HAL库结构

  说到STM32的HAL库，就不得不提STM32CubeMX，其作为一个可视化的配置工具，对于开发者来说，确实大大节省了开发时间。STM32CubeMX就是以HAL库为基础的，且目前仅支持HAL库及LL库！首先看一下，官方给出的HAL库的包含结构：

- **stm32f2xx.h**主要包含STM32同系列芯片的不同具体型号的定义，是否使用HAL库等的定义，接着，其会根据定义的芯片信号包含具体的芯片型号的头文件：

#if defined(STM32F205xx)

  #include "stm32f205xx.h"

#elif defined(STM32F215xx)

  #include "stm32f215xx.h"

#elif defined(STM32F207xx)

  #include "stm32f207xx.h"

#elif defined(STM32F217xx)

  #include "stm32f217xx.h"

#else

 #error "Please select first the target STM32F2xx device used in your application (in stm32f2xx.h file)"

#endif

紧接着，其会包含stm32f2xx_hal.h。

stm32f2xx_hal.h：stm32f2xx_hal.c/h 主要实现HAL库的初始化、系统滴答相关函数、及CPU的调试模式配置

stm32f2xx_hal_conf.h ：该文件是一个用户级别的配置文件，用来实现对HAL库的裁剪，其位于用户文件目录，不要放在库目录中。

  接下来对于HAL库的源码文件进行一下说明，HAL库文件名均以stm32f2xx_hal开头，后面加上_外设或者模块名（如：stm32f2xx_hal_adc.c）：

库文件：

stm32f2xx_hal_ppp.c/.h // 主要的外设或者模块的驱动源文件，包含了该外设的通用API

stm32f2xx_hal_ppp_ex.c/.h // 外围设备或模块驱动程序的扩展文件。这组文件中包含特定型号或者系列的芯片的特殊API。以及如果该特定的芯片内部有不同的实现方式，则该文件中的特殊API将覆盖_ppp中的通用API。

stm32f2xx_hal.c/.h // 此文件用于HAL初始化，并且包含DBGMCU、重映射和基于systick的时间延迟等相关的API

其他库文件

用户级别文件：

stm32f2xx_hal_msp_template.c // 只有.c没有.h。它包含用户应用程序中使用的外设的MSP初始化和反初始化（主程序和回调函数）。使用者复制到自己目录下使用模板。

stm32f2xx_hal_conf_template.h // 用户级别的库配置文件模板。使用者复制到自己目录下使用

system_stm32f2xx.c // 此文件主要包含SystemInit()函数，该函数在刚复位及跳到main之前的启动过程中被调用。 **它不在启动时配置系统时钟（与标准库相反）**。 时钟的配置在用户文件中使用HAL API来完成。

startup_stm32f2xx.s // 芯片启动文件，主要包含堆栈定义，终端向量表等

stm32f2xx_it.c/.h // 中断处理函数的相关实现

main.c/.h //

  根据HAL库的命名规则，其API可以分为以下三大类：

初始化/反初始化函数： HAL_PPP_Init(), HAL_PPP_DeInit()

IO 操作函数： HAL_PPP_Read(), HAL_PPP_Write(),HAL_PPP_Transmit(), HAL_PPP_Receive()

控制函数： HAL_PPP_Set (), HAL_PPP_Get ().

**状态和错误: ** HAL_PPP_GetState (), HAL_PPP_GetError ().

注意：

目前LL库是和HAL库捆绑发布的，所以在HAL库源码中，还有一些名为 stm32f2xx_ll_ppp的源码文件，这些文件就是新增的LL库文件。

使用CubeMX生产项目时，可以选择LL库

  HAL库最大的特点就是对底层进行了抽象。在此结构下，用户代码的处理主要分为三部分：

处理外设句柄（实现用户功能）

处理MSP

处理各种回调函数

外设句柄定义

  用户代码的第一大部分：对于外设句柄的处理。 HAL库在结构上，对每个外设抽象成了一个称为ppp_HandleTypeDef的结构体，其中ppp就是每个外设的名字。*所有的函数都是工作在ppp_HandleTypeDef指针之下。

  1. 多实例支持：每个外设/模块实例都有自己的句柄。 因此，实例资源是独立的

  2. 外围进程相互通信：该句柄用于管理进程例程之间的共享数据资源。

下面，以ADC为例

/** 

 * @brief  ADC handle Structure definition

 */ 

typedef struct

{

ADC_TypeDef                   *Instance;                   /*!< Register base address */

ADC_InitTypeDef               Init;                        /*!< ADC required parameters */

