一、如何控制單片機(jī)？

單片機(jī)的內(nèi)存映射圖解析

這里以STM32F429芯片為例，講解下單片機(jī)芯片內(nèi)存映射圖。從此圖中可以看到芯片的外設(shè)被分配了512M的空間，然而真正的外設(shè)其實(shí)沒(méi)有使用到512M的內(nèi)存空間。 然后我們操作外設(shè)時(shí)，只需要操作它對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址即可。更加詳細(xì)的外設(shè)內(nèi)存地址，可以參考芯片的用戶(hù)手冊(cè)（不是數(shù)據(jù)手冊(cè)）的Memory map章節(jié)。

因?yàn)閱纹瑱C(jī)是將外設(shè)映射到內(nèi)存地址上，所以我們可以像操作內(nèi)存一樣來(lái)操作外設(shè)（寫(xiě)/讀）。 我們?cè)诓僮鲀?nèi)存時(shí)是通過(guò)地址來(lái)進(jìn)行操作的，由于單片機(jī)已經(jīng)將外設(shè)與內(nèi)存進(jìn)行了映射，所以我們?cè)诓僮鲉纹瑱C(jī)外設(shè)時(shí)只需要操作外設(shè)映射的內(nèi)存地址就行。

內(nèi)存如何操作？

在C語(yǔ)言中操作內(nèi)存，我們可以用指針來(lái)進(jìn)行操作。在匯編語(yǔ)言中由于沒(méi)有指針這個(gè)概念，所以我們?cè)诓僮鞯刂窌r(shí)只能用一些內(nèi)存讀寫(xiě)指令來(lái)完成。比如：LDR，STR

結(jié)構(gòu)體操作與宏定義操作的對(duì)比

C語(yǔ)言——宏定義形式：

#define GPIOA (*(volatile uint32_t *)(0x000800E0))
#define GPIOA_DR (*(volatile uint32_t *)(0x000800E4))
#define GPIOA_MR (*(volatile uint32_t *)(0x00080108))
#define GPIOA_TR (*(volatile uint32_t *)(0x00080108))

C語(yǔ)言——結(jié)構(gòu)體操作：

struct GPIOA_Reg{
    volatile uint32_t dr;
    volatile uint32_t mr;
    volatile uint32_t tr;
}GPIOA_REG

LDR r0, =0x00800010
MOV r1, #2
STR r1, [r0]

代碼結(jié)構(gòu)框架：

文件結(jié)構(gòu)

一個(gè)芯片頭文件：外設(shè)的地址宏定義以及外設(shè)相關(guān)的結(jié)構(gòu)體定義 查看芯片的用戶(hù)手冊(cè)（注意：不是數(shù)據(jù)手冊(cè)）中寄存器對(duì)應(yīng)的相應(yīng)地址。然后使用宏定義來(lái)將它們定義好，同時(shí)定義好結(jié)構(gòu)體來(lái)更加方便的管理外設(shè)寄存器組。這里以STM32F1系列為例

一個(gè)啟動(dòng)文件：匯編編寫(xiě)的、中斷向量表等

用戶(hù)代碼文件：剩余就是用戶(hù)代碼文件了

各個(gè)芯片的外設(shè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)編寫(xiě)（讀/寫(xiě)、控制）、以及用戶(hù)邏輯部分代碼。

三、使用HAL庫(kù)方式操作單片機(jī)

HAL庫(kù)與固件庫(kù)的區(qū)別

HAL全稱(chēng)Hardware abstract layer（硬件抽象層），這是一個(gè)大家公認(rèn)并且遵守的一種函數(shù)名稱(chēng)命名、資源定義。因?yàn)槭墙y(tǒng)一的命名規(guī)范，所以當(dāng)用戶(hù)更換芯片平臺(tái)后由于函數(shù)命名與所使用的資源都與具體硬件沒(méi)有關(guān)系，這樣就不需要修改用戶(hù)層代碼了。 而所謂的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)其實(shí)就是芯片廠商公司內(nèi)部自己命名與實(shí)現(xiàn)的庫(kù)并且各個(gè)廠商的命名規(guī)則不一樣，這樣就會(huì)導(dǎo)致可移植性變差。當(dāng)用戶(hù)更換了芯片平臺(tái)后由于它們各自的API函數(shù)不一樣就會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)需要修改應(yīng)用層代碼。

HAL庫(kù)設(shè)計(jì)

1. HAL框架設(shè)計(jì)

2. HAL資源命名規(guī)則

HAL函數(shù)命名規(guī)則：

中斷與時(shí)鐘設(shè)置宏：

回調(diào)函數(shù)命名規(guī)則：

3. 文件結(jié)構(gòu)：

一個(gè)芯片頭文件：外設(shè)的地址宏定義以及外設(shè)相關(guān)的結(jié)構(gòu)體定義。 查看芯片的用戶(hù)手冊(cè)（注意：不是數(shù)據(jù)手冊(cè)）中寄存器對(duì)應(yīng)的相應(yīng)地址。然后使用宏定義來(lái)將它們定義好，同時(shí)定義好結(jié)構(gòu)體來(lái)更加方便的管理外設(shè)寄存器組。這里以STM32F1系列為例。 一個(gè)啟動(dòng)文件：匯編編寫(xiě)的、中斷向量表等。 一個(gè)HAL庫(kù)全局頭文件：一些全局的宏定義以及包含其他外設(shè)頭文件。 HAL庫(kù)文件：芯片外設(shè)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。

