很久之前就听说st出了一个新版本的库,用于代替原来的标准库,非常好奇,但是一直没有机会去体验。这次借着做毕设的机会,尝试着切换到新库。
官网介绍说,hal(hardware abstract layer)是一层硬件的抽象,看到这里,我非常激动,看来st终于意识到原来标准库的问题了,原来的标准库非常依赖于具体硬件细节,很难体现出使用库的优势,而且很难移植。同时我也非常好奇,st到底是如何把不同系列mcu的操作给封装起来的,是不是足够抽象,方便移植。
话不多说,直接上官网下下来再说。
上图就是hal库的全部内容,其中STM32F1xx_HAL_Driver中属于hal库的内容。
拿到库第一步需要做的就是配置一个简单的hello world,我在配置的时候,出现了非常多的问题。最开始非常自信,只从文件夹里挑选自认为有用的文件加入到工程中,结果出现了各种问题,里面各种库的依赖关系比较复杂,如果不是很熟悉整个架构的话,还是老老实实拷贝整个文件夹吧。
配置之前,首先要了解一下整个库的框架,官方给的框架图如下:
个人认为这幅图和我理解的有些许出入,故重新画了一张:
有几点区别:
了解了架构,下面我们就来配置一个简单的工程吧。
配置工程:
4.编写代码:
配置stm32f1xx_hal_conf.h:
这里面有许多用于配置的宏,比如用于精准延时的晶振频率,还有各个外设模块的开关等等。
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); }}
整个编程步骤就是,hal库初始化->开外设时钟->外设初始化->用户程序,然后在msp.c文件里实现其他平台相关的杂七杂八的操作,需要调用的时候会自动调用,我这里只实现了一个点亮led的功能,故只实现了HAL_MspInit()函数。如果我们要使用uart、adc等其他更复杂的外设,我们需要在msp.c文件里重写HAL_UART_MspInit()、HAL_ADC_MspInit()等函数,当我们调用HAL_PPP_Init()时,他们都会自动被调用。
说到这里,我要说一下这里其实使用了一个c语言的技巧,实现了类似于c++的重载功能。比如我们来看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 */ }
函数被__weak修饰了,意思就是,如果别处没定义,这个函数就是他,如果别处重定义了,就用新的函数,这样就实现了重载。这有一个很大的好处,就是实现oo思想中的差异化编程,hal实现所有硬件通用的功能,而把不通用的部分通过可重载的函数开放给用户修改。
体现oo的还有个地方,每个函数中,都会接收到一个handle指针,这其实和this指针非常类似,每个函数都不用知道自己到底是在操作某一个具体的对象,只需要根据handle的指向来操作就可以了。
回到上面的重载。在hal库中有一点比较大的改变是,中断都是通过回调函数来开放给用户的,具体使用方式也是重载相关回调函数,不像标准库是直接在stm32fxxx_it.c里填写相关中断处理函数。这样做的好处是,hal帮我们处理了一些中断来临时的杂务,只把我们感兴趣的事件开放给用户。
但是个人觉得这个改变需要再彻底一点,因为这并没有解决代码耦合性的痛点,每一次我们需要写中断函数的时候,总是要去改底层代码,而如果st给我们实现一个注册回调的接口,那么上层和下层之前就完全分离了,应用层各个模块之间也不会产生耦合。
总结:
总体而言,hal相比于标准库,层次架构更加清晰了,对平台更加抽象,但是还远远不够,依然非常依赖于具体的硬件,如果能实现Qt的那种抽象就完美了。用户使用的时候,只用包含hal.h而不用去管是hal_f1还是hal_f2或是什么其他系列的头文件,所有系列的代码打包在一起,通过条件编译来实现真正的跨平台,而如果需要使用某款mcu的特色功能时,就再包含一个hal_f1extend.h。如果这些st都实现了,那么单片机编程将会变得和应用编程一样简单方便!
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