CMSIS 標(biāo)準(zhǔn)及庫層次關(guān)系

因?yàn)榛贑ortex 系列芯片采用的內(nèi)核都是相同的，區(qū)別主要為核外的片上外設(shè)的差異，這些差異卻導(dǎo)致軟件在同內(nèi)核，不同外設(shè)的芯片上移植困難。為了解決不同的芯片廠商生產(chǎn)的Cortex 微控制器軟件 的兼容性問題，ARM 與芯片廠商建立了CMSIS 標(biāo)準(zhǔn)(CortexMicroController Software Interface Standard)。

所謂CMSIS 標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際是新建了一個(gè)軟件抽象層。

CMSIS 標(biāo)準(zhǔn)中最主要的為CMSIS 核心層，它包括了：

內(nèi)核函數(shù)層：其中包含用于訪問內(nèi)核寄存器的名稱、地址定義，主要由ARM 公司提供。

設(shè)備外設(shè)訪問層：提供了片上的核外外設(shè)的地址和中斷定義，主要由芯片生產(chǎn)商提供。

可見CMSIS 層位于硬件層與操作系統(tǒng)或用戶層之間，提供了與芯片生產(chǎn)商無關(guān)的硬件抽象層，可以為接口外設(shè)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供簡單的處理器軟件接口，屏蔽了硬件差異，這對(duì)軟件的移植是有極大的好處的。STM32 的庫，就是按照CMSIS 標(biāo)準(zhǔn)建立的。

庫目錄、文件簡介

STM32 標(biāo)準(zhǔn)庫可以從官網(wǎng)獲得，也可以直接從本書的配套資料得到。本書講解的例程全部采用3.5.0 庫文件。以下內(nèi)容請(qǐng)大家打開STM32 標(biāo)準(zhǔn)庫文件配合閱讀。

解壓庫文件后進(jìn)入其目錄：

“STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\”

Libraries：文件夾下是驅(qū)動(dòng)庫的源代碼及啟動(dòng)文件，這個(gè)非常重要，我們要使用的固件庫就在這個(gè)文件夾里面。。

Project ：文件夾下是用驅(qū)動(dòng)庫寫的例子和工程模板，其中那些為每個(gè)外設(shè)寫好的例程對(duì)我們非常有用，我們?cè)趯W(xué)習(xí)的時(shí)候就可以參考這里面的例程，非常全面，簡直就是窮盡了外設(shè)的所有功能。

Utilities：包含了基于ST 官方實(shí)驗(yàn)板的例程，不需要用到，略過即可。

stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm： 庫幫助文檔，這個(gè)很有用，不喜歡直接看源碼的可以在合理查詢每個(gè)外設(shè)的函數(shù)說明，非常詳細(xì)。這是一個(gè)已經(jīng)編譯好的HTML 文件，主要講述如何使用驅(qū)動(dòng)庫來編寫自己的應(yīng)用程序。說得形象一點(diǎn)，這個(gè)HTML 就是告訴我們：ST 公司已經(jīng)為你寫好了每個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)了，想知道如何運(yùn)用這些例子就來向我求救吧。不幸的是，這個(gè)幫助文檔是英文的，這對(duì)很多英文不好的朋友來說是一個(gè)很大的障礙。但這里要告訴大家，英文僅僅是一種工具，絕對(duì)不能讓它成為我們學(xué)習(xí)的障礙。其實(shí)這些英文還是很簡單的，我們需要的是拿下它的勇氣。

在使用庫開發(fā)時(shí)，我們需要把libraries 目錄下的庫函數(shù)文件添加到工程中，并查閱庫幫助文檔來了解ST 提供的庫函數(shù)，這個(gè)文檔說明了每一個(gè)庫函數(shù)的使用方法。

進(jìn)入Libraries 文件夾看到， 關(guān)于內(nèi)核與外設(shè)的庫文件分別存放在CMSIS 和STM32F10x_StdPeriph_Driver 文件夾中。

1. CMSIS 文件夾。

其中黃色框框住的是我們需要用到的內(nèi)容，下面我們一一講解下這幾個(gè)文件的作用。

內(nèi)核相關(guān)文件

在CoreSupport 文件夾中有core_cm3.c 和core_cm3.h 兩個(gè)文件。Core_cm3.h 頭文件里

面實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核的寄存器映射，對(duì)應(yīng)外設(shè)頭文件stm32f10x.h，區(qū)別就是一個(gè)針對(duì)內(nèi)核的外設(shè)，一個(gè)針對(duì)片上(內(nèi)核之外)的外設(shè)。core_cm3.c 文件實(shí)現(xiàn)了一下操作內(nèi)核外設(shè)寄存器的函數(shù)，用的比較少。

