫是ST公司目前主推的開發(fā)方式，全稱就是Hardware Abstraction Layer（抽象印象層），簡單來說就是弱化了開發(fā)者對硬件底層知識的依賴。

同樣的功能，標(biāo)準庫可能要用幾句話，HAL庫只需用一句話就夠了。并且HAL庫也很好的解決了程序移植的問題。不同型號的STM32芯片它的標(biāo)準庫是不一樣的，例如在F4上開發(fā)的程序移植到F3上是不能通用的，而使用HAL庫，只要使用的是相同的外設(shè)，程序基本可以完全復(fù)制粘貼，注意是相同外設(shè)，意思也就是不能無中生有。例如F7比F3要多幾個定時器，不能明明沒有這個定時器卻非要配置，但其實這種情況不多，絕大多數(shù)都可以直接復(fù)制粘貼。

而且使用ST公司研發(fā)的STMcube軟件，可以通過圖形化的配置功能，直接生成整個適用于HAL庫的工程文件，可以說是方便至極。相關(guān)推薦：STM32CubeMX安裝教程。但是方便的同時也造成了它執(zhí)行效率偏低。

綜合上面說的，其實筆者還是強烈推薦HAL庫的，理由：

• ST公司已經(jīng)停止更新標(biāo)準庫，公司主打HAL庫的目的已經(jīng)非常明顯了

• 模塊化的HAL庫是趨勢，低效的短板會被硬件的增強所彌補

當(dāng)然底層的基本原理必需是要懂的，HAL庫也不是萬能的，結(jié)合對底層的理解相信一定會讓你的開發(fā)水準大大提高。

STM32的HAL庫、標(biāo)準庫區(qū)別

1 句柄

在STM32的標(biāo)準庫中，假設(shè)我們要初始化一個外設(shè)（這里以USART為例） 我們首先要初始化他們的各個寄存器。

在標(biāo)準庫中，這些操作都是利用固件庫結(jié)構(gòu)體變量+固件庫Init函數(shù)實現(xiàn)的：

 USART_InitTypeDef USART_InitStructure;


 USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位數(shù)據(jù)格式
 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位
 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗位
 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬件數(shù)據(jù)流控制
 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發(fā)模式


 USART_Init(USART3, &USART_InitStructure); //初始化串口1

可以看到，要初始化一個串口，需要對六個位置進行賦值，然后引用Init函數(shù)，并且USART_InitStructure并不是一個全局結(jié)構(gòu)體變量，而是只在函數(shù)內(nèi)部的局部變量，初始化完成之后，USART_InitStructure就失去了作用。

而在HAL庫中，同樣是USART初始化結(jié)構(gòu)體變量，我們要定義為全局變量。

UART_HandleTypeDef UART1_Handler;

結(jié)構(gòu)體成員：

typedef struct
{
   USART_TypeDef                 *Instance;        /*!< UART registers base address        */
   UART_InitTypeDef              Init;             /*!< UART communication parameters      */
uint8_t                       *pTxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Tx transfer Buffer */
uint16_t                      TxXferSize;       /*!< UART Tx Transfer size              */
uint16_t                      TxXferCount;      /*!< UART Tx Transfer Counter           */
uint8_t                       *pRxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Rx transfer Buffer */
uint16_t                      RxXferSize;       /*!< UART Rx Transfer size              */
uint16_t                      RxXferCount;      /*!< UART Rx Transfer Counter           */
   DMA_HandleTypeDef             *hdmatx;          /*!< UART Tx DMA Handle parameters      */
   DMA_HandleTypeDef             *hdmarx;          /*!< UART Rx DMA Handle parameters      */
   HAL_LockTypeDef               Lock;             /*!< Locking object                     */
   __IO HAL_UART_StateTypeDef    State;            /*!< UART communication state           */
   __IO uint32_t                 ErrorCode;        /*!< UART Error code                    */
}UART_HandleTypeDef;

我們發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準庫不同的是，該成員不僅包含了之前標(biāo)準庫就有的六個成員（波特率，數(shù)據(jù)格式等），還包含過采樣、（發(fā)送或接收的）數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)指針、串口 DMA 相關(guān)的變量、各種標(biāo)志位等等要在整個項目流程中都要設(shè)置的各個成員。

