1.1 任務1 新建一個基于STM32固件庫的工程模板

任務要求

建立一個基于V3.5版本固件庫的Keil μVision4工程模板，方便以后每次新建工程時，可以直接復制使用該模板。

1.1.1 新建基于STM32固件庫的Keil μVision4工程模板

本書使用的是Keil μVision4版本。Keil μVision4源自德國的Keil公司，集成了業內最領先的技術，包括μVision4集成開發環境與RealView編譯器，支持Arm 7、Arm 9和最新的Cortex-M3核處理器，可以自動配置啟動代碼，集成了Flash燒寫模塊，具備強大的Simulation設備模擬、性能分析等功能。

1. 新建工程模板目錄

下面介紹怎樣建立基于V3.5版本固件庫的工程模板目錄，以后新建工程時，可以直接復制使用該模板。

（1）先在計算機的某個盤符下新建一個STM32_Project目錄，作為基于STM32固件庫的工程模板目錄。

（2）在STM32_Project工程模板目錄下，新建USER、CORE、OBJ以及STM32F10x_FWLib 4個子目錄，如圖1-1所示。

圖1-1　工程STM32_Project模板目錄

其中，CORE用來存放核心文件和啟動文件；OBJ用來存放編譯過程文件以及hex文件；STM32F10x_FWLib用來存放ST公司（意法半導體公司）官方提供的庫函數源碼文件；USER除了用來存放工程文件，還用來存放主函數文件main.c，以及system_stm32f10x.c、STM32F10x.s等文件。另外，很多人喜歡把子目錄“USER”取名為“Project”，將工程文件都保存到“Project”子目錄下面，也是可以的。

（3）把官方固件庫“Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver”下面的src和inc子目錄復制到子目錄STM32F10x_FWLib下面，如圖1-2所示。

圖1-2　STM32F10x_FWLib子目錄

其中，src存放的是固件庫的“.c”文件，inc存放的是其對應的“.h”文件。每個外設都對應一個“.c”文件和一個“.h”頭文件。

（4）把官方固件庫里相關的啟動文件復制到CORE文件夾里面。

把官方固件庫“Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport”下面的core_cm3.c和core_cm3.h文件復制到子目錄CORE下面；把“Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\arm”下面的startup_stm32f10x_ld.s文件復制到CORE文件夾下面，如圖1-3所示。

圖1-3　CORE子目錄

（5）先把官方固件庫“Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x”下面的stm32f10x.h、system_stm32f10x.c、system_stm32f10x.h文件復制到子目錄USER下面，然后把官方固件庫“Project\STM32F10x_StdPeriph_Template”下面的stm32f10x_conf.h、stm32f10x_it.c、stm32f10x_it.h文件復制到子目錄USER下面，如圖1-4所示。

圖1-4　USER子目錄

通過前面幾個步驟，就把需要的官方固件庫相關文件復制到了工程目錄模板“STM32_Project”下面。在以后的任務中，直接復制工程模板目錄，然后修改成需要的名字即可使用。

2. 新建Keil μVision4工程模板

在建立工程之前，先在計算機的某個盤符下新建一個子目錄“任務1 STM32_Project工程模板”；然后把工程目錄模板“STM32_Project”復制到“任務1 STM32_Project工程模板”子目錄里面，并修改工程目錄模板名為“STM32_Project工程模板”。

（1）運行Keil μVision4軟件。第一種方法是雙擊桌面上的Keil μVision4圖標；第二種方法是單擊桌面左下方的“開始”→“程序”→“Keil μVision4”，進入Keil μVision4集成開發環境，如圖1-5所示。

圖1-5　Keil μVision4集成開發環境

（2）單擊Project-＞New uVision Project，如圖1-6所示。

圖1-6　新建工程

然后把目錄定位到“STM32_Project工程模板\USER”下面，我們的工程文件都保存在這里。將工程命名為“STM32_Project”，單擊“保存”按鈕，如圖1-7所示。

圖1-7　保存新建工程

（3）接下來彈出選擇芯片“Select Device Target‘Target1’”對話框，本項目使用的是STM32F103R6芯片，選擇STMicroelectronics下面的STM32F103R6即可。如果使用的是其他系列的芯片，選擇相應的型號就可以了，如圖1-8所示。

圖1-8　選擇芯片型號

（4）單擊OK按鈕，彈出對話框“Copy STM32 Startup Code to project…”，詢問是否添加啟動代碼到我們的工程中，這里選擇“否”，因為我們使用的ST固件庫文件已經包含了啟動文件，如圖1-9所示。

圖1-9　是否添加啟動代碼對話框

啟動代碼是一段和硬件相關的匯編代碼，是必不可少的！這段代碼具體如何工作，我們不必太關心。

現在我們就可以看到新建工程后的界面，如圖1-10所示。

圖1-10　新建工程后的界面

3. 新建組和添加文件到STM32_Project工程模板

建好STM32_Project工程后，下面介紹如何在STM32_Project工程下新建USER、CORE、OBJ和STM32F10x_FWLib組，并添加文件到相應的組中。

（1）在圖1-10中，通過快捷工具欄（或File菜單）的按鈕新建一個文件，并保存為main.c，主文件main.c一定要放在USER組里面。在該文件中輸入如下代碼：

#include "stm32f10x.h"
int main(void) 
{ 
 while(1) 
 { 
  ; 
 } 
}

“#include"stm32f10x.h"”語句是一個“文件包含”處理語句。stm32f10x.h是STM32開發中最為重要的一個頭文件，就像C51單片機的reg52.h頭文件一樣，在應用程序中是至關重要的，通常包括在主文件中。這里的main()函數是一個空函數，方便以后添加需要的代碼。

