基于固件庫的STM32F107的程序設計方法探討

張明華

摘要：隨著半導體技術的快速發展，一代又一代的微控制器芯片應運而生。與傳統的8位或者16位單片機相比，32位的ARM芯片的內核和外設功能更加強大，結構更加復雜，帶來的后果就是寄存器數量和配置難度增加。文章以意法半導體公司生產的STM32F107為例，對此類微控制器芯片的編程方法做了詳細的探討，并給初學者提出了相應的建議。

關鍵詞：MCU 程序設計 固件庫

中圖分類號：TP311.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0171-01

目前，STM32F107的程序設計有兩種方法：一種是直接操作寄存器；另外一種是調用固件庫。究竟哪一種才是最適合的編程方法，傳統的單片機開發者和初學者的觀點分歧很大。本文對這兩類編程方法做了詳細的探討。

1 固件庫介紹

固件庫，就是STM32F10x Standard Peripherals Firmware Library的意思，簡稱STM32固件庫。它是意法半導體公司針對STM32系列MCU發布的一組函數庫，并且符合CMSIS標準[1]。STM32固件庫是一個函數包，由程序、數據結構和宏組成，包括了STM32系列MCU標準外設的性能特征。每個外設驅動都由一組函數組成，而這組函數覆蓋了該外設所有功能。每個器件的開發都由一個通用API驅動，API對該驅動程序的結構，函數和參數名稱都進行了標準化。所有的驅動源代碼都符合“Strict ANSI-C”標準，因此它不受不同開發環境的影響有較好的移植性。

2 直接操作寄存器

簡單來講，直接操作寄存器就是在寄存器的配置時，計算配置字的二進制數值，直接寫入寄存器。為了實現PD2管腳不斷地輸出高低電平，編程步驟如下。

（1）將RCC_APB2ENR寄存器的第5位即GPIOD口時鐘位置1，開啟GPIOD時鐘。

（2）計算PD2管腳設置為推挽輸出時的配置字為0x00000300，并寫入GPIOD_CRL寄存器中。

（3）通過向GPIOD_BSRR寄存器寫入0x00000004來實現PD2管腳輸出高電平。

（4）通過向GPIOD_BRR寄存器寫入0x00000004來實現PD2管腳輸出低電平。

部分代碼如下：

int main（void）

{

RCC->APB2ENR|=1<<5；

GPIOD->CRL&=0xfffff0ff；

GPIOD->CRL|=0x00000300；

while（1）

{ GPIOD->BSRR=0x00000004；

GPIOD->BRR=0x00000004；

}

}

這種方法與傳統51等單片機的編程方法類似，效率也比較高，應用程序代碼少，執行速度快。但是在編程以前，我們必須要做好功課，因為每個外設的寄存器都不是一樣的。另外，對于32位寄存器來講，想要記住每一位所代表的功能幾乎是不可能的。

3 調用固件庫

對于STM32F10x系列MCU來講，固件庫都是通用的，并且包括了所有標準外設的基本功能函數。所以，編程者可以直接調用固件庫函數來進行外設的配置和使用。另外，意法半導體公司在《STM32固件庫使用手冊》中也給出了標準外設的配置步驟[2]。

（1）在main.c中，聲明一個結構體PPP_InitTypeDef。

例如： PPP_InitTypeDef PPP_InitStructure； 這里PPP_InitStructure是一個位于內存中的工作變量，用來初始化一個或者多個外設PPP。

（2）為變量PPP_InitStructure的各個結構成員填入允許的值?？梢圆捎靡韵?種方式：

1）按照如下程序設置整個結構體PPP_InitStructure.member1 = val1； PPP_InitStructure.member2 = val2； 如果有多個成員則繼續賦值。

2）僅設置結構體中的部分成員：這種情況下，用戶應當首先調用函數PPP_SturcInit（..）來初始化變量PPP_InitStructure，然后再修改其中需要修改的成員。這樣可以保證其他成員的值（多為缺省值）被正確填入。

（3）調用函數PPP_Init（..）來初始化外設PPP。

（4）在這一步，外設PPP已被初始化?？梢哉{用函數PPP_Cmd（..）來使能外設。

（5）可以通過調用一系列函數來使用外設。每個外設都擁有各自的功能函數。

注意，在設置一個外設前，必須調用以下一個函數來使能它的時鐘： RCC_AHBPeriphClockCmd（RCC_AHBPeriph_PPPx， ENABLE）； RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_PPPx， ENABLE）； RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_PPPx， ENABLE）；

按照上述步驟，將實現PD2管腳翻轉的程序改寫如下：

int main（void）

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure；

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOD，ENABLE）；

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2；

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz；

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP；

GPIO_Init（GPIOD，&GPIO_InitStructure）；

while（1）

{

GPIO_SetBits（GPIOD， GPIO_Pin_2）；

GPIO_ResetBits（GPIOD， GPIO_Pin_2）；

}

}

如果有一定的英文和C語言編程基礎，從上述程序不難看出其實現功能。正是因為有固件庫的存在，編程者只需要調用庫函數和標準的宏定義便可實現相應的功能，并不需要了解實際寄存器的配置字。盡管在庫函數中，仍然是操作寄存器的方式，但計算配置字的工作由庫函數代勞，大大減輕了程序員的工作量和出錯幾率。

4 結語

直接操作寄存器效率高，代碼少。調用固件庫則更加簡單和快速，程序易讀性好。其實，這兩種方法并沒有明顯的界限。目前大部分直接操作寄存器的代碼也沒有完全脫離固件庫，即寄存器定義和地址等仍然調用固件庫的定義，但是配置字自己寫。對于那些在代碼大小和執行速度方面有嚴格要求的應用程序，會直接操作寄存器以減少函數的嵌套等，提高效率。

本文推薦初學者使用調用STM32固件庫的編程方法，這樣既可以較快地掌握外設的使用，又可以加快學習和開發速度。因為對于初學者來說，效率并沒有那么重要，重要的還是能夠盡快入門。

參考文獻

[1]劉同法.ARM Cortex-M3內核微控制器快速入門與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[2]意法半導體公司.STM32固件庫使用手冊.endprint