我們還需要了解的是core_cm3.h 頭文件中包含了“stdint.h” 這個(gè)頭文件，這是一個(gè)ANSI C 文件，是獨(dú)立于處理器之外的，就像我們熟知的C 語言頭文件 “stdio.h” 文件一樣。位于RVMDK 這個(gè)軟件的安裝目錄下，主要作用是提供一些類型定義。

這些新類型定義屏蔽了在不同芯片平臺(tái)時(shí)，出現(xiàn)的諸如int 的大小是16 位，還是32 位的差異。所以在我們以后的程序中，都將使用新類型如uint8_t 、uint16_t 等。在稍舊版的程序中還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如u8、u16、u32 這樣的類型，分別表示的無符號(hào)的8位、16 位、32 位整型。初學(xué)者碰到這樣的舊類型感覺一頭霧水，它們定義的位置在STM32f10x.h 文件中。建議在以后的新程序中盡量使用uint8_t 、uint16_t 類型的定義。

啟動(dòng)文件

啟動(dòng)文件放在startup/arm 這個(gè)文件夾下面，這里面啟動(dòng)文件有很多個(gè)，不同型號(hào)的單片機(jī)用的啟動(dòng)文件不一樣，有關(guān)每個(gè)啟動(dòng)文件的詳細(xì)說明見表

我們開發(fā)板中用的STM32F103VET6 或者STM32F103ZET6 的FLASH 都是512K，屬于基本型的大容量產(chǎn)品，啟動(dòng)文件統(tǒng)一選擇startup_stm32f10x_hd.s。

Stm32f10x.h

這個(gè)頭文件實(shí)現(xiàn)了片上外設(shè)的所以寄存器的映射，是一個(gè)非常重要的頭文件，在內(nèi)核中與之想對(duì)應(yīng)的頭文件是core_cm3.h。

system_stm32f10x.c

system_stm32f10x.c 文件實(shí)現(xiàn)了STM32 的時(shí)鐘配置，操作的是片上的RCC 這個(gè)外設(shè)。系統(tǒng)在上電之后，首選會(huì)執(zhí)行由匯編編寫的啟動(dòng)文件，啟動(dòng)文件中的復(fù)位函數(shù)中調(diào)用的SystemInit 函數(shù)就在這個(gè)文件里面定義。調(diào)用完之后，系統(tǒng)的時(shí)鐘就被初始化成72M。如果后面我們需要重新配置系統(tǒng)時(shí)鐘，我們就可以參考這個(gè)函數(shù)重寫。為了維持庫的完整性，我們不會(huì)直接在這個(gè)文件里面修改時(shí)鐘配置函數(shù)。

2. STM32F10x_StdPeriph_Driver 文件夾

文件目錄：Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver

進(jìn)入libraries 目錄下的STM32F10x_StdPeriph_Driver 文件夾。

STM32F10x_StdPeriph_Driver 文件夾下有inc(include 的縮寫)跟src(source 的簡寫)這兩個(gè)文件夾，這里的文件屬于CMSIS 之外的的、芯片片上外設(shè)部分。src 里面是每個(gè)設(shè)備外設(shè)的驅(qū)動(dòng)源程序，inc 則是相對(duì)應(yīng)的外設(shè)頭文件。src 及inc 文件夾是ST 標(biāo)準(zhǔn)庫的主要內(nèi)容，甚至不少人直接認(rèn)為ST 標(biāo)準(zhǔn)庫就是指這些文件，可見其重要性。

在src 和inc 文件夾里的就是ST 公司針對(duì)每個(gè)STM32 外設(shè)而編寫的庫函數(shù)文件，每個(gè)外設(shè)對(duì)應(yīng)一個(gè) .c 和 .h 后綴的文件。我們把這類外設(shè)文件統(tǒng)稱為： stm32f10x_ppp.c 或stm32f10x_ppp.h 文件，PPP 表示外設(shè)名稱。如在上一章中我們自建的stm32f10x_gpio.c 及stm32f10x_gpio.h 文件，就屬于這一類。

如針對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)外設(shè)，在src 文件夾下有一個(gè)stm32f10x_adc.c 源文件，在inc 文件夾下有一個(gè)stm32f10x_adc.h 頭文件，若我們開發(fā)的工程中用到了STM32 內(nèi)部的ADC，則至少要把這兩個(gè)文件包含到工程里。

這兩個(gè)文件夾中，還有一個(gè)很特別的misc.c 文件，這個(gè)文件提供了外設(shè)對(duì)內(nèi)核中的NVIC(中斷向量控制器)的訪問函數(shù)，在配置中斷時(shí)，我們必須把這個(gè)文件添加到工程中。

