基于固件库的STM32F107的程序设计方法探讨

张明华

摘要：随着半导体技术的快速发展，一代又一代的微控制器芯片应运而生。与传统的8位或者16位单片机相比，32位的ARM芯片的内核和外设功能更加强大，结构更加复杂，带来的后果就是寄存器数量和配置难度增加。文章以意法半导体公司生产的STM32F107为例，对此类微控制器芯片的编程方法做了详细的探讨，并给初学者提出了相应的建议。

关键词：MCU 程序设计 固件库

中图分类号：TP311.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0171-01

目前，STM32F107的程序设计有两种方法：一种是直接操作寄存器；另外一种是调用固件库。究竟哪一种才是最适合的编程方法，传统的单片机开发者和初学者的观点分歧很大。本文对这两类编程方法做了详细的探讨。

1 固件库介绍

固件库，就是STM32F10x Standard Peripherals Firmware Library的意思，简称STM32固件库。它是意法半导体公司针对STM32系列MCU发布的一组函数库，并且符合CMSIS标准[1]。STM32固件库是一个函数包，由程序、数据结构和宏组成，包括了STM32系列MCU标准外设的性能特征。每个外设驱动都由一组函数组成，而这组函数覆盖了该外设所有功能。每个器件的开发都由一个通用API驱动，API对该驱动程序的结构，函数和参数名称都进行了标准化。所有的驱动源代码都符合“Strict ANSI-C”标准，因此它不受不同开发环境的影响有较好的移植性。

2 直接操作寄存器

简单来讲，直接操作寄存器就是在寄存器的配置时，计算配置字的二进制数值，直接写入寄存器。为了实现PD2管脚不断地输出高低电平，编程步骤如下。

（1）将RCC_APB2ENR寄存器的第5位即GPIOD口时钟位置1，开启GPIOD时钟。

（2）计算PD2管脚设置为推挽输出时的配置字为0x00000300，并写入GPIOD_CRL寄存器中。

（3）通过向GPIOD_BSRR寄存器写入0x00000004来实现PD2管脚输出高电平。

（4）通过向GPIOD_BRR寄存器写入0x00000004来实现PD2管脚输出低电平。

部分代码如下：

int main（void）

{

RCC->APB2ENR|=1<<5；

GPIOD->CRL&=0xfffff0ff；

GPIOD->CRL|=0x00000300；

while（1）

{ GPIOD->BSRR=0x00000004；

GPIOD->BRR=0x00000004；

}

}

这种方法与传统51等单片机的编程方法类似，效率也比较高，应用程序代码少，执行速度快。但是在编程以前，我们必须要做好功课，因为每个外设的寄存器都不是一样的。另外，对于32位寄存器来讲，想要记住每一位所代表的功能几乎是不可能的。

3 调用固件库

对于STM32F10x系列MCU来讲，固件库都是通用的，并且包括了所有标准外设的基本功能函数。所以，编程者可以直接调用固件库函数来进行外设的配置和使用。另外，意法半导体公司在《STM32固件库使用手册》中也给出了标准外设的配置步骤[2]。

（1）在main.c中，声明一个结构体PPP_InitTypeDef。

例如： PPP_InitTypeDef PPP_InitStructure； 这里PPP_InitStructure是一个位于内存中的工作变量，用来初始化一个或者多个外设PPP。

（2）为变量PPP_InitStructure的各个结构成员填入允许的值。可以采用以下2种方式：

1）按照如下程序设置整个结构体PPP_InitStructure.member1 = val1； PPP_InitStructure.member2 = val2； 如果有多个成员则继续赋值。

2）仅设置结构体中的部分成员：这种情况下，用户应当首先调用函数PPP_SturcInit（..）来初始化变量PPP_InitStructure，然后再修改其中需要修改的成员。这样可以保证其他成员的值（多为缺省值）被正确填入。

（3）调用函数PPP_Init（..）来初始化外设PPP。

（4）在这一步，外设PPP已被初始化。可以调用函数PPP_Cmd（..）来使能外设。

（5）可以通过调用一系列函数来使用外设。每个外设都拥有各自的功能函数。

注意，在设置一个外设前，必须调用以下一个函数来使能它的时钟： RCC_AHBPeriphClockCmd（RCC_AHBPeriph_PPPx， ENABLE）； RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_PPPx， ENABLE）； RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_PPPx， ENABLE）；

按照上述步骤，将实现PD2管脚翻转的程序改写如下：

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语言编程基础，从上述程序不难看出其实现功能。正是因为有固件库的存在，编程者只需要调用库函数和标准的宏定义便可实现相应的功能，并不需要了解实际寄存器的配置字。尽管在库函数中，仍然是操作寄存器的方式，但计算配置字的工作由库函数代劳，大大减轻了程序员的工作量和出错几率。

4 结语

直接操作寄存器效率高，代码少。调用固件库则更加简单和快速，程序易读性好。其实，这两种方法并没有明显的界限。目前大部分直接操作寄存器的代码也没有完全脱离固件库，即寄存器定义和地址等仍然调用固件库的定义，但是配置字自己写。对于那些在代码大小和执行速度方面有严格要求的应用程序，会直接操作寄存器以减少函数的嵌套等，提高效率。

本文推荐初学者使用调用STM32固件库的编程方法，这样既可以较快地掌握外设的使用，又可以加快学习和开发速度。因为对于初学者来说，效率并没有那么重要，重要的还是能够尽快入门。

参考文献

[1]刘同法.ARM Cortex-M3内核微控制器快速入门与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[2]意法半导体公司.STM32固件库使用手册.endprint