STM32裸机编程指南-10

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#stm32 #单片机 #嵌入式硬件

于 2023-01-19 08:51:38 首次发布

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STM32裸机编程指南-1，存储和寄存器相关知识
STM32裸机编程指南-2，更易读的外设寄存器编程
STM32裸机编程指南-3，启动代码和向量表
STM32裸机编程指南-4，Makefile构建自动化
STM32裸机编程指南-5，闪烁LED
STM32裸机编程指南-6，用SysTick中断实现闪烁
STM32裸机编程指南-7，添加串口调试输出
STM32裸机编程指南-8，重定向printf()到串口
STM32裸机编程指南-9，用Segger Ozone进行调试
STM32裸机编程指南-10，供应商CMSIS头文件
STM32裸机编程指南-11，配置时钟
STM32裸机编程指南-12，带设备仪表盘的网络服务器

供应商CMSIS头文件

在前面的部分，我们仅使用数据手册、编辑器和GCC编译器开发了固件程序，使用数据手册创建了外设结构定义。

现在我们已经知道MCU是怎么工作的，是时候介绍一下CMSIS头文件了。它是什么？它是由MCU厂商创建和提供的带有全部定义的头文件。它包含MCU相关的全部，所以很庞大。

CMSIS代表通用微控制器软件接口标准（Common Microcontroller Software Interface Standard），因此它是MCU制造商指定外设API的共同基础。因为CMSIS是一种ARM标准，并且CMSIS头文件由MCU厂商提供，所以是权威的来源。因此，使用供应商头文件是首选方法，而不是手动编写定义。

在这一节，我们将使用供应商CMSIS头文件替换 mcu.h 中的API函数，并保持固件其它部分不变。

STM32 F4系列的CMSIS头文件在这个仓库，从那里将以下文件拷到我们的固件文件夹step-5-cmsis：

上面两个头文件依赖标准的ARM CMSIS，所以需要同时下载它们：

然后移除 mcu.h 中所有外设API和定义，只留下标准C包含、供应商CMSIS包含，引脚定义等：

#pragma once

#include <inttypes.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>

#include "stm32f429xx.h"

#define FREQ 16000000  // CPU frequency, 16 Mhz
#define BIT(x) (1UL << (x))
#define PIN(bank, num) ((((bank) - 'A') << 8) | (num))
#define PINNO(pin) (pin & 255)
#define PINBANK(pin) (pin >> 8)

static inline void spin(volatile uint32_t count) {
  while (count--) asm("nop");
}

static inline bool timer_expired(uint32_t *t, uint32_t prd, uint32_t now) {
  ...
}

如果我们执行 make clean build 重新编译固件，GCC会报错：缺少 systick_init(), GPIO_MODE_OUTPUT, uart_init(),
和 UART3。我们使用STM32 CMSIS文件重新添加它们。

从 systick_init() 开始， core_cm4.h 头文件中定义了 SysTick_Type 结构体，与我们的 struct systick 和 SysTick 外设相关宏定义作用相同。还有，stm32f429xx.h 头文件中有一个 RCC_TypeDef 结构体与我们的 RCC 宏定义一样，所以我们的 systick_init() 函数几乎不用修改，只需要用 SYSTICK 替换 SysTick：

static inline void systick_init(uint32_t ticks) {
  if ((ticks - 1) > 0xffffff) return;  // Systick timer is 24 bit
  SysTick->LOAD = ticks - 1;
  SysTick->VAL = 0;
  SysTick->CTRL = BIT(0) | BIT(1) | BIT(2);  // Enable systick
  RCC->APB2ENR |= BIT(14);                   // Enable SYSCFG
}

接下来是 gpio_set_mode() 函数。stm32f429xx.h 头文件中有一个 GPIO_TypeDef 结构体，与我们的 struct gpio 相同，使用它改写：

#define GPIO(bank) ((GPIO_TypeDef *) (GPIOA_BASE + 0x400 * (bank)))
enum { GPIO_MODE_INPUT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_MODE_AF, GPIO_MODE_ANALOG };

static inline void gpio_set_mode(uint16_t pin, uint8_t mode) {
  GPIO_TypeDef *gpio = GPIO(PINBANK(pin));  // GPIO bank
  int n = PINNO(pin);                      // Pin number
  RCC->AHB1ENR |= BIT(PINBANK(pin));       // Enable GPIO clock
  gpio->MODER &= ~(3U << (n * 2));         // Clear existing setting
  gpio->MODER |= (mode & 3) << (n * 2);    // Set new mode
}

gpio_set_af() 和 gpio_write() 也是一样简单替换就行。

然后是串口，CMSIS中有 USART_TypeDef 和 USART1、USART2、USART3 的定义，使用它们：

#define UART1 USART1
#define UART2 USART2
#define UART3 USART3

在 uart_init() 以及其它串口函数中将 struct uart 替换为 USART_TypeDef，其余部分保持不变。

做完这些，重新编译和烧写固件。LED又闪烁起来，串口也有输出了。恭喜！

我们已经使用供应商CMSIS头文件重写了固件代码，现在重新组织下代码，把所有标准文件放到 include 目录下，然后更新Makefile文件让GCC编译器知道：

...
  -g3 -Os -ffunction-sections -fdata-sections -I. -Iinclude \

现在得到了一个可以在未来的工程中重用的工程模板。

完整工程源码可以在 step-5-cmsis 文件夹找到。

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