STM 32F10X系列微控制器標準外設庫的應用

楊鳳彪，劉 云

（1．軍械工程學院 電氣工程系，河北 石家莊 050003；

2．河北普興電子科技有限責任公司 綜合管理部，河北 石家莊 050200）

Stm32f10x系列微控制器具有Cortex-M3內核結構，它集成了CM3core的中心處理器內核和先進的系統外設，實現了內置的中斷控制、存儲器保護，以及系統的調試和跟蹤功能[1]。在進行嵌入式系統設計時，控制軟件首先需要對微控制器的啟動、系統時鐘、存儲器映射、中斷向量、異常處理等進行設置，增加了控制軟件的前期開發時間，更加造成了初學者的難度。為了縮短開發時間、提高軟件的可移植性，同時降低開發成本，ST公司提供了標準外設驅動庫，該庫集成了CMSIS文件及微控制器所有外設驅動函數，由于屏蔽了不同型號微控制器之間的差異，用戶文件僅需調用相應的庫函數便可完成系統配置，簡化了開發流程，降低了開發難度。中stdint．h包括對8位、16位、32位等類型指示符的定義，主要用來屏蔽不同編譯器之前的差異。core_cm3．h和core_cm3．c中包括Cortex_M3核的全局變量聲明和定義，并定義一些靜態功能函數。system_stm32．h和 system_stm32．c是不同芯片廠商定義的系統初始化函數System Init（），以及一些指示時鐘的變量。Stm32f10x．h是提供給應用程序的頭文件，包含core_cm3．h和 system_stm32．h，定義了與特定芯片廠商相關的寄存器以及各中斷異常號，并可定制M3核中的特殊設備，如MCU、中斷優先級位數以及SysTick時鐘配置。雖然CMSIS提供的文件很多，但在應用程序中只需包含h頭文件[3]。

1 CMSIS文件結構

圖1 CMISIS文件結構Fig．1 File structure of CMSIS

CMSIS為Cortex微控制器軟件接口標準，提供了獨立于Cortex-M處理器的外設、實時操作系統、中間組件的通用接口方法，解決了軟件組件應用于不同Cortex核微控制器時所帶來的難題，簡化了軟件復用，降低了Cortex-M上操作系統的移植難度[2]。

CMSIS的文件結構如圖1所示 （以Cortex-M3為例），其

2 標準外設庫簡介

ST官方提供的標準外設庫文件包括標準外設庫文件、標準外設驅動例程、各種開發環境下的模板示例、評估板專用驅動等幾部分，其中，CMSIS和STM32F10x_StdPeriph_Driver是最重要的部分。STM32F10x_StdPeriph_Driver則包括了微控制器所有外設對應驅動函數，這些驅動函數均使用C語言編寫，并提供了統一的函數調用接口。Project文件夾中則包括了ST官方的所有例程和基于不同編譯器的項目模板，這些例程是學習和使用STM32的重要參考。Utilities包含了相關評估板的示例程序和驅動函數，供使用官方評估板的開發者使用，其中很多驅動函數同樣可以作為學習的重要參考[4]。

圖2 標準外設庫文件關系Fig．2 Standard peripherals library file inclusions relationship

標準外設庫文件之間的關系如圖2所示，每一個標準外設驅動包括源文件stm32f10x_ppp．c和頭文件stm32f10x_ppp．h 兩個文件（PPP 表示外設，如 GPIO、EXTI、I2C 等），源文件中包含了相應外設的所有驅動函數，在misc．c文件中定義了CMSIS功能的一些附加函數，如對NVIC的配置等。STM32f10x．h為CMSISCortex-M3設備外設訪問層頭文件，包含了STM32F10x全系列所有外設寄存器的定義（寄存器的基地址和布局）、位定義、中斷向量表、存儲空間的地址映射，以及是否使用標準外設庫設置等。System_stm32f10x．c為CMSISCortex-M3設備外設訪問層系統文件，完成系統初始化及時鐘配置。Stm32f10x_conf．h為標準外設驅動配置文件，通過更改包含的外設頭文件來選擇所使用的外設，在新建程序和進行功能變更之前應當首先修改對應的配置。Stm32f10x_it．c為外設中斷函數文件，通過在相應位置加入中斷程序代碼執行相應中斷操作，在實際應用中，中斷函數也可以設置在項目主程序文件中，但中斷函數名必須正確。