該UART1_Handler就被稱為串口的句柄 它被貫穿整個USART收發(fā)的流程，比如開啟中斷：

HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, (u8 *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE);

比如后面要講到的MSP與Callback回調(diào)函數(shù)：

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

在這些函數(shù)中，只需要調(diào)用初始化時定義的句柄UART1_Handler就好。

2 MSP函數(shù)

MCU Specific Package單片機的具體方案

MSP是指和MCU相關(guān)的初始化，引用一下正點原子的解釋，個人覺得說的很明白：

“

我們要初始化一個串口，首先要設(shè)置和 MCU 無關(guān)的東西，例如波特率，奇偶校驗，停止位等，這些參數(shù)設(shè)置和 MCU 沒有任何關(guān)系，可以使用 STM32F1，也可以是STM32F2/F3/F4/F7上的串口。而一個串口設(shè)備它需要一個 MCU 來承載，例如用 STM32F4 來做承載，PA9 做為發(fā)送，PA10 做為接收，MSP 就是要初始化 STM32F4 的 PA9,PA10，配置這兩個引腳。所以 HAL驅(qū)動方式的初始化流程就是：HAL_USART_Init()—>HAL_USART_MspInit()，先初始化與 MCU無關(guān)的串口協(xié)議，再初始化與 MCU 相關(guān)的串口引腳。在 STM32 的 HAL 驅(qū)動中HAL_PPP_MspInit()作為回調(diào)，被HAL_PPP_Init()函數(shù)所調(diào)用。當(dāng)我們需要移植程序到 STM32F1平臺的時候，我們只需要修改 HAL_PPP_MspInit 函數(shù)內(nèi)容而不需要修改 HAL_PPP_Init 入口參數(shù)內(nèi)容。

”

在HAL庫中，幾乎每初始化一個外設(shè)就需要設(shè)置該外設(shè)與單片機之間的聯(lián)系，比如IO口，是否復(fù)用等等，可見，HAL庫相對于標(biāo)準庫多了MSP函數(shù)之后，移植性非常強，但與此同時卻增加了代碼量和代碼的嵌套層級。可以說各有利弊。

同樣，MSP函數(shù)又可以配合句柄，達到非常強的移植性：

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);

3 Callback函數(shù)

類似于MSP函數(shù)，個人認為Callback函數(shù)主要幫助用戶應(yīng)用層的代碼編寫。還是以USART為例，在標(biāo)準庫中，串口中斷了以后，我們要先在中斷中判斷是否是接收中斷，然后讀出數(shù)據(jù)，順便清除中斷標(biāo)志位，然后再是對數(shù)據(jù)的處理，這樣如果我們在一個中斷函數(shù)中寫這么多代碼，就會顯得很混亂：

void USART3_IRQHandler(void) //串口1中斷服務(wù)程序
{
 u8 Res;
if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中斷(接收到的數(shù)據(jù)必須是0x0d 0x0a結(jié)尾)
 {
  Res =USART_ReceiveData(USART3); //讀取接收到的數(shù)據(jù)
/*數(shù)據(jù)處理區(qū)*/
 } 
}

而在HAL庫中，進入串口中斷后，直接由HAL庫中斷函數(shù)進行托管：

void USART1_IRQHandler(void)                 
{ 
 HAL_UART_IRQHandler(&UART1_Handler); //調(diào)用HAL庫中斷處理公用函數(shù)
 /***************省略無關(guān)代碼****************/ 
}

HAL_UART_IRQHandler這個函數(shù)完成了判斷是哪個中斷（接收？發(fā)送？或者其他？），然后讀出數(shù)據(jù)，保存至緩存區(qū)，順便清除中斷標(biāo)志位等等操作。比如我提前設(shè)置了，串口每接收五個字節(jié)，我就要對這五個字節(jié)進行處理。在一開始我定義了一個串口接收緩存區(qū)：

/*HAL庫使用的串口接收緩沖,處理邏輯由HAL庫控制，接收完這個數(shù)組就會調(diào)用HAL_UART_RxCpltCallback進行處理這個數(shù)組*/
/*RXBUFFERSIZE=5*/
u8 aRxBuffer[RXBUFFERSIZE];

