STM32F10X系列微控制器标准外设库的应用

摘要：基于简化Codex-M核微控制器嵌入式软件的开发步骤，增强软件可移植性的目的，时微控制器软件接口标准(CMSIS)、ST公司标准外设库V3．5的文件结构、相互联系、功能作用进行了简要介绍，并以具有Cortex-M3内核的STM32F103VET6为例，给出了IAR FOR ARM6．30编程环境下的开发步骤。结合具体应用，本文对数据端口、中断进行设置，缩短了开发时间，提高了代码效率。
关键词：Cortex-M；微控制器；外设库；CMSIS

    Stm32f10x系列微控制器具有Cortex-M3内核结构，它集成了CM3core的中心处理器内核和先进的系统外设，实现了内置的中断控制、存储器保护，以及系统的调试和跟踪功能。在进行嵌入式系统设计时，控制软件首先需要对微控制器的启动、系统时钟、存储器映射、中断向量、异常处理等进行设置，增加了控制软件的前期开发时间，更加造成了初学者的难度。为了缩短开发时间、提高软件的可移植性，同时降低开发成本，ST公司提供了标准外设驱动库，该库集成了CMSIS文件及微控制器所有外设驱动函数，由于屏蔽了不同型号微控制器之间的差异，用户文件仅需调用相应的库函数便可完成系统配置，简化了开发流程，降低了开发难度。

1 CMSIS文件结构
    CMSIS为Codex微控制器软件接口标准，提供了独立于Cortex-M处理器的外设、实时操作系统、中间组件的通用接口方法，解决了软件组件应用于不同Cortex核微控制器时所带来的难题，简化了软件复用，降低了Codex-M上操作系统的移植难度。

    CMSIS的文件结构如图1所示(以Codex-M3为例)，其中stdint．h包括对8位、16位、32位等类型指示符的定义，主要用来屏蔽不同编译器之前的差异。core_cm3．h和core_cm3．c中包括Cortex_M3核的全局变量声明和定义，并定义一些静态功能函数。system_stm32．h和system_ stm 32．c是不同芯片厂商定义的系统初始化函数SystemInit()，以及一些指示时钟的变量。Stm32f10x．h是提供给应用程序的头文件，包含core _cm3．h和system_stm32．h，定义了与特定芯片厂商相关的寄存器以及各中断异常号，并可定制M3核中的特殊设备，如MCU、中断优先级位数以及SysTick时钟配置。虽然CMSIS提供的文件很多，但在应用程序中只需包含h头文件。

2 标准外设库简介
    ST官方提供的标准外设库文件包括标准外设库文件、标准外设驱动例程、各种开发环境下的模板示例、评估板专用驱动等几部分，其中，CMSIS和STM32F10x_StdPeriph_Driver是最重要的部分。STM32F10x_StdPeriph_Driver则包括了微控制器所有外设对应驱动函数，这些驱动函数均使用C语言编写，并提供了统一的函数调用接口。Project文件夹中则包括了ST官方的所有例程和基于不同编译器的项目模板，这些例程是学习和使用STM32的重要参考。Utilities包含了相关评估板的示例程序和驱动函数，供使用官方评估板的开发者使用，其中很多驱动函数同样可以作为学习的重要参考。

    标准外设库文件之间的关系如图2所示，每一个标准外设驱动包括源文件stm32f10x_PPP．C和头文件stm32f10x_ppp．h两个文件(PPP表示外设，如GPIO、EXTI、I2C等)，源文件中包含了相应外设的所有驱动函数，在misc．c文件中定义了CMSIS功能的一些附加函数，如对NVIC的配置等。STM32f10x．h为CMSIS Codex-M3设备外设访问层头文件，包含了STM32F10x全系列所有外设寄存器的定义(寄存器的基地址和布局)、位定义、中断向量表、存储空间的地址映射，以及是否使用标准外设库设置等。System_stm32f10x．C为CMSIS Cortex-M3设备外设访问层系统文件，完成系统初始化及时钟配置。Stm32f10x_conf．h为标准外设驱动配置文件，通过更改包含的外设头文件来选择所使用的外设，在新建程序和进行功能变更之前应当首先修改对应的配置。Stm32f10x_it．c为外设中断函数文件，通过在相应位置加入中断程序代码执行相应中断操作，在实际应用中，中断函数也可以设置在项目主程序文件中，但中断函数名必须正确。