3 基于標準外設庫的實現步驟

在IAR FOR ARM6．30編程環境下， 采用 V3．50的標準外設庫，開發步驟如下[3-6]：

1）首先創建一能夠象征項目含義的文件夾（如touch），并在該文件夾下創建名為EVARM和Library的文件夾；

2）STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．5．0 中 STM32F10x_StdPeriph_Driver和CMSIS文件夾拷貝到touch目錄下；

3）將 STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．5．0ProjectSTM32F10x_StdPeriph_Template 下 的 main．c、stm32f10x_conf．h、stm32f10x_it．c、stm32f10x_it．h 拷貝到 touch 目錄下；

4） 將 STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．5．0ProjectSTM32F10x_StdPeriph_TemplateEWARM 下的 stm32f10x_flash．icf、stm32f10x_flash_extsram．icf、stm32f10x_nor．icf、stm32f10x_ram．icf 拷 貝 至 /touch/EVARM；

5）打開IAR Embedded Workbench IDE，創建一個新的workspace，而后按照模板創建一個新空白項目；

6）為項目添加工作組 CMSIS、StdPeriph_Driver、EVARM、User、Doc，如圖 3 所示；

圖3 添加工作組界面Fig．3 Interface of add workgroup

7）向各工作組添加文件，將 core_cm3．c、system_stm32f10x．c添加到 CMSIS； 將 startup_stm32f10x_hd．s添加到 EVARM；將 misc．c、stm32f10x_rcc．c 及所需其它外設驅動源文件添加到 StdPeriph_Driver；將 main．c、stm32f10x_it．c 添加到 User；

8）在 Project→options→C/C++Compiler→Preprocessor中設置、添加編譯搜索路徑，最好包括所有項目中所調用文件的路徑，否則需要在源文件中給出被調文件的完整路徑；

9）在 Project→options→General Options→Target標簽頁選擇相應器件；

10）勾選 Project→Options→General Options→Library Configuration→Use CMSIS選項；

11）在stm32f10x．h文件中配置控制器啟動文件，根據所選用產品系列，去掉相應注釋即可，如令#defineSTM32F10X_HD有意義；同時，去掉/*#define USE_STDPERIPH_DRIVER*/的注釋，表示使用標準外設庫；

12）選擇使用 HSI或 HSE，system_stm32f10x．c 中相關程序代碼段如下：

#if defined （STM32F10X_LD_VL） ||（defined STM32F10X_MD_VL） ||（defined STM32F10X_HD_VL）

/*#define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE*/

#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000

#else

/*#define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE*/

/*#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000*/

/*#define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000*/

/*#define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000*/

#define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000

/*#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000*/

#endif

在不進行任何改動情況下，系統默認使用HIS作為系統時鐘，如使用HSE作為系統時鐘，則需將/*#define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE*/的注釋去掉，屏蔽HSI頻率定義項，同時根據所用外部晶振頻率在stm32f10x．h中重新定義HSE_VALUE的數值。

13）對 main．c文件內容進行修改，但須保留 #include“stm32f10x．h”，編譯、連接項目文件后生成可執行代碼；

14）在仿真器編譯環境下，進行系統調試。

4 應用實例

采用STM32F103VET6微控制器實現LCD顯示器的各種操作，LCD顯示器采用北京寧和公司的480×234TFT256色顯示器，配套控制器為NHC_36。微控制器PD口高8位作為數 據 口 ，PB15、PB14、PC6、PC7、PC8 分 別 作 為 A0、WR、A1、CS、RD的控制信號，當PB0引腳電平在下降沿時觸發外部中斷線0中斷，在顯示器上繪制一條直線。建立項目步驟如3所述，將中斷函數設置在主程序文件中，使用HSE為系統時鐘，本文且未對LCD操作函數進行說明，僅給出利用標準外設庫進行端口及中斷設置的代碼[5]。

