我們在控制模塊中所使用的處理器是Cortex-M4系列中的STM32F407VE，這個處理器芯片有100個引腳，其中包含一些電源供電引腳、外部晶振引腳、SWD程序燒錄引腳和我們最常用的GPIO功能引腳：

實際上，我們使用的GPIO并不多，我們只使用了3路AD采集、Uart1和Uart2、I2C1、Tim3和Tim4的PWM輸出引腳以及幾個普通GPIO腳（具體使用情況請參照《控制模塊》）。STM32有豐富的硬件資源供我們使用，例如：AD采集、串口、I2C、SPI、SDIO、CAN、USB_OTG_FS、USB_OTG_HS、I2S、PWM輸出、PWM采集、GPIO輸入輸出等。在這一節(jié)里我們將完成STM32的第一個小程序：點亮LED燈。

一、開發(fā)環(huán)境搭建：

我們的整個項目都會在Linux系統(tǒng)下完成，因此后續(xù)所有章節(jié)中如無特殊說明，我們都默認在Linux下搭建所有的開發(fā)環(huán)境。

首先，我們需要下載并安裝在Arm平臺下的gcc編譯工具arm-none-eabi-gcc。作者所使用的Linux發(fā)行版為Arch-Linux，可以直接使用下面命令進行安裝：

#Arch-Linux
pacman -S arm-none-eabi-gcc


#Fedora
yum install arm-none-eabi-gcc


#ubuntu
apt-get install arm-none-eabi-gcc

一般來說，其它Linux的發(fā)行版都有著自己的安裝軟件包的方式，我們不再一一列舉。此外，我們還可以直接在GNU的網(wǎng)站上直接下載壓縮包。

我們下載Linux x86_64 Tarball壓縮包，解壓到指定目錄，并將其目錄加入到PATH環(huán)境變量中，最后執(zhí)行以下命令的查看是否安裝成功：

$ arm-none-eabi-gcc --version
arm-none-eabi-gcc (GNU Tools for ARM Embedded Processors) 5.4.1 20160919 (release) [ARM/embedded-5-branch revision 240496]
Copyright (C) 2015 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

其次，我們還需要使用STM32F4xx的標準開發(fā)庫，我們可以到STM32官方的網(wǎng)站上下載。

我們需要下載F4系列的標準開發(fā)庫，下載并解壓之后，得到以下目錄：

├── CMSIS
│   ├── Device
│   └── Include
└── STM32F4xx_StdPeriph_Driver
    ├── inc
    └── src

這樣我們的開發(fā)環(huán)境就準備好了，接下來就可以在這個開發(fā)環(huán)境下進行開發(fā)了。

二、點亮LED燈：

使用arm gcc來編譯STM32所運行的程序，我們需要編寫一個Makefile如下：

# Output files
ELF_FILE  =  led.elf
BIN_FILE  =  led.bin
HEX_FILE  =  led.hex
INFO_FILE  =  led.info
CODE_FILE  =  led.code


#------------------------------------------------------------------------#
# Cross Compiler
CC      =  arm-none-eabi-gcc
OBJCOPY    =  arm-none-eabi-objcopy
OBJDUMP    =  arm-none-eabi-objdump
READELF    =  arm-none-eabi-readelf


#------------------------------------------------------------------------#
# Flags
CFLAGS    +=  -std=gnu11
CFLAGS    +=  -mthumb
CFLAGS    +=  -Wno-incompatible-pointer-types
CFLAGS    +=  -Wno-unused-but-set-variable
CFLAGS    +=  -Wno-unused-variable
CFLAGS    +=  -mcpu=cortex-m4
CFLAGS    +=  -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=hard
CFLAGS    +=  -D"assert_param(expr)=((void)0)"
CFLAGS    +=  -D STM32F40XX -DUSE_STDPERIPH_DRIVER
CFLAGS    +=  -nostartfiles


#------------------------------------------------------------------------#
# Link script
CFLAGS    +=  -Wl,-Tled.ld


#------------------------------------------------------------------------#
# Libraries
STM32_LIBS  =  libs/STM32F4xx_StdPeriph_Driver
CFLAGS    +=  -I$(STM32_LIBS)/inc
CFLAGS    +=  -Ilibs/CMSIS/Include
CFLAGS    +=  -Ilibs/CMSIS/Device/ST/STM32F4xx/Include


#------------------------------------------------------------------------#
# Src Path
SRCS    =  ./src
CFLAGS    +=  -I$(SRCS)
CFLAGS    +=  -I./inc


#------------------------------------------------------------------------#
# Main Board
SRC      +=  $(SRCS)/main.c


#------------------------------------------------------------------------#
# System
SRC      +=  ./src/system_stm32f4xx.c


STARTUP    =  ./src/startup_stm32f40xx.s


#------------------------------------------------------------------------#
# StdPeriph
SRC      +=  $(STM32_LIBS)/src/misc.c 
        $(STM32_LIBS)/src/stm32f4xx_rcc.c 
        $(STM32_LIBS)/src/stm32f4xx_gpio.c


STARTUP_OBJ  =  startup_stm32f40xx.o


all:$(BIN_FILE) $(HEX_FILE) $(INFO_FILE) $(CODE_FILE)


