張明華

摘要：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，一代又一代的微控制器芯片應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的8位或者16位單片機(jī)相比，32位的ARM芯片的內(nèi)核和外設(shè)功能更加強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，帶來的后果就是寄存器數(shù)量和配置難度增加。文章以意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F107為例，對(duì)此類微控制器芯片的編程方法做了詳細(xì)的探討，并給初學(xué)者提出了相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：MCU 程序設(shè)計(jì) 固件庫

中圖分類號(hào)：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）12-0171-01

目前，STM32F107的程序設(shè)計(jì)有兩種方法：一種是直接操作寄存器；另外一種是調(diào)用固件庫。究竟哪一種才是最適合的編程方法，傳統(tǒng)的單片機(jī)開發(fā)者和初學(xué)者的觀點(diǎn)分歧很大。本文對(duì)這兩類編程方法做了詳細(xì)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(dǎo)體公司針對(duì)STM32系列MCU發(fā)布的一組函數(shù)庫，并且符合CMSIS標(biāo)準(zhǔn)[1]。STM32固件庫是一個(gè)函數(shù)包，由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了STM32系列MCU標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)的性能特征。每個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)都由一組函數(shù)組成，而這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)所有功能。每個(gè)器件的開發(fā)都由一個(gè)通用API驅(qū)動(dòng)，API對(duì)該驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)，函數(shù)和參數(shù)名稱都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。所有的驅(qū)動(dòng)源代碼都符合“Strict ANSI-C”標(biāo)準(zhǔn)，因此它不受不同開發(fā)環(huán)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(shí)，計(jì)算配置字的二進(jìn)制數(shù)值，直接寫入寄存器。為了實(shí)現(xiàn)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(shí)鐘位置1，開啟GPIOD時(shí)鐘。

（2）計(jì)算PD2管腳設(shè)置為推挽輸出時(shí)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(shí)現(xiàn)PD2管腳輸出高電平。

（4）通過向GPIOD_BRR寄存器寫入0x00000004來實(shí)現(xiàn)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(tǒng)51等單片機(jī)的編程方法類似，效率也比較高，應(yīng)用程序代碼少，執(zhí)行速度快。但是在編程以前，我們必須要做好功課，因?yàn)槊總€(gè)外設(shè)的寄存器都不是一樣的。另外，對(duì)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(diào)用固件庫

對(duì)于STM32F10x系列MCU來講，固件庫都是通用的，并且包括了所有標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)的基本功能函數(shù)。所以，編程者可以直接調(diào)用固件庫函數(shù)來進(jìn)行外設(shè)的配置和使用。另外，意法半導(dǎo)體公司在《STM32固件庫使用手冊(cè)》中也給出了標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)的配置步驟[2]。

（1）在main.c中，聲明一個(gè)結(jié)構(gòu)體PPP_InitTypeDef。

例如： PPP_InitTypeDef PPP_InitStructure； 這里PPP_InitStructure是一個(gè)位于內(nèi)存中的工作變量，用來初始化一個(gè)或者多個(gè)外設(shè)PPP。

（2）為變量PPP_InitStructure的各個(gè)結(jié)構(gòu)成員填入允許的值?？梢圆捎靡韵?種方式：

1）按照如下程序設(shè)置整個(gè)結(jié)構(gòu)體PPP_InitStructure.member1 = val1； PPP_InitStructure.member2 = val2； 如果有多個(gè)成員則繼續(xù)賦值。

2）僅設(shè)置結(jié)構(gòu)體中的部分成員：這種情況下，用戶應(yīng)當(dāng)首先調(diào)用函數(shù)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(diào)用函數(shù)PPP_Init（..）來初始化外設(shè)PPP。

（4）在這一步，外設(shè)PPP已被初始化。可以調(diào)用函數(shù)PPP_Cmd（..）來使能外設(shè)。

（5）可以通過調(diào)用一系列函數(shù)來使用外設(shè)。每個(gè)外設(shè)都擁有各自的功能函數(shù)。

注意，在設(shè)置一個(gè)外設(shè)前，必須調(diào)用以下一個(gè)函數(shù)來使能它的時(shí)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(shí)現(xiàn)PD2管腳翻轉(zhuǎn)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(chǔ)，從上述程序不難看出其實(shí)現(xiàn)功能。正是因?yàn)橛泄碳斓拇嬖?，編程者只需要調(diào)用庫函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的宏定義便可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，并不需要了解實(shí)際寄存器的配置字。盡管在庫函數(shù)中，仍然是操作寄存器的方式，但計(jì)算配置字的工作由庫函數(shù)代勞，大大減輕了程序員的工作量和出錯(cuò)幾率。

4 結(jié)語

直接操作寄存器效率高，代碼少。調(diào)用固件庫則更加簡單和快速，程序易讀性好。其實(shí)，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(diào)用固件庫的定義，但是配置字自己寫。對(duì)于那些在代碼大小和執(zhí)行速度方面有嚴(yán)格要求的應(yīng)用程序，會(huì)直接操作寄存器以減少函數(shù)的嵌套等，提高效率。

本文推薦初學(xué)者使用調(diào)用STM32固件庫的編程方法，這樣既可以較快地掌握外設(shè)的使用，又可以加快學(xué)習(xí)和開發(fā)速度。因?yàn)閷?duì)于初學(xué)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(xiàn)

[1]劉同法.ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器快速入門與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[2]意法半導(dǎo)體公司.STM32固件庫使用手冊(cè).endprint