微控制器I/O口配置程序代碼如下：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure；

GPIO_InitStructure．GPIO_Pin=GPIO_Pin_All；

GPIO_InitStructure．GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz；

GPIO_InitStructure．GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD；

GPIO_Init（GPIOD，＆GPIO_InitStructure）；

GPIO_InitStructure．GPIO_Pin=GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15；

GPIO_Init（GPIOB，＆GPIO_InitStructure）；

GPIO_InitStructure．GPIO_Pin=GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8；

GPIO_Init（GPIOC，＆GPIO_InitStructure）；

為了將PB0配置為中斷輸入且中斷有效，須開啟PB口I/O時鐘及AFIO時鐘，中斷配置代碼如下：

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOB， EN ABLE）；

GPIO_InitStructure．GPIO_Pin=GPIO_Pin_0；

GPIO_InitStructure．GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU；

GPIO_InitStructure．GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz；

GPIO_Init（GPIOB， ＆GPIO_InitStructure）；

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_AFIO， EN ABLE）；

GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSourceGPIOB，GPIO_Pin Source0）；

NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_2）；

NVIC_Struture．NVIC_IRQChannel=EXTI0_IRQn；

NVIC_Struture．NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0；

NVIC_Struture．NVIC_IRQChannelSubPriority=1；

NVIC_Struture．NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE；

NVIC_Init（＆NVIC_Struture）；

EXTI_InitStruture．EXTI_Line=EXTI_Line0；

EXTI_InitStruture．EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt；

EXTI_InitStruture．EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling；

EXTI_InitStruture．EXTI_LineCmd=ENABLE；

EXTI_Init（＆EXTI_InitStruture）；

外部中斷線0中斷函數代碼如下：

void EXTI0_IRQHandler（void）

{

if（EXTI_GetITStatus（EXTI_Line0）!=RESET）

{

Line_Lcd（50，200，300，50，80）； //畫直線函數

EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line0）；

}

}

在主程序中設置循環狀態以等待中斷，當PB0口由高電平跳變為低電平時，觸發中斷，調用外部中斷線0中斷函數。具體應用中，如果有多個中斷源可以觸發該外部中斷，還須判斷中斷標志位以確定執行何種操作。

5 結束語

文中介紹了ST公司V3．50標準外設庫的文件架構和相互聯系，基于IAR FOR ARM6．30開發環境給出了參考編程步驟，并根據實例設計了具體的程序代碼。采用標準外設庫進行嵌入式軟件開發，無需太多了解微處理器底層硬件結構，只要具有C/C++軟件基礎，根據本文介紹的參考步驟，便可開發出高效直觀的程序代碼。

[1]劉波文．ARM Cortex-M3應用開發實例詳解 [M]．北京：電子工業出版社，2011．

[2]ST．stm32f10x_stdperiph_lib_um．chm[EB/OL]．[2011-04]．http：//www．st．com/STM32

[3]langen．基于CMSIS標準的Cortex-M3應用軟件開發[EB/OL]．[2009-12]．http：//www．dzsc．com/data/htm l

[4]emouse．STM32固件庫詳解[EB/OL]．[2011-11]．http：//www．cnblogs．com/emouse

[5]jhliuzj．IAR FOR ARM 6．20 工程創建建議 （固件庫為3．5）[EB/OL]．[2011-10]．http：//hi．baidu．com/jhliuzj．

[6]徐愛鈞．IAR EWAR V5嵌入式系統應用編程開發 [M]．北京：北京航空航天大學出版社，2009．