在初始化中，我在句柄里設(shè)置好了緩存區(qū)的地址，緩存大小（五個字節(jié)）

/*該代碼在HAL_UART_Receive_IT函數(shù)中，初始化時會引用*/
huart->pRxBuffPtr = pData;//aRxBuffer
huart->RxXferSize = Size;//RXBUFFERSIZE
huart->RxXferCount = Size;//RXBUFFERSIZE

則在接收數(shù)據(jù)中，每接收完五個字節(jié)，HAL_UART_IRQHandler才會執(zhí)行一次Callback函數(shù)：

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

在這個Callback回調(diào)函數(shù)中，我們只需要對這接收到的五個字節(jié)（保存在aRxBuffer[]中）進行處理就好了，完全不用再去手動清除標(biāo)志位等操作。

所以說Callback函數(shù)是一個應(yīng)用層代碼的函數(shù)，我們在一開始只設(shè)置句柄里面的各個參數(shù)，然后就等著HAL庫把自己安排好的代碼送到手中就可以了~

綜上，就是HAL庫的三個與標(biāo)準庫不同的地方之個人見解。

個人覺得從這三個小點就可以看出HAL庫的可移植性之強大，并且用戶可以完全不去理會底層各個寄存器的操作，代碼也更有邏輯性。但與此帶來的是復(fù)雜的代碼量，極慢的編譯速度，略微低下的效率?？丛趺慈∩崃?。

HAL庫結(jié)構(gòu)

說到STM32的HAL庫，就不得不提STM32CubeMX，其作為一個可視化的配置工具，對于開發(fā)者來說，確實大大節(jié)省了開發(fā)時間。另外STM32CubeIDE集成了STM32CubeMX的功能，是一個集配置與編譯與一體的軟件，可以嘗試一下。軟件更新頻率很高，持續(xù)優(yōu)化某些bug及性能問題。

上面兩個開發(fā)軟件是以HAL庫為基礎(chǔ)的，且目前僅支持HAL庫及LL庫！

首先看一下，官方給出的HAL庫的文件結(jié)構(gòu)：

stm32f2xx.h 主要包含STM32同系列芯片的不同具體型號的定義，是否使用HAL庫等的定義，接著，其會根據(jù)定義的芯片信號包含具體的芯片型號的頭文件：

#if defined(STM32F205xx)
#include "stm32f205xx.h"
#elif defined(STM32F215xx)
#include "stm32f215xx.h"
#elif defined(STM32F207xx)
#include "stm32f207xx.h"
#elif defined(STM32F217xx)
#include "stm32f217xx.h"
#else
#error "Please select first the target STM32F2xx device used in your application (in stm32f2xx.h file)"
#endif

緊接著，其會包含 stm32f2xx_hal.h。

• stm32f2xx_hal.h：stm32f2xx_hal.c/h 主要實現(xiàn)HAL庫的初始化、系統(tǒng)滴答相關(guān)函數(shù)、及CPU的調(diào)試模式配置

• stm32f2xx_hal_conf.h ：該文件是一個用戶級別的配置文件，用來實現(xiàn)對HAL庫的裁剪，其位于用戶文件目錄，不要放在庫目錄中。

接下來對于HAL庫的源碼文件進行一下說明，HAL庫文件名均以stm32f2xx_hal開頭，后面加上_外設(shè)或者模塊名（如：stm32f2xx_hal_adc.c）：

庫文件：
 stm32f2xx_hal_ppp.c/.h   // 主要的外設(shè)或者模塊的驅(qū)動源文件，包含了該外設(shè)的通用API
 stm32f2xx_hal_ppp_ex.c/.h  // 外圍設(shè)備或模塊驅(qū)動程序的擴展文件。這組文件中包含特定型號或者系列的芯片的特殊API。以及如果該特定的芯片內(nèi)部有不同的實現(xiàn)方式，則該文件中的特殊API將覆蓋_ppp中的通用API。
 stm32f2xx_hal.c/.h    // 此文件用于HAL初始化，并且包含DBGMCU、重映射和基于systick的時間延遲等相關(guān)的API
 其他庫文件
用戶級別文件：
 stm32f2xx_hal_msp_template.c // 只有.c沒有.h。它包含用戶應(yīng)用程序中使用的外設(shè)的MSP初始化和反初始化（主程序和回調(diào)函數(shù)）。使用者復(fù)制到自己目錄下使用模板。
 stm32f2xx_hal_conf_template.h // 用戶級別的庫配置文件模板。使用者復(fù)制到自己目錄下使用
 system_stm32f2xx.c    // 此文件主要包含SystemInit()函數(shù)，該函數(shù)在剛復(fù)位及跳到main之前的啟動過程中被調(diào)用。**它不在啟動時配置系統(tǒng)時鐘（與標(biāo)準庫相反）**。時鐘的配置在用戶文件中使用HAL API來完成。
 startup_stm32f2xx.s    // 芯片啟動文件，主要包含堆棧定義，終端向量表等
 stm32f2xx_it.c/.h    // 中斷處理函數(shù)的相關(guān)實現(xiàn)
 main.c/.h

