ST HAL库回调函数详解

ST公司的HAL库（Hardware Abstraction Layer）是STM32系列微控制器的底层驱动库，其设计采用了**回调函数（Callback Function）**机制来实现事件驱动的编程模型。回调函数允许用户在特定硬件事件（如传输完成、错误发生等）发生时，插入自定义的处理逻辑。以下是HAL库回调函数的核心概念和用法：

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1. 回调函数的作用

HAL库的回调函数主要用于：

• 异步通知：当外设完成某个操作（如DMA传输完成、中断触发）时，自动通知用户代码。
• 解耦硬件与逻辑：用户无需直接操作寄存器或中断标志，只需关注业务逻辑。
• 模块化设计：通过重写回调函数实现功能扩展，无需修改HAL库源码。

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2. 回调函数的命名规则

HAL库的回调函数遵循统一的命名格式：

• 通用格式：HAL_PPP_CallbackType(Callback)
  例如：
  • HAL_USART_TxCpltCallback（USART发送完成）
  • HAL_ADC_ConvCpltCallback（ADC转换完成）
  • HAL_TIM_PeriodElapsedCallback（定时器周期中断）
• 占位符解释：
  • PPP：外设名称（如USART、SPI、I2C等）。
  • CallbackType：事件类型（如TxCplt、RxCplt、Error等）。

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3. 回调函数的类型

HAL库中常见的回调类型包括：

回调函数类型	触发条件	示例
HAL_PPP_TxCpltCallback	数据发送完成（如DMA或中断模式）	HAL_UART_TxCpltCallback
HAL_PPP_RxCpltCallback	数据接收完成	HAL_SPI_RxCpltCallback
HAL_PPP_ErrorCallback	外设发生错误	HAL_I2C_ErrorCallback
HAL_PPP_HalfCpltCallback	DMA传输完成一半（半传输中断）	HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback

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4. 回调函数的实现机制

• 弱定义（Weak Declaration）：
  HAL库默认将回调函数定义为弱符号（Weak Symbol），例如：

  __weak void HAL_USART_TxCpltCallback(USART_HandleTypeDef *husart) {
    // 空实现或默认处理
  }
  

  用户可以在自己的代码中**重写（Override）**这些函数，添加具体逻辑。

• 外设句柄关联：
  回调函数通过外设句柄（如USART_HandleTypeDef）与外设实例绑定，支持多外设实例（如USART1、USART2）。

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5. 使用示例：USART发送完成回调

以下是一个USART通过DMA发送数据后触发回调的完整流程：

步骤1：重写回调函数

// 在用户代码中重写回调函数
void HAL_USART_TxCpltCallback(USART_HandleTypeDef *husart) {
  if (husart->Instance == USART1) {
    // 自定义逻辑（例如点亮LED或启动下一次发送）
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); // 翻转LED
  }
}

步骤2：启动传输并等待回调

// 启动USART DMA发送
uint8_t data[] = "Hello World!";
HAL_USART_Transmit_DMA(&husart1, data, sizeof(data));

// 主循环无需阻塞等待
while (1) {
  // 其他任务...
}

步骤3：使能中断和DMA

确保在初始化时开启相关中断和DMA通道：

// 例如在USART初始化函数中启用DMA
__HAL_USART_ENABLE_DMA(&husart1, USART_DMA_TX);

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6. 注意事项

1. 中断优先级：回调函数在中断上下文中执行，需注意代码的实时性和简洁性。
2. 线程安全：若在回调函数中操作共享资源，需使用互斥锁或临界区保护。
3. 外设实例判断：多外设实例需通过句柄的Instance字段区分（如husart->Instance == USART1）。
4. 错误处理：建议同时实现HAL_PPP_ErrorCallback以捕获异常。

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7. 高级用法：自定义回调注册

对于某些外设（如GPIO），HAL库允许通过HAL_PPP_RegisterCallback()动态注册回调函数：

// 示例：注册定时器更新中断回调
HAL_TIM_RegisterCallback(&htim2, HAL_TIM_PERIOD_ELAPSED_CB_ID, &My_TIM_Callback);

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通过合理使用HAL库的回调函数，可以大幅简化STM32的异步事件处理，提升代码可维护性和响应效率。实际开发中需结合具体外设手册和HAL库源码深入理解其行为。