STM32库函数实现方法

一、概述

1、调用STM32库函数配置与直接配置寄存器

① 直接配置寄存器

　　使用过51单片机的朋友都知道为了将IO口配置成某种特殊功能或者配置中断控制，我们先将需要如下步骤：　　

根据需要配置功能计算值---->直接写入寄存器

② 调用STM32库函数配置

　　定义一个配置结构体变量---->根据配置功能依次给这个结构体变量的成员赋值----->将结构体变量的地址传入库函数，并调用STM32库函数实现配置

　　其中最后一个步骤的"调用STM32库函数"，实际上就是将配置结果写入寄存器。

　　前两个步骤是以一种高级的形式（将结构体变量的成员和它的值以利于人理解的方式定义）将我们希望的配置参数写入结构体变量（内存）中。然后再将将结构体变量的地址传入库函数（这些参数就传给STM32库函数），STM32库函数根据设置参数计算出要写入寄存器的值，最后写入到寄存器中，完成整个配置。

③ 调用STM32库函数配置与直接配置寄存器的对比

　　直接配置寄存器需要计算写入值（人做的），然后直接写入。代码量要小，执行时间少，效率高，但是辛苦了人。

　　调用STM32库函数配置，计算写入值以及写入寄存器都是库函数完成的，而人就像一个领导通过结构体告诉库函数我要怎样配置。可见人的工作量大大减小了，显然辛苦了机器，不过CPU速度很高，咱们不用担心。

2、STM32库函数实现的组成

　　STM32定义了配置需要的结构体，结构体变量都是见名知意的，而且用枚举定义了许多新的类型。枚举方法适合变量值比较少的情况，分别给每个值一个名字，便于用户识别和赋值。

3、声明

　　以下阐述以配置GPIO实现流水灯程序为例进行说明，测试库函数是GPIO_Init()，

　　硬件电路如下：

二、结构体

　　GPIO_Init库函数目的就是对GPIOx设置成我们需要的参数值，参数值保存在GPIO_InitStruct。其中涉及到两个结构体，来看一下。

1、GPIO_TypeDef

　 定义是在stm32f10x.h中

typedef struct
{
  __IO uint32_t CRL;
  __IO uint32_t CRH;
  __IO uint32_t IDR;
  __IO uint32_t ODR;
  __IO uint32_t BSRR;
  __IO uint32_t BRR;
  __IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

　　看一下怎么利用这个结构体类型是怎么访问寄存器CRL、CRH？

#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000) /*!< Peripheral base address in the alias region */
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000)
#define GPIOC_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
#define GPIOC                ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)

　　GPIOC最终的值是0x40000000+0x10000+0x1000，也就是0x4001100，而且注意这个值不是int类型，而是一个指向GPIO_TypeDef结构体类型的常量指针。

访问方法一：

　　通过定义一个值等于GPIOC的指针变量，就可以访问到端口GPIOC的每一个寄存器。

GPIO_TypeDef * GPIOx = GPIOC;
GPIOx->CRH = 0xffffffff;

访问方法二：

GPIOC->CRH = 0xffffffff;

对应的反汇编代码：

0x0800037C F04F30FF  MOV      r0,#0xFFFFFFFF
0x08000380       LDR      r1,[pc,#]  ; @0x0800038C
0x08000382       STR      r0,[r1,#0x04]
0x08000384 E7F0
0x08000386
0x08000388 0C14
0x0800038A
0x0800038C       ASRS     r0,r0,#
0x0800038E       ANDS     r1,r1,r0    

　　可见GPIOC是一个常量结构体指针，而它指向的结构体成员CRH的地址因此也是个常量0x4001 1004（编译器可以计算出来）。因此可以通过这个地址直接访问结构体POTRC的成员CRH。

　　我认为这句话实际上等于：

*((volatile unsigned int *) 0x40011004) = 0xffffffff;

2、GPIO_InitTypeDef 

　　定义在stm32f10x_gpio.h中

typedef struct
{
  uint16_t GPIO_Pin;             /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
                                      This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */

  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  /*!< Specifies the speed for the selected pins.
                                      This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */

  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;    /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
                                      This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */
}GPIO_InitTypeDef;

　　初始化GPIO的结构体类型--GPIO_InitTypeDef有三个成员，需要设置的引脚GPIO_Pin，需要设置的引脚速度GPIO_Speed，需要设置的引脚工作模式GPIO_Mode。这三个成员包含了配置GPIO的所有信息，而且这三个成员都是见名知意。当然不可能直接将这三个成员写入到配置寄存器中，需要转化成对应的寄存器值才能写入，这就是GPIO_Init所要干的活。