3 基于标准外设库的实现步骤
    在IAR FOR ARM6．30编程环境下，采用V3．50的标准外设库，开发步骤如下：
    1)首先创建一能够象征项目含义的文件夹(如touch)，并在该文件夹下创建名为EVARM和Library的文件夹；
    2)STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．5．0中STM32F10x_StdPeriph_Driver和CMSIS文件夹拷贝到touch目录下；
    3)将＼STM32F10x_StdPeriph_Lib_V350＼Project＼STM32F10x_StdPeriph_Template下的main．c、stm32f10x_confh、stm32f10x_it.c、stm32f10x_it．h拷贝到touch目录下；
    4)将＼STM32F10x_StdPeriph_Lib_V350＼Project＼STM32F10x_StdPeriph_Template＼EWARM下的stm32f10x_flashcfstm32f10x_flash_ex tsram．icf、stm32f10x_nor．icf、stm32f10x_ram．icf拷贝至／touch／EVARM；
    5)打开IAR Embedded Workbench IDE，创建一个新的workspace，而后按照模板创建一个新空白项目；
    6)为项目添加工作组CMSIS、StdPeriph_Driver、EVARM、User、Doc，如图3所示；

    7)向各工作组添加文件，将core_cm3．c、system_stm32f10x．c添加到CMSIS；将startup_stm32f10x_hd．s添加到EVARM；将misc．c、stm32f10x_rcc．c及所需其它外设驱动源文件添加到StdPeriph_Driver；将main．c、stm32f10x_it．c添加到User；
    8)在Project→options→C／C++Compiler→Preprocessor中设置、添加编译搜索路径，最好包括所有项目中所调用文件的路径，否则需要在源文件中给出被调文件的完整路径；
    9)在Project→options→Ceneral Options→Target标签页选择相应器件；
    10)勾选Project→Options→General Options→Library Configuration→Use CMSIS选项；
    11)在stm32f10x．h文件中配置控制器启动文件，根据所选用产品系列，去掉相应注释即可，如令#defineSTM32F10X_HD有意义；同时，去掉／*#define USE_STDPERIPH_DRIVER*／的注释，表示使用标准外设库；
    12)选择使用HSI或HSE，system_stm32f10x．c中相关程序代码段如下：

    
    在不进行任何改动情况下，系统默认使用HIS作为系统时钟，如使用HSE作为系统时钟，则需将／*#define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALU E*／的注释去掉，屏蔽HSI频率定义项，同时根据所用外部晶振频率在stm32f10x．h中重新定义HSE_VALUE的数值。
    13)对main．c文件内容进行修改，但须保留#include“stm32f10x．h”，编译、连接项目文件后生成可执行代码；
    14)在仿真器编译环境下，进行系统调试。

4 应用实例
    采用STM32F103VET6微控制器实现LCD显示器的各种操作，LCD显示器采用北京宁和公司的480×234TFT256色显示器，配套控制器为NHC_ 36。微控制器PD口高8位作为数据口，PB15、PB14、PC6、PC7、PC8分别作为A0、WR、A1、CS、RD的控制信号，当PBO引脚电平在下降沿时触发外部中断线0中断，在显示器上绘制一条直线。建立项目步骤如3所述，将中断函数设置在主程序文件中，使用HSE为系统时钟，本文且未对LCD操作函数进行说明，仅给出利用标准外设库进行端口及中断设置的代码。
    微控制器I／O口配置程序代码如下：

    为了将PB0配置为中断输入且中断有效，须开启PB口I／O时钟及AFIO时钟，中断配置代码如下：


    在主程序中设置循环状态以等待中断，当PB0口由高电平跳变为低电平时，触发中断，调用外部中断线0中断函数。具体应用中，如果有多个中断源可以触发该外部中断，还须判断中断标志位以确定执行何种操作。

5 结束语
    文中介绍了ST公司V3．50标准外设库的文件架构和相互联系，基于IAR FOR ARM6．30开发环境给出了参考编程步骤，并根据实例设计了具体的程序代码。采用标准外设库进行嵌入式软件开发，无需太多了解微处理器底层硬件结构，只要具有C／C++软件基础，根据本文介绍的参考步骤，便可开发出高效直观的程序代码。