HAL 库

article/2025/9/14 10:31:53

HAL库

1、初识HAL库

1.1 CMSIS 简介

CMSIS（微控制器软件接口标准）：Crotex Microcontroller Software Interface Standard，是由ARM和与其合作的芯片厂商、软件工具厂商，共同制定的标准

  • ARM官方提供的CMSIS规范架构

在这里插入图片描述

1.2 HAL库 简介

ST为了方便用户开发STM32芯片开发提供了三种库：

  • 标准外设库：Standard Peripheral Libraries
    • ST最早的库，现在还在用
    • 目前只兼容 F0/F1/F3/F2/F4/L1 系列
    • 目前已停止维护
  • HAL库（硬件抽象层）：Hardware Abstraction Layer
    • ST目前主推的库
    • 全系列兼容
    • 兼容性好、移植方便，但效率不太高
  • LL库：Low Layer
    • 与HAL库困捆绑发布
    • 全系列兼容
    • 轻量级、效率高
    • 不匹配部分复杂外设，比如 USB

2、STM32Cube 固件包浅析

STM32Cube固件包即：ST公司基于自己的产品，根据上文ARM官方的CMSIS规范架构标准，提供的CMSIS-Pack

2.1 STM32Cube固件包文件夹简介

  • _htmresc：图片文件
  • Documentation：STM32Cube说明文档
  • Drivers：驱动源码

在这里插入图片描述

  • Middlewares：中间文件

在这里插入图片描述

  • Projects：ST官方开发板案例
  • Utilities：公共组件
  • 其他文件
    • License.md：软件版权信息
    • package.xml：固件包版本信息
    • Readme.md：自述
    • Release_Notes.html：补充或更新说明

2.2 CMSIS文件夹关键文件

  • CMSIS文件夹下文件目录

在这里插入图片描述

  • 关键文件
    • Device：微控制器专用头文件、启动文件、专用系统文件
    • Include：Cortex-M内核及其设备文件、编译器相关头文件

3、HAL库框架结构

3.1 HAL库文件夹结构

以STM32F1系列为例：

在这里插入图片描述

  • Inc：HAL库和LL库驱动源码头文件
  • Src：HAL库和LL库驱动源码
  • .chm后缀文件：用户手册

3.2 HAL库文件介绍

以STM32Cube_F1_v1.8.0为例：

文件描述
stm32f1xx_hal.c stm32f1xx_hal.hHAL库的初始化、系统滴答，HAL库延时函数等相关函数
stm32f1xx_hal_conf.hHAL库的用户配置文件，用于裁剪HAL库、配置晶振参数等
stm32f1xx_hal_def.h包含HAL库通用的美剧类型数据和宏定义
stm32f1xx_hal_cortex.c stm32f1xx_hal_cortex.h内核通用函数定义和声明，如NVIC、MPU、系统软复位、Systick等，其实主要是对core_cm2.h文件的相关函数再次封装
stm32f1xx_hal_ppp.c stm32f1xx_hal_ppp.h某任意外设驱动源码，PPP表示任意外设
stm32f1xx_hal_ppp_ex.c stm32f1xx_hal_ppp_ex.h主要是存放外设的扩展（特殊）功能的驱动源码，PPP表示任意外设
stm32f1xx_ll_ppp.c stm32f1xx_ll_ppp.hLL库驱动源码，在部分stm32f1xx_hal_ppp.c或stm32f1xx_hal_ppp_ex.c中会被调用

3.3 HAL库API函数和变量命名规则

a. 命名规则

文件名称stm32f1xx_hal_ppp.(c/h)stm32f1xx_hal_ppp_ex.(c/h)
函数名HAL_PPP_FunctionHAL_PPPEx_Function
外设句柄PPP_HandleTypeDef无
外设工作参数初始化结构体PPP_InitTypeDefPPP_InitTypeDef
配置参数结构体PPP_YyyyConfTypeDefPPP_YyyyConfTypeDef

即让某个外设(PPP)完成某个功能(Function)，常见的有以下几种：

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

  • 外设读写函数：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 ()

b. HAL库的回调函数

这部分允许用户重定义，并在其中实现用户自定义的功能，使用HAL库最常用的API之一：

回调函数举例
HAL_PPP_MspInit()/_MspDeInit()HAL_USART_MspInit()由 HAL_PPP_Init()这个API调用，主要在这个函数中实现外设对应的GPIO、时钟、DMA，和中断开启的配置和操作
HAL_PPP_ProcessCpltCallbackHAL_USART_TxCpltCallback 由外设中断或DMA中断调用，调用时API内部已经实现中断标记的清除的操作，用户只需要专注于自己的软件功能实现即可
HAL_PPP_ErroCallbackHAL_USART_ErrorCallback外设或DMA中断中发生的错误，用于作错误处理

4、如何使用HAL库

以STM32F1系列为例，HAL库的用户配置文件

  • 获取stm32f1xx_hal_conf.h的方法：

    • 可以从在官方的例程(Projects文件夹)中直接复制
    • 可以从在HAL库驱动源码头文件(Inc文件夹)中复制stm32f1xx_hal_conf_template.h并重命名

  • 裁剪HAL库外设驱动源码（不进行编译）：

    • 把stm32f1xx_hal_conf.h中不需要的外设的宏定义注释掉
    • 不把不需要的HAL库外设驱动源码加到工程文件中

  • 设置外部晶振频率：

    • /* 外部高速晶振频率对应的宏定义 */
#if !defined (HSE_VALUE)
#if defined(USE_STM3210C_EVAL)
#define HSE_VALUE 25000000U /*!< Value of the External oscillator in Hz */
#else
#define HSE_VALUE 8000000U /*!< Value of the External oscillator in Hz */
#endif
#endif /* HSE_VALUE */

    • /* 外部低速晶振频率对应的宏定义 */
#if !defined (LSE_VALUE)
#define LSE_VALUE ((uint32_t)32768) /* 外部低速振荡器的值，单位 HZ */
#endif /* LSE_VALUE */

5、HAL库使用注意事项

  • 使用HAL库出现问题，要通过参考手册检查硬件操作是否有问题
  • 尽量不通过修改库源码实现功能，这样不方便库更新，可以拷贝一份库源码，通过修改拷贝的库源码实现想要的需求
  • 有些HAL库API函数执行效率低，可能会直接通过操作寄存器的方式代替
  • 可能HAL库也存在错误，要有怀疑精神

http://chatgpt.dhexx.cn/article/SF7pCbbN.shtml

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