① GPIO_Pin

　　GPIO_Pin的类型是uint16_t，那么它的取值表含义是什么呢？

#define GPIO_Pin_0                 ((uint16_t)0x0001)  /*!< Pin 0 selected */
#define GPIO_Pin_1                 ((uint16_t)0x0002)  /*!< Pin 1 selected */
#define GPIO_Pin_2                 ((uint16_t)0x0004)  /*!< Pin 2 selected */
#define GPIO_Pin_3                 ((uint16_t)0x0008)  /*!< Pin 3 selected */
#define GPIO_Pin_4                 ((uint16_t)0x0010)  /*!< Pin 4 selected */
#define GPIO_Pin_5                 ((uint16_t)0x0020)  /*!< Pin 5 selected */
#define GPIO_Pin_6                 ((uint16_t)0x0040)  /*!< Pin 6 selected */
#define GPIO_Pin_7                 ((uint16_t)0x0080)  /*!< Pin 7 selected */
#define GPIO_Pin_8                 ((uint16_t)0x0100)  /*!< Pin 8 selected */
#define GPIO_Pin_9                 ((uint16_t)0x0200)  /*!< Pin 9 selected */
#define GPIO_Pin_10                ((uint16_t)0x0400)  /*!< Pin 10 selected */
#define GPIO_Pin_11                ((uint16_t)0x0800)  /*!< Pin 11 selected */
#define GPIO_Pin_12                ((uint16_t)0x1000)  /*!< Pin 12 selected */
#define GPIO_Pin_13                ((uint16_t)0x2000)  /*!< Pin 13 selected */
#define GPIO_Pin_14                ((uint16_t)0x4000)  /*!< Pin 14 selected */
#define GPIO_Pin_15                ((uint16_t)0x8000)  /*!< Pin 15 selected */
#define GPIO_Pin_All               ((uint16_t)0xFFFF)  /*!< All pins selected */

　　选中某一位（置1），就意味着要配置这一位。

② GPIO_Speed

　　它的类型是一个枚举类型--GPIOSpeed_TypeDef

typedef enum
{
GPIO_Speed_10MHz = ,
GPIO_Speed_2MHz,
GPIO_Speed_50MHz
}GPIOSpeed_TypeDef;

　　可见GPIO_Speed只有三种取值，这三种取值无疑是见名知意的。GPIO_Speed_10MHz = 1，编译器自动的会为剩余两种取值以合适的数字值取代：GPIO_Speed_2MHz=2,GPIO_Speed_50MHz=3。

　　用枚举类型定义取值较少的类型带来的好处：

• 见名知意
• 便于检查

③ GPIO_Mode

　　它的类型也是一个枚举类型--  GPIOMode_TypeDef

typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,
  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,
  GPIO_Mode_IPD = 0x28,
  GPIO_Mode_IPU = 0x48,
  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,
  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,
  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,
  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18
}GPIOMode_TypeDef;

　　这里人为的给每一种类型值都设置了数字值，其目的肯定是为了以后根据这些数字值便于得到写入寄存器的值，也就是便于GPIO_Init函数根据这些值得到对应配置寄存器的值。

三、库函数

　　GPIO_Init函数的功能是配置GPIOx，实际上就是配置GPIOx的六个寄存器。

  __IO uint32_t CRL;
  __IO uint32_t CRH;
  __IO uint32_t IDR;
  __IO uint32_t ODR;
  __IO uint32_t BSRR;
  __IO uint32_t BRR;
  __IO uint32_t LCKR;

　　函数代码如下：

/**
  * @brief  Initializes the GPIOx peripheral according to the specified
  *         parameters in the GPIO_InitStruct.
  * @param  GPIOx: where x can be (A..G) to select the GPIO peripheral.
  * @param  GPIO_InitStruct: pointer to a GPIO_InitTypeDef structure that
  *         contains the configuration information for the specified GPIO peripheral.
  * @retval None
  */
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)
{
  uint32_t currentmode = 0x00, currentpin = 0x00, pinpos = 0x00, pos = 0x00;
  uint32_t tmpreg = 0x00, pinmask = 0x00;
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
  assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode));
  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_InitStruct->GPIO_Pin));  

/*---------------------------- GPIO Mode Configuration -----------------------*/
  currentmode = ((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x0F);
  if ((((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x10)) != 0x00)
  {
    /* Check the parameters */
    assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_InitStruct->GPIO_Speed));
    /* Output mode */
    currentmode |= (uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Speed;
  }
/*---------------------------- GPIO CRL Configuration ------------------------*/
  /* Configure the eight low port pins */
  if (((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Pin & ((uint32_t)0x00FF)) != 0x00)
  {
    tmpreg = GPIOx->CRL;
    for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++)
    {
      pos = ((uint32_t)0x01) << pinpos;
      /* Get the port pins position */
      currentpin = (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos;
      if (currentpin == pos)
      {
        pos = pinpos << ;
        /* Clear the corresponding low control register bits */
        pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;
        tmpreg &= ~pinmask;
        /* Write the mode configuration in the corresponding bits */
        tmpreg |= (currentmode << pos);
        /* Reset the corresponding ODR bit */
        if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD)
        {
          GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);
        }
        else
        {
          /* Set the corresponding ODR bit */
          if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU)
          {
            GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);
          }
        }
      }
    }
    GPIOx->CRL = tmpreg;
  }
/*---------------------------- GPIO CRH Configuration ------------------------*/
  /* Configure the eight high port pins */
  if (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin > 0x00FF)
  {
    tmpreg = GPIOx->CRH;
    for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++)
    {
      pos = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
      /* Get the port pins position */
      currentpin = ((GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos);
      if (currentpin == pos)
      {
        pos = pinpos << ;
        /* Clear the corresponding high control register bits */
        pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;
        tmpreg &= ~pinmask;
        /* Write the mode configuration in the corresponding bits */
        tmpreg |= (currentmode << pos);
        /* Reset the corresponding ODR bit */
        if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD)
        {
          GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
        }
        /* Set the corresponding ODR bit */
        if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU)
        {
          GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
        }
      }
    }
    GPIOx->CRH = tmpreg;
  }
}

　　其中的英文注释已经写的非常清晰，不在多余的注释了，主要的是列出它的流程图：

四、总结库函数的实现

　　STM32定义了许多结构体、宏、枚举类型，给用户提供了见名知意的设置参数方法。

　　STM32库函数根据这些设置参数计算出要写入寄存器的值，最后写入到寄存器中，完成配置。

参考资料：《STM32库开发实战指南》