STM32 HAL UART 框架初体验

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#stm32 #单片机 #嵌入式硬件

于 2020-01-11 14:27:57 首次发布

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本文详细介绍了如何使用STM32CubeMX工具配置STM32L010K8的UART2接口，包括环境配置、参数设置及中断处理。通过HAL库简化硬件寄存器操作，提高开发效率。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

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背景
开发步骤

背景

STM32开发平台，时至今日发展的已经相当成熟了，尤其对于外围硬件接口的抽象封装库，即HAL。好多基于STM32开发的工程师，习惯于直接操作外围接口相关的寄存器来完成所谓的驱动开发，其实，ST公司早就为大家准备好了对于这些外围接口的驱动框架，我们只需要直接拿来就可以使用。

可是以前，基于STM32平台开发时，存在一个问题就是，变换MCU型号时，需要在新老MCU之间移植驱动程序，移植过程中可能出现很多莫名其妙的问题，导致浪费了很多宝贵的开发时间，如何避免这种问题呢？其实，ST早就为大家考虑到了这一点，其开发了STM32CubeMX工具，基于该工具，我们可以轻松的完成各种外围接口的配置工作，而且最为神奇的就是，配置完成之后，该工具会自动生成工程代码，我们基于此，就可以直接进行开发了，免去了很多不必要的硬件寄存器配置工作。当然，对于特殊需求，我们还是需要去手动配置一些硬件寄存器，但是，这项工作大部分时间是不需要的。

既然，ST公司为我们提供了这么好用的工具，我们为什么不用起来呢？下面就基于UART的配置过程，来逐步的讲解一下，如何基于STM32CubeMX、Kiel和STM32 HAL来配置生成一个可用的开发环境。

开发步骤

配置环境

工欲善其事，必先利其器。首先第一步就是安装STM32CubeMX环境，关于STM32CubeMX环境的安装，网上有好多写的特别棒的文中，这里引用一篇
ybhuangfugui的博客，在此感谢ybhuangfugui的无私贡献。大家可以阅读该文章完成STM32CubeMX环境的安装。

在这里说一句，STM32CubeMX提供所有STM32家族的MCU芯片的初始配置抽象，并提供了HAL，封装、抽象了关于底层硬件的配置、使用过程，这是一把双刃剑，有利有弊：利是它增强了STM32不同MCU之间的兼容性，大大加快了初始开发进度，其提供的HAL为开发者提供了统一的开发接口，这样节省了宝贵开发时间。同时，基于其提供的配套的中间件(RTOS、TCP/IP、FS等），开发者可以快速的完成更高级需求的环境定制，这对于开发者来说是不小的福音；弊是，STM32 MCU毕竟是比较低级的硬件开发平台，其开发过程中涉及到大量的底层硬件操作，如果我们想彻底理解这些基础的硬件操作原理的话，可能还是需要从最为原始的硬件寄存器配置开始。

不过，个人感觉STM32CubeMX利大于弊，就像通用操作系统，其屏蔽了所有的硬件相关的操作，为开发者抽象出了进程、内存管理、文件系统、网络等等，易于开发、理解的开发接口，也是正是操作系统的逐步成熟，才最终促使了后来的计算机一次又一次的革命。我想，对于MCU来说，其过程是类似的。如今，已经进入了物联网时代，各种各样的的硬件开发平台层出不穷，各种层次的开发者都涌入到了这一开发领域。试想对于一个原来从事于Web开发的人员来说，其不可能从头去理解底层的硬件知识，其需要的就是一个快速、高效的配置工具，完成原始开发环境的搭建。这时，STM32CubeMX就可以提供很大的帮助。

相信，STM32CubeMX未来肯定会发展的更为智能，任何一个有志于基于该平台开发的开发者，都会被其强度的功能所折服的，零基础的开发人员也能够快速上手该平台。我想，这可能也是STM32CubeMX未来的目标吧。