根據(jù)HAL庫的命名規(guī)則，其API可以分為以下三大類：

• 初始化/反初始化函數(shù)：HAL_PPP_Init(), HAL_PPP_DeInit()
• IO 操作函數(shù)：HAL_PPP_Read(), HAL_PPP_Write(),HAL_PPP_Transmit(), HAL_PPP_Receive()
• 控制函數(shù)：HAL_PPP_Set (), HAL_PPP_Get ().
• 狀態(tài)和錯誤：HAL_PPP_GetState (), HAL_PPP_GetError ().

“

注意：目前 LL 庫是和 HAL 庫捆綁發(fā)布的，所以在 HAL 庫源碼中，還有一些名為 stm32f2xx_ll_ppp 的源碼文件，這些文件就是新增的LL庫文件。使用 CubeMX 生產(chǎn)項目時，可以選擇LL庫。

”

HAL 庫最大的特點就是對底層進行了抽象。在此結(jié)構(gòu)下，用戶代碼的處理主要分為三部分：

• 處理外設(shè)句柄，實現(xiàn)用戶功能

• 處理MSP

• 處理各種回調(diào)函數(shù)，外設(shè)句柄定義

HAL庫在結(jié)構(gòu)上，對每個外設(shè)抽象成了一個稱為ppp_HandleTypeDef的結(jié)構(gòu)體，其中ppp就是每個外設(shè)的名字。*所有的函數(shù)都是工作在ppp_HandleTypeDef指針之下。

每個外設(shè)/模塊實例都有自己的句柄。因此，實例資源是獨立的。

外圍進程相互通信：該句柄用于管理進程例程之間的共享數(shù)據(jù)資源。

下面，以ADC為例，

/** 
 * @brief  ADC handle Structure definition
 */
typedef struct
{
 ADC_TypeDef                   *Instance;                   /*!< Register base address */
 ADC_InitTypeDef               Init;                        /*!< ADC required parameters */
  __IO uint32_t                 NbrOfCurrentConversionRank;  /*!< ADC number of current conversion rank */
 DMA_HandleTypeDef             *DMA_Handle;                 /*!< Pointer DMA Handler */
 HAL_LockTypeDef               Lock;                        /*!< ADC locking object */
 __IO uint32_t                 State;                       /*!< ADC communication state */
 __IO uint32_t                 ErrorCode;                   /*!< ADC Error code */
}ADC_HandleTypeDef;

從上面的定義可以看出，ADC_HandleTypeDef中包含了ADC可能出現(xiàn)的所有定義，對于用戶想要使用ADC只要定義一個ADC_HandleTypeDef的變量，給每個變量賦好值，對應(yīng)的外設(shè)就抽象完了。接下來就是具體使用了。

當(dāng)然，對于那些共享型外設(shè)或者說系統(tǒng)外設(shè)來說，他們不需要進行以上這樣的抽象，這些部分與原來的標(biāo)準外設(shè)庫函數(shù)基本一樣。例如以下外設(shè)：

• GPIO
• SYSTICK
• NVIC
• RCC
• FLASH

以GPIO 為例，對于HAL_GPIO_Init()函數(shù)，其只需要GPIO地址以及其初始化參數(shù)即可。

1 三種編程方式

HAL庫對所有的函數(shù)模型也進行了統(tǒng)一。在HAL庫中，支持三種編程模式：輪詢模式、中斷模式、DMA模式（如果外設(shè)支持）。其分別對應(yīng)如下三種類型的函數(shù)（以ADC為例）：

