很久之前就聽說st出了一個(gè)新版本的庫，用于代替原來的標(biāo)準(zhǔn)庫，非常好奇，但是一直沒有機(jī)會(huì)去體驗(yàn)。這次借著做畢設(shè)的機(jī)會(huì)，嘗試著切換到新庫。

官網(wǎng)介紹說，hal（hardware abstract layer）是一層硬件的抽象，看到這里，我非常激動(dòng)，看來st終于意識(shí)到原來標(biāo)準(zhǔn)庫的問題了，原來的標(biāo)準(zhǔn)庫非常依賴于具體硬件細(xì)節(jié)，很難體現(xiàn)出使用庫的優(yōu)勢(shì)，而且很難移植。同時(shí)我也非常好奇，st到底是如何把不同系列mcu的操作給封裝起來的，是不是足夠抽象，方便移植。

話不多說，直接上官網(wǎng)下下來再說。

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上圖就是hal庫的全部內(nèi)容，其中STM32F1xx_HAL_Driver中屬于hal庫的內(nèi)容。

拿到庫第一步需要做的就是配置一個(gè)簡單的hello world，我在配置的時(shí)候，出現(xiàn)了非常多的問題。最開始非常自信，只從文件夾里挑選自認(rèn)為有用的文件加入到工程中，結(jié)果出現(xiàn)了各種問題，里面各種庫的依賴關(guān)系比較復(fù)雜，如果不是很熟悉整個(gè)架構(gòu)的話，還是老老實(shí)實(shí)拷貝整個(gè)文件夾吧。

配置之前，首先要了解一下整個(gè)庫的框架，官方給的框架圖如下：

捕獲.PNG

個(gè)人認(rèn)為這幅圖和我理解的有些許出入，故重新畫了一張：

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有幾點(diǎn)區(qū)別：

• cmsis我放在了驅(qū)動(dòng)層的最底層，因?yàn)閏msis庫中包含的內(nèi)容都是和具體cpu內(nèi)核相關(guān)的東西，還有一些地址定義，這些都是非常底層的東西了，而且hal層確實(shí)是依賴于cmsis。
• hal底層我增加了一層msp，類似于bsp，全稱是mcu support package，這一層相當(dāng)于hal的驅(qū)動(dòng)層，與硬件相關(guān)的部分比如最終的時(shí)鐘配置，gpio配置等等提取出來，交給用戶配置。

了解了架構(gòu)，下面我們就來配置一個(gè)簡單的工程吧。

1. 首先拷貝整個(gè)Driver目錄到工程中。
2. 新建user文件夾，新建main.c文件。
   找到stm32f1xx_hal_conf_template.h,stm32f1xx_hal_msp_template.c，去掉"_template"放入user文件夾。
   找到stm32f1xx_it.c和stm32f1xx_it.h放入user文件夾。
3. 新建工程
   添加源文件：

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配置工程：

• 勾選Use MicroLib，因?yàn)閔al使用了c標(biāo)準(zhǔn)庫。

• 添加全局宏定義：USE_HAL_DRIVER,STM32F103xB。關(guān)于芯片選擇，有如下表格：

  
  
  捕獲1.PNG
• 勾選c99支持，因?yàn)閔al采用的是c99標(biāo)準(zhǔn)編寫，不勾選的話，會(huì)出現(xiàn)類似于uint32_t等類型不存在的編譯錯(cuò)誤。
• 添加包含目錄，如下圖：

Paste_Image.png

4.編寫代碼：

配置stm32f1xx_hal_conf.h：
這里面有許多用于配置的宏，比如用于精準(zhǔn)延時(shí)的晶振頻率，還有各個(gè)外設(shè)模塊的開關(guān)等等。

main.c

#include "stm32f1xx_hal.h"
int main()
{
    HAL_Init();
    
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    
    GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
    gpio_initstruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    gpio_initstruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    gpio_initstruct.Pull=GPIO_NOPULL;
    gpio_initstruct.Pin=GPIO_PIN_13;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC,&gpio_initstruct);

    while(1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
        HAL_Delay(1000);
    }
    return 0;
}

stm32f1xx_hal_msp.c

#include "stm32f1xx_hal.h"
void SystemClock_Config(void);
void HAL_MspInit(void)
{
    SystemClock_Config();
}
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_ClkInitTypeDef clkinitstruct = {0};
  RCC_OscInitTypeDef oscinitstruct = {0};
  