最后说明一下，本文所使用的STM32CubeMX的版本是：5.5.0。温馨提示，不同版本的操作步骤也能不太一样，所以建议使用相同的版本进行配置。

开始配置

首先，我们需要确定我们所使用的STM32的MCU具体型号，然后，打开STM32CubeMX，创建一个新的工程。

我们选择第一个“ACCESSTO MCU SELECTOR”，开始创建一个工程。我们选择的MCU是STM32L010K8，安装如下图的步骤创建工程。

选择MCU型号
查看MCU型号信息
创建项目

然后，选择Project Manager项目，配置本项目的一些信息。

接下来，我们进行Pinout & Configuration配置，这里面会涉及到MCU提供的所有外围硬件的相关配置。本文主要关注的是UART的配置过程，STM32L010K8提供一个UART2和LPUART，我们选择的配置项为UART2。

UART2的基本配置步骤如下，

选择UART2配置项。
选择UART2的工作模式，这里选择的是Asynchronous。
配置UART2的参数，参数分为Basic Parameters、Advanced Paramters、Advanced Features几类。
- 基本参数配置就是波特率、字长、校验方式、停止位；
- 高级参数配置就是数据传输方向、采集相关的配置；
- 高级特性配置：就是UART2提供的一些比较高级的功能，比如，自适应波特率、Overrun等。

我们选择UART2的中断方式处理数据的传输模式，所以，需要进一步配置NVIC。配置步骤如下：

点击System Core中的NVIC配置。
使能USART2中断，并配置中断抢占优先级为0。

还有就是需要确定UART2使用GPIO引脚，配置方式如下：

这里使用的是PA2和PA3。

最后，配置SysClock，我们最终选择的系统主时钟频率为16MHz。

完成上述配置之后，点击GENERATE CODE完成项目代码的生成。

HAL

项目代码生成之后，我们使用Kiel打开，如下图：

下面是main中的芯片初始化代码：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */
  

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */
 
 

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

我们看到，STM32CubeMX自动生成了关于HAL、系统时钟、UART2的初始化代码。下面看一下UART2的初始化代码：

static void MX_USART2_UART_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN USART2_Init 0 */

  /* USER CODE END USART2_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN USART2_Init 1 */

  /* USER CODE END USART2_Init 1 */
  huart2.Instance = USART2;
  huart2.Init.BaudRate = 115200;
  huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  huart2.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;
  huart2.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT;
  if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN USART2_Init 2 */

  /* USER CODE END USART2_Init 2 */
}

stm32l0xx_it.c中定义了UART2的中断处理函数，代码如下：

void USART2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART2_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */

  /* USER CODE END USART2_IRQn 1 */
}

该中断处理函数用来处理所有与UART2相关的中断事件。那如何才能开启UART2的数据发送和接收呢？这就需要HAL中关于UART2数据发送接收的接口函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)；
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)；

当我们需要已中断的方式接收数据时，就调用HAL_UART_Receive_IT函数，其中第一个参数是UART的描述符，pData保存数据的缓存区，Size是缓存区的大小。注意，调用完该接口之后，UART2开始已中断的方式接收数据，数据的大小为Size，当接收了Size个字节的数据之后，UART2就不会再接收数据。若想再次接收数据，需要再一次调用HAL_UART_Receive_IT函数。一个比较好的实现就是，在重新覆盖实现下面的函数，

`__weak void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)`

该函数会在数据接收完之后被调用，然后我们在函数中，可以将数据拷贝走，然后再次调用HAL_UART_Receive_IT。

对于数据的发送，处理过程与接收类似，所不同的就是发送的接口函数为：HAL_UART_Transmit_IT，该发送完成之后的回调函数是：

__weak void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

好了，至此我们基本完成了基于STM32CubeMX的UART的配置过程，可以看到基于此种方式，我们基本上不会触碰到硬件寄存器的配置过程，所要做的就是基于HAL框架提供的接口完成APP的开发。这也许就是STM32CubeMX的魅力所在吧，简单，高效，可移植性强。
UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

好了，至此我们基本完成了基于STM32CubeMX的UART的配置过程，可以看到基于此种方式，我们基本上不会触碰到硬件寄存器的配置过程，所要做的就是基于HAL框架提供的接口完成APP的开发。这也许就是STM32CubeMX的魅力所在吧，简单，高效，可移植性强。