四、HAL庫(kù)組成說(shuō)明

HAL庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體

??外設(shè)句柄結(jié)構(gòu)體

??初始化和配置結(jié)構(gòu)體

??特定的處理結(jié)構(gòu)體（讀寫(xiě)/控制）

外設(shè)句柄結(jié)構(gòu)體（跟硬件不相關(guān)）： 比如：下面這個(gè)串口結(jié)構(gòu)體

?

typedef struct
{
    USART_TypeDef *Instance; /* USART registers base address */
    USART_InitTypeDef Init; /* Usart communication parameters */
    uint8_t *pTxBuffPtr;/* Pointer to Usart Tx transfer Buffer */
    uint16_t TxXferSize; /* Usart Tx Transfer size */
    __IO uint16_t TxXferCount;/* Usart Tx Transfer Counter */
    uint8_t *pRxBuffPtr;/* Pointer to Usart Rx transfer Buffer */
    uint16_t RxXferSize; /* Usart Rx Transfer size */
    __IO uint16_t RxXferCount; /* Usart Rx Transfer Counter */
    DMA_HandleTypeDef *hdmatx; /* Usart Tx DMA Handle parameters */
    DMA_HandleTypeDef *hdmarx; /* Usart Rx DMA Handle parameters */
    HAL_LockTypeDef Lock; /* Locking object */
    __IO HAL_USART_StateTypeDef State; /* Usart communication state */
    __IO HAL_USART_ErrorTypeDef ErrorCode;/* USART Error code */
}USART_HandleTypeDef;

typedef struct
{
    uint32_t BaudRate; /*!< This member configures the UART communication baudrate.*/
    uint32_t WordLength; /*!< Specifies the number of data bits transmitted or received
    in a frame.*/
    uint32_t StopBits; /*!< Specifies the number of stop bits transmitted.*/
    uint32_t Parity; /*!< Specifies the parity mode. */
    uint32_t Mode; /*!< Specifies wether the Receive or Transmit mode is enabled or
    disabled.*/
    uint32_t HwFlowCtl; /*!< Specifies wether the hardware flow control mode is enabled
    or disabled.*/
    uint32_t OverSampling; /*!< Specifies wether the Over sampling 8 is enabled or
    disabled,
    to achieve higher speed (up to fPCLK/8).*/
}UART_InitTypeDef;

typedef struct 
{
  uint32_t Channel;                /*!< Specifies the channel to configure into ADC regular group.
                                        This parameter can be a value of @ref ADC_channels */
  uint32_t Rank;                   /*!< Specifies the rank in the regular group sequencer.
                                        This parameter must be a number between Min_Data = 1 and Max_Data = 16 */
  uint32_t SamplingTime;           /*!< Sampling time value to be set for the selected channel.
                                        Unit: ADC clock cycles
                                        Conversion time is the addition of sampling time and processing time (12 ADC clock cycles at ADC resolution 12 bits, 11 cycles at 10 bits, 9 cycles at 8 bits, 7 cycles at 6 bits).
                                        This parameter can be a value of @ref ADC_sampling_times
                                        Caution: This parameter updates the parameter property of the channel, that can be used into regular and/or injected groups.
                                                 If this same channel has been previously configured in the other group (regular/injected), it will be updated to last setting.
                                        Note: In case of usage of internal measurement channels (VrefInt/Vbat/TempSensor),
                                              sampling time constraints must be respected (sampling time can be adjusted in function of ADC clock frequency and sampling time setting)
                                              Refer to device datasheet for timings values, parameters TS_vrefint, TS_temp (values rough order: 4us min). */
  uint32_t Offset;                 /*!< Reserved for future use, can be set to 0 */
}ADC_ChannelConfTypeDef;

?

?

HAL庫(kù)公共資源

HAL Status：狀態(tài)枚舉

?

Typedef enum
{
    HAL_OK = 0x00,
    HAL_ERROR = 0x01,
    HAL_BUSY = 0x02,
    HAL_TIMEOUT = 0x03
} HAL_StatusTypeDef;

typedef enum
{
HAL_UNLOCKED = 0x00, /*!
? 公共的宏定義：NULL 和 HAL_MAX_DELAY

#ifndef NULL
#define NULL (void *) 0
#endif
#define HAL_MAX_DELAY 0xFFFFFFFF
?

	?

	?

	HAL庫(kù)中斷回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)說(shuō)明

	（1）使用 __ weak 定義好回調(diào)函數(shù)。如果用戶(hù)自己重寫(xiě)了回調(diào)函數(shù)，那么編譯器就會(huì)使用用戶(hù)重寫(xiě)的這個(gè)回調(diào)函數(shù)。其中__ weak 這個(gè)關(guān)鍵字是編譯器定義的。 （2）使用函數(shù)指針。定義一個(gè)全局的函數(shù)指針變量，在初始化函數(shù)時(shí)將我們自定義的回調(diào)函數(shù)賦值給這個(gè)全局的函數(shù)指針變量（這一步也叫做：注冊(cè)）。然后在中斷函數(shù)中通過(guò)這個(gè)全局的函數(shù)指針變量來(lái)調(diào)用我們自定義的回調(diào)函數(shù)。

	編輯：黃飛

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