  /* Configure PLL ------------------------------------------------------*/
  /* PLL configuration: PLLCLK = (HSI / 2) * PLLMUL = (8 / 2) * 16 = 64 MHz */
  /* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLLCLK / HSEPredivValue = 64 / 1 = 64 MHz */
  /* Enable HSI and activate PLL with HSi_DIV2 as source */
  oscinitstruct.OscillatorType  = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;//RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  oscinitstruct.HSEState        = RCC_HSE_ON;//RCC_HSE_OFF;
  oscinitstruct.LSEState        = RCC_LSE_OFF;
  oscinitstruct.HSIState        = RCC_HSI_OFF;//RCC_HSI_ON;
  oscinitstruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  oscinitstruct.HSEPredivValue    = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  oscinitstruct.PLL.PLLState    = RCC_PLL_ON;
  oscinitstruct.PLL.PLLSource   = RCC_PLLSOURCE_HSE;//RCC_PLLSOURCE_HSI_DIV2;
  oscinitstruct.PLL.PLLMUL      = RCC_PLL_MUL9;//RCC_PLL_MUL16;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&oscinitstruct)!= HAL_OK)
  {
    /* Initialization Error */
    while(1); 
  }

  /* Select PLL as system clock source and configure the HCLK, PCLK1 and PCLK2 
     clocks dividers */
  clkinitstruct.ClockType = (RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
  clkinitstruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  clkinitstruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  clkinitstruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  clkinitstruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;  
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&clkinitstruct, FLASH_LATENCY_2)!= HAL_OK)
  {
    /* Initialization Error */
    while(1); 
  }
}

整個(gè)編程步驟就是，hal庫初始化->開外設(shè)時(shí)鐘->外設(shè)初始化->用戶程序，然后在msp.c文件里實(shí)現(xiàn)其他平臺(tái)相關(guān)的雜七雜八的操作，需要調(diào)用的時(shí)候會(huì)自動(dòng)調(diào)用，我這里只實(shí)現(xiàn)了一個(gè)點(diǎn)亮led的功能，故只實(shí)現(xiàn)了HAL_MspInit()函數(shù)。如果我們要使用uart、adc等其他更復(fù)雜的外設(shè)，我們需要在msp.c文件里重寫HAL_UART_MspInit()、HAL_ADC_MspInit()等函數(shù)，當(dāng)我們調(diào)用HAL_PPP_Init()時(shí)，他們都會(huì)自動(dòng)被調(diào)用。

說到這里，我要說一下這里其實(shí)使用了一個(gè)c語言的技巧，實(shí)現(xiàn)了類似于c++的重載功能。比如我們來看UART的源文件：

/**
  * @brief  USART MSP Init.
  * @param  husart: Pointer to a USART_HandleTypeDef structure that contains
  *                 the configuration information for the specified USART module.
  * @retval None
  */
 __weak void HAL_USART_MspInit(USART_HandleTypeDef *husart)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(husart);
  /* NOTE: This function should not be modified, when the callback is needed,
           the HAL_USART_MspInit can be implemented in the user file
   */ 
}

函數(shù)被__weak修飾了，意思就是，如果別處沒定義，這個(gè)函數(shù)就是他，如果別處重定義了，就用新的函數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了重載。這有一個(gè)很大的好處，就是實(shí)現(xiàn)oo思想中的差異化編程，hal實(shí)現(xiàn)所有硬件通用的功能，而把不通用的部分通過可重載的函數(shù)開放給用戶修改。

體現(xiàn)oo的還有個(gè)地方，每個(gè)函數(shù)中，都會(huì)接收到一個(gè)handle指針，這其實(shí)和this指針非常類似，每個(gè)函數(shù)都不用知道自己到底是在操作某一個(gè)具體的對(duì)象，只需要根據(jù)handle的指向來操作就可以了。

回到上面的重載。在hal庫中有一點(diǎn)比較大的改變是，中斷都是通過回調(diào)函數(shù)來開放給用戶的，具體使用方式也是重載相關(guān)回調(diào)函數(shù)，不像標(biāo)準(zhǔn)庫是直接在stm32fxxx_it.c里填寫相關(guān)中斷處理函數(shù)。這樣做的好處是，hal幫我們處理了一些中斷來臨時(shí)的雜務(wù)，只把我們感興趣的事件開放給用戶。

但是個(gè)人覺得這個(gè)改變需要再徹底一點(diǎn)，因?yàn)檫@并沒有解決代碼耦合性的痛點(diǎn)，每一次我們需要寫中斷函數(shù)的時(shí)候，總是要去改底層代碼，而如果st給我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)注冊(cè)回調(diào)的接口，那么上層和下層之前就完全分離了，應(yīng)用層各個(gè)模塊之間也不會(huì)產(chǎn)生耦合。

總結(jié)：
總體而言，hal相比于標(biāo)準(zhǔn)庫，層次架構(gòu)更加清晰了，對(duì)平臺(tái)更加抽象，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，依然非常依賴于具體的硬件，如果能實(shí)現(xiàn)Qt的那種抽象就完美了。用戶使用的時(shí)候，只用包含hal.h而不用去管是hal_f1還是hal_f2或是什么其他系列的頭文件，所有系列的代碼打包在一起，通過條件編譯來實(shí)現(xiàn)真正的跨平臺(tái)，而如果需要使用某款mcu的特色功能時(shí)，就再包含一個(gè)hal_f1extend.h。如果這些st都實(shí)現(xiàn)了，那么單片機(jī)編程將會(huì)變得和應(yīng)用編程一樣簡單方便！