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc);


HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);


HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t* pData, uint32_t Length);
HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc);

其中，帶_IT的表示工作在中斷模式下；帶_DMA的工作在DMA模式下（注意：DMA模式下也是開中斷的）；什么都沒帶的就是輪詢模式（沒有開啟中斷的）。至于使用者使用何種方式，就看自己的選擇了。

此外，新的HAL庫架構(gòu)下統(tǒng)一采用宏的形式對各種中斷等進行配置（原來標(biāo)準外設(shè)庫一般都是各種函數(shù)）。針對每種外設(shè)主要由以下宏：

• __HAL_PPP_ENABLE_IT(HANDLE, INTERRUPT)：使能一個指定的外設(shè)中斷
• __HAL_PPP_DISABLE_IT(HANDLE, INTERRUPT)：失能一個指定的外設(shè)中斷
• __HAL_PPP_GET_IT (HANDLE, __ INTERRUPT __)：獲得一個指定的外設(shè)中斷狀態(tài)
• __HAL_PPP_CLEAR_IT (HANDLE, __ INTERRUPT __)：清除一個指定的外設(shè)的中斷狀態(tài)
• __HAL_PPP_GET_FLAG (HANDLE, FLAG)：獲取一個指定的外設(shè)的標(biāo)志狀態(tài)
• __HAL_PPP_CLEAR_FLAG (HANDLE, FLAG)：清除一個指定的外設(shè)的標(biāo)志狀態(tài)
• __HAL_PPP_ENABLE(HANDLE) ：使能外設(shè)
• __HAL_PPP_DISABLE(HANDLE) ：失能外設(shè)
• __HAL_PPP_XXXX (HANDLE, PARAM) ：指定外設(shè)的宏定義
• _HAL_PPP_GETIT_SOURCE (HANDLE, __ INTERRUPT __)檢查中斷源

2 三大回調(diào)函數(shù)

在 HAL 庫的源碼中，到處可見一些以__weak開頭的函數(shù)，而且這些函數(shù)，有些已經(jīng)被實現(xiàn)了，比如：

有些則沒有被實現(xiàn)，例如：

__weak void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
/* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hspi);
/* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,the HAL_SPI_TxCpltCallback should be implemented in the user file
  */
}

所有帶有__weak關(guān)鍵字的函數(shù)表示，就可以由用戶自己來實現(xiàn)。如果出現(xiàn)了同名函數(shù)，且不帶__weak關(guān)鍵字，那么連接器就會采用外部實現(xiàn)的同名函數(shù)。通常來說，HAL庫負責(zé)整個處理和MCU外設(shè)的處理邏輯，并將必要部分以回調(diào)函數(shù)的形式給出到用戶，用戶只需要在對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)中做修改即可。

HAL 庫包含如下三種用戶級別回調(diào)函數(shù)(PPP為外設(shè)名)：

1. 外設(shè)系統(tǒng)級初始化/解除初始化回調(diào)函數(shù)（用戶代碼的第二大部分：對于MSP的處理）：HAL_PPP_MspInit()和HAL_PPP_MspDeInit例如：__weak void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)。在HAL_PPP_Init() 函數(shù)中被調(diào)用，用來初始化底層相關(guān)的設(shè)備（GPIOs, clock, DMA, interrupt）

2. 處理完成回調(diào)函數(shù)：HAL_PPP_ProcessCpltCallback（Process指具體某種處理，如UART的Tx），例如：__weak void HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)。當(dāng)外設(shè)或者DMA工作完成后時，觸發(fā)中斷，該回調(diào)函數(shù)會在外設(shè)中斷處理函數(shù)或者DMA的中斷處理函數(shù)中被調(diào)用

3. 錯誤處理回調(diào)函數(shù)：HAL_PPP_ErrorCallback例如：__weak void HAL_SPI_ErrorCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)。當(dāng)外設(shè)或者DMA出現(xiàn)錯誤時，觸發(fā)終端，該回調(diào)函數(shù)會在外設(shè)中斷處理函數(shù)或者DMA的中斷處理函數(shù)中被調(diào)用。

參考文檔：

ST-Description of STM32F4 HAL and LL drivers.pdf
ST-en.stm32_embedded_software_offering.pdf