3. stm32f10x_it.c、 stm32f10x_conf.h 和system_stm32f10x.c 文件

文件目錄：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Project\STM32F10x_StdPeriph_Template在這個(gè)文件目錄下，存放了官方的一個(gè)庫工程模板，我們?cè)谟脦旖⒁粋€(gè)完整的工程時(shí)， 還需要添加這個(gè)目錄下的stm32f10x_it.c 、stm32f10x_it.h 、stm32f10x_conf.h 和system_stm32f10x.c 這四個(gè)文件。

stm32f10x_it.c：這個(gè)文件是專門用來編寫中斷服務(wù)函數(shù)的，在我們修改前，這個(gè)文件已經(jīng)定義了一些系統(tǒng)異常(特殊中斷)的接口，其它普通中斷服務(wù)函數(shù)由我們自己添加。但是我們?cè)趺粗肋@些中斷服務(wù)函數(shù)的接口如何寫?是不是可以自定義呢?答案當(dāng)然不是，這些都可以在匯編啟動(dòng)文件中找到，在學(xué)習(xí)中斷和啟動(dòng)文件的時(shí)候我們會(huì)詳細(xì)介紹

system_stm32f10x.c：這個(gè)文件包含了STM32 芯片上電后初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器用的函數(shù)，例如我們前兩章提到供啟動(dòng)文件調(diào)用的“SystemInit”函數(shù)，用于上電后初始化時(shí)鐘，該函數(shù)的定義就存儲(chǔ)在system_stm32f10x.c 文件。STM32F103 系列的芯片，調(diào)用庫的這個(gè)SystemInit 函數(shù)后，系統(tǒng)時(shí)鐘被初始化為72MHz，如有需要可以修改這個(gè)文件的內(nèi)容，設(shè)置成自己所需的時(shí)鐘頻率，但鑒于保持庫的完整性，我們?cè)谧鱿到y(tǒng)時(shí)鐘配置的時(shí)候會(huì)另外重寫時(shí)鐘配置函數(shù)。

stm32f10x_conf.h：這個(gè)文件被包含進(jìn)stm32f10x.h 文件。當(dāng)我們使用固件庫編程的時(shí)候，如果需要某個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)庫，就需要包含該外設(shè)的頭文件：stm32f10x_ppp.h，包含一個(gè)還好，如果是用了多外設(shè)，就需要包含多個(gè)頭文件，這不僅影響代碼美觀也不好管理，現(xiàn)我們用一個(gè)頭文件stm32f10x_conf.h 把這些外設(shè)的頭文件都包含在里面，讓這個(gè)配置頭文件統(tǒng)一管理這些外設(shè)的頭文件，我們?cè)趹?yīng)用程序中只需要包含這個(gè)配置頭文件即可，我們又知道這個(gè)頭文件在stm32f10x.h 的最后被包含，所以最終我們只需要包含stm32f10x.h這個(gè)頭文件即可，非常方便。Stm32f10x_conf.h 見代碼清單10-2。默認(rèn)情況下是所以頭文件都被包含，沒有被注釋掉。我們也可以把不要的都注釋掉，只留下需要使用的即可。

stm32f10x_conf.h 這個(gè)文件還可配置是否使用“斷言”編譯選項(xiàng)，見代碼清單 10-3。

在ST 標(biāo)準(zhǔn)庫的函數(shù)中，一般會(huì)包含輸入?yún)?shù)檢查，即上述代碼中的“assert_param”宏，當(dāng)參數(shù)不符合要求時(shí)，會(huì)調(diào)用“assert_failed”函數(shù)，這個(gè)函數(shù)默認(rèn)是空的。實(shí)際開發(fā)中使用斷言時(shí)，先通過定義USE_FULL_ASSERT 宏來使能斷言，然后定義“assert_failed”函數(shù)，通常我們會(huì)讓它調(diào)用printf 函數(shù)輸出錯(cuò)誤說明。使能斷言后，程序運(yùn)行時(shí)會(huì)檢查函數(shù)的輸入?yún)?shù)，當(dāng)軟件經(jīng)過測(cè)試，可發(fā)布時(shí)，會(huì)取消USE_FULL_ASSERT宏來去掉斷言功能，使程序全速運(yùn)行。

10.1.2 庫各文件間的關(guān)系

前面向大家簡單介紹了各個(gè)庫文件的作用，庫文件是直接包含進(jìn)工程即可，絲毫不用修改，而有的文件就要我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候根據(jù)具體的需要進(jìn)行配置。接下來從整體上把握一下各個(gè)文件在庫工程中的層次或關(guān)系，這些文件對(duì)應(yīng)到CMSIS 標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)上。

上圖描述了STM32 庫各文件之間的調(diào)用關(guān)系，在實(shí)際的使用庫開發(fā)工程的過程中，我們把位于CMSIS 層的文件包含進(jìn)工程，除了特殊系統(tǒng)時(shí)鐘需要修改system_stm32f10x.c，其它文件絲毫不用修改，也不建議修改。

對(duì)于位于用戶層的幾個(gè)文件，就是我們?cè)谑褂脦斓臅r(shí)候，針對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)庫文件進(jìn)行增刪(用條件編譯的方法增刪)和改動(dòng)的文件。