  __IO uint32_t                 NbrOfCurrentConversionRank;  /*!< ADC number of current conversion rank */

DMA_HandleTypeDef             *DMA_Handle;                 /*!< Pointer DMA Handler */

HAL_LockTypeDef               Lock;                        /*!< ADC locking object */

__IO uint32_t                 State;                       /*!< ADC communication state */

__IO uint32_t                 ErrorCode;                   /*!< ADC Error code */

}ADC_HandleTypeDef;

  从上面的定义可以看出，ADC_HandleTypeDef中包含了ADC可能出现的所有定义，对于用户想要使用ADC只要定义一个ADC_HandleTypeDef的变量，给每个变量赋好值，对应的外设就抽象完了。接下来就是具体使用了。

  当然，对于那些共享型外设或者说系统外设来说，他们不需要进行以上这样的抽象，***这些部分与原来的标准外设库函数基本一样。***例如以下外设：

  - GPIO

  - SYSTICK

  - NVIC

  - RCC

  - FLASH

以GPIO为例，对于HAL_GPIO_Init() 函数，其只需要GPIO 地址以及其初始化参数即可。

三种编程方式

  HAL库对所有的函数模型也进行了统一。在HAL库中，支持三种编程模式：轮询模式、中断模式、DMA模式（如果外设支持）。其分别对应如下三种类型的函数（以ADC为例）：

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t* pData, uint32_t Length);

HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_DMA(ADC_HandleTypeDef* hadc);

  其中，带_IT的表示工作在中断模式下；带_DMA的工作在DMA模式下（注意：DMA模式下也是开中断的）；什么都没带的就是轮询模式（没有开启中断的）。至于使用者使用何种方式，就看自己的选择了。

  此外，新的HAL库架构下统一采用宏的形式对各种中断等进行配置（原来标准外设库一般都是各种函数）。针对每种外设主要由以下宏：

__HAL_PPP_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__)： 使能一个指定的外设中断

__HAL_PPP_DISABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__)：失能一个指定的外设中断

__HAL_PPP_GET_IT (__HANDLE__, __ INTERRUPT __)：获得一个指定的外设中断状态

__HAL_PPP_CLEAR_IT (__HANDLE__, __ INTERRUPT __)：清除一个指定的外设的中断状态

__HAL_PPP_GET_FLAG (__HANDLE__, __FLAG__)：获取一个指定的外设的标志状态

__HAL_PPP_CLEAR_FLAG (__HANDLE__, __FLAG__)：清除一个指定的外设的标志状态

__HAL_PPP_ENABLE(__HANDLE__) ：使能外设

__HAL_PPP_DISABLE(__HANDLE__) ：失能外设

__HAL_PPP_XXXX (__HANDLE__, __PARAM__) ：指定外设的宏定义

__HAL_PPP_GET_ IT_SOURCE (__HANDLE__, __ INTERRUPT __)：检查中断源

三大回调函数

  在HAL库的源码中，到处可见一些以__weak开头的函数，而且这些函数，有些已经被实现了，比如：

__weak HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)

{

/*Configure the SysTick to have interrupt in 1ms time basis*/

HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock/1000U);

/*Configure the SysTick IRQ priority */

HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, TickPriority ,0U);

/* Return function status */

return HAL_OK;

}

有些则没有被实现，例如：

__weak void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)

{

  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */

  UNUSED(hspi);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,the HAL_SPI_TxCpltCallback should be implemented in the user file

  */

}

所有带有__weak关键字的函数表示，就可以由用户自己来实现。如果出现了同名函数，且不带__weak关键字，那么连接器就会采用外部实现的同名函数。通常来说，HAL库负责整个处理和MCU外设的处理逻辑，并将必要部分以回调函数的形式给出到用户，用户只需要在对应的回调函数中做修改即可。 HAL库包含如下三种用户级别回调函数（PPP为外设名）：

  1. 外设系统级初始化/解除初始化回调函数（用户代码的第二大部分：对于MSP的处理）：HAL_PPP_MspInit()和 HAL_PPP_MspDeInit** 例如：__weak void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)。在HAL_PPP_Init() 函数中被调用，用来初始化底层相关的设备（GPIOs, clock, DMA, interrupt）

  2. 处理完成回调函数：HAL_PPP_ProcessCpltCallback*（Process指具体某种处理，如UART的Tx），例如：__weak void HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)。当外设或者DMA工作完成后时，触发中断，该回调函数会在外设中断处理函数或者DMA的中断处理函数中被调用

  3. 错误处理回调函数：HAL_PPP_ErrorCallback例如：__weak void HAL_SPI_ErrorCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)**。当外设或者DMA出现错误时，触发终端，该回调函数会在