$(BIN_FILE):$(ELF_FILE)
  $(OBJCOPY) -O binary $^ $@


$(HEX_FILE):$(ELF_FILE)
  $(OBJCOPY) -O ihex $^ $@


$(INFO_FILE):$(ELF_FILE)
  $(READELF) -a $^ > $@


$(CODE_FILE):$(ELF_FILE)
  $(OBJDUMP) -S $^ > $@


$(STARTUP_OBJ):$(STARTUP)
  $(CC) $(CFLAGS) $^ -c $(STARTUP)


$(ELF_FILE):$(SRC) $(STARTUP_OBJ)
  $(CC) $(CFLAGS)  $^ -o $@

之后，我們還需要編寫一個led.ld的鏈接腳本，內(nèi)容如下：

/* Entry Point */
ENTRY(Reset_Handler)


/* Highest address of the user mode stack */
_estack = 0x20020000;    /* end of 128K RAM on AHB bus*/


/* Generate a link error if heap and stack don't fit into RAM */
_Min_Heap_Size = 0;      /* required amount of heap  */
_Min_Stack_Size = 0x400; /* required amount of stack */


/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
  FLASH (rx)      : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K
  RAM (xrw)       : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
  CCMRAM (rw)     : ORIGIN = 0x10000000, LENGTH = 64K
}


/* Define output sections */
SECTIONS
{
  .myBufBlock 0x10000000 :
    {
        KEEP(*(.myBufSection)) /* keep my variable even if not referenced */
    } > CCMRAM


  /* The startup code goes first into FLASH */
  .isr_vector :
  {
    . = ALIGN(4);
    KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */
    . = ALIGN(4);
  } >FLASH


  /* The program code and other data goes into FLASH */
  .text :
  {
    . = ALIGN(4);
    *(.text)           /* .text sections (code) */
    *(.text*)          /* .text* sections (code) */
    *(.rodata)         /* .rodata sections (constants, strings, etc.) */
    *(.rodata*)        /* .rodata* sections (constants, strings, etc.) */
    *(.glue_7)         /* glue arm to thumb code */
    *(.glue_7t)        /* glue thumb to arm code */
  *(.eh_frame)


    KEEP (*(.init))
    KEEP (*(.fini))


    . = ALIGN(4);
    _etext = .;        /* define a global symbols at end of code */
    _exit = .;
  } >FLASH




   .ARM.extab   : { *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*) } >FLASH
    .ARM : {
    __exidx_start = .;
      *(.ARM.exidx*)
      __exidx_end = .;
    } >FLASH


  .preinit_array     :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);
    KEEP (*(.preinit_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);
  } >FLASH
  .init_array :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);
    KEEP (*(SORT(.init_array.*)))
    KEEP (*(.init_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
  } >FLASH
  .fini_array :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .);
    KEEP (*(.fini_array*))
    KEEP (*(SORT(.fini_array.*)))
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .);
  } >FLASH


  /* used by the startup to initialize data */
  _sidata = .;


  /* Initialized data sections goes into RAM, load LMA copy after code */
  .data : AT ( _sidata )
  {
    . = ALIGN(4);
    _sdata = .;        /* create a global symbol at data start */
    *(.data)           /* .data sections */
    *(.data*)          /* .data* sections */


    . = ALIGN(4);
    _edata = .;        /* define a global symbol at data end */
  } >RAM


  /* Uninitialized data section */
  . = ALIGN(4);
  .bss :
  {
    /* This is used by the startup in order to initialize the .bss secion */
    _sbss = .;         /* define a global symbol at bss start */
    __bss_start__ = _sbss;
    *(.bss)
    *(.bss*)
    *(COMMON)


    . = ALIGN(4);
    _ebss = .;         /* define a global symbol at bss end */
    __bss_end__ = _ebss;
  } >RAM


  /* User_heap_stack section, used to check that there is enough RAM left */
  ._user_heap_stack :
  {
    . = ALIGN(4);
    PROVIDE ( end = . );
    PROVIDE ( _end = . );
    . = . + _Min_Heap_Size;
    . = . + _Min_Stack_Size;
    . = ALIGN(4);
  } >RAM


  /* Remove information from the standard libraries */
  /DISCARD/ :
  {
    libc.a ( * )
    libm.a ( * )
    libgcc.a ( * )
  }


  .ARM.attributes 0 : { *(.ARM.attributes) }
}

最后，我們編寫程序源代碼文件main.c，實現(xiàn)LED亮燈功能：

#include < stm32f4xx.h >
#include < stm32f4xx_conf.h > 


int main(int argc, char* argv[])
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = { 0 };
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);


  GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_0, 0);
  GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_1, 0);


  while (1)
  {
  }
}

需要說明的是，我們先來看一下LED電路的原理圖：

可以看到兩個LED分別使用的是PE0和PE1引腳，當引腳為低電平時LED燈亮起，當引腳為高電平時LED熄滅，因此，當我們希望LED亮起只需要通過GPIO_WriteBit()函數(shù)將PE0和PE1拉低即可。

點亮了兩個LED之后，我們還可以將源代碼修改一下，讓LED變?yōu)殚W爍狀態(tài)：

#include < stm32f4xx.h >
#include < stm32f4xx_conf.h > 


int main(int argc, char* argv[])
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = { 0 };
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);


  while (1)
  {
    GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_0, 1);
    GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_1, 0);
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
    {
    }
    GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_0, 0);
    GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_1, 1);
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
    {
    }
  }
}

我們在while循環(huán)中加入兩個for循環(huán)讓處理器執(zhí)行100000次實現(xiàn)程序“等待一小會兒”的功能，但實際上這段時間處理器還是在運行的。