（2）在USER組里面，打開STM32_Project工程，然后在Project窗格的Target1上單擊鼠標右鍵，選擇Manage Components選項，如圖1-11所示。

圖1-11　調出Manage Components

（3）彈出圖1-12所示Components Environment and Books對話框。

圖1-12　Components Environment and Books對話框

（4）先把Project Targets欄下的Target1修改為STM32_Project，把Groups欄下的Source Group1刪除。然后在Groups欄（中間欄）單擊新建按鈕（也可以雙擊下面的空白處），新建USER、CORE和STM32F10x_FWLib組，如圖1-13所示。

圖1-13　新建的組

（5）往USER、CORE和STM32F10x_FWLib組里面添加我們需要的文件。

先選中Groups欄下的STM32F10x_FWLib，然后單擊Add Files按鈕，定位到工程目錄的STM32F10x_FWLib/src子目錄。把里面的所有文件都選中（組合鍵Ctrl+A），然后單擊Add按鈕，最后單擊Close按鈕，就可以看到Files欄下面出現了我們添加的所有文件，如圖1-14所示。

圖1-14　STM32F10x_FWLib組里添加的文件

用同樣的方法，添加CORE子目錄里面的core_cm3.c和startup_stm32f10x_ld.s文件，添加USER子目錄里面的main.c、stm32f10x_it.c和system_stm32f10x.c文件。

這樣，需要添加的文件都添加到工程里面了，最后單擊OK按鈕，退出Components Environment and Books對話框。這時，會發現在Target樹下多了三個組名和其中添加的文件，如圖1-15所示。

圖1-15　完成新建組和添加文件的工程

4. 工程配置與編譯

到此為止，新建的基于STM32的Keil μVision4工程就已經基本完成了。接下來進行工程配置和編譯。

（1）單擊工具欄的“Target Options…”按鈕，彈出“Options for Target 'Leddl'”對話框，選擇C/C++選項卡，添加要編譯文件的路徑。這個步驟非常重要，務必添加正確的路徑，否則編譯會出現錯誤。C/C++選項卡配置界面如圖1-16所示。

圖1-16　C/C++選項卡配置界面

（2）單擊Include Paths最右邊的方塊按鈕，彈出添加路徑的Folder Setup對話框，然后把STM32F10x_FWLib\inc、CORE和USER子目錄都添加進去。此操作是為了設定編譯器的頭文件包含路徑，在以后的任務中會經常用到，如圖1-17所示。

圖1-17　添加所要編譯文件的路徑

在這里，還需要在C/C++選項卡配置界面中，填寫“STM32F10X_LD,USE_STDPERIPH_DRIVER”到Define輸入框里，如圖1-18所示。

圖1-18　配置一個全局的宏定義

之所以要填寫“STM32F10X_LD,USE_STDPERIPH_DRIVER”，是因為V3.5版的庫函數在配置和選擇外設時，是通過宏定義來選擇的，所以需要配置一個全局的宏定義變量，否則工程編譯會出錯。若使用中容量芯片，就把STM32F10X_LD修改為STM32F10X_MD；若使用大容量芯片，就修改為STM32F10X_HD。

（3）設置完C/C++選項卡配置界面后，單擊OK按鈕，在“Options for Target 'Leddl'”對話框中，選擇Output選項卡。先選中Greate HEX File選項；再單擊“Select Folder for Objects…”按鈕，在彈出的對話框中選中OBJ子目錄，單擊OK按鈕。以后工程編譯的HEX文件以及垃圾文件就會放到OBJ子目錄里面，保持了工程簡潔不亂，如圖1-19所示。

圖1-19　配置Output選項卡

（4）單擊OK按鈕，退出“Options for Target'Target 1'”對話框，然后單擊工具欄的Rebuild按鈕，對工程進行編譯。若編譯發生錯誤，要進行分析檢查，直到編譯正確為止，如圖1-20所示。

圖1-20　工程編譯

對工程進行第一次編譯時，單擊工具欄的Rebuild按鈕。不管工程的文件有沒有編譯過，Rebuild都會對工程中的所有文件重新進行編譯并生成可執行文件，因此重編譯時間較長。若只編譯工程中上次修改的文件，單擊工具欄的Build按鈕即可。

另外，在主文件main.c代碼的最后一定要加上一個回車，否則編譯會有警告信息。

1.1.2 認識STM32固件庫

ST公司為了方便用戶開發程序，提供了一套豐富的STM32固件庫。什么是固件庫呢？在STM32應用程序開發中，固件庫與寄存器有什么區別和聯系呢？

1. STM32固件庫開發與寄存器開發的關系

從51單片機開發轉入STM32開發時，由于我們習慣了51單片機的寄存器開發方式，突然要使用STM32固件庫開發，會不知道如何下手。下面通過一個簡單的例子來說明STM32固件庫到底是什么，與寄存器開發有什么關系？

在51單片機開發中，我們若想控制某些I/O端口的狀態，就會直接操作寄存器，如：

P2=0x0fe;

而在STM32的開發中，我們同樣也可以直接操作寄存器，如：

GPIOx->BRR = 0x00fe;

由于STM32有數百個寄存器，初學者要想很快地掌握每個寄存器的用法，并能正確使用，是非常困難的。

于是ST公司推出了官方的STM32固件庫，將這些寄存器的底層操作封裝起來，提供一整套接口（API）供開發者調用。在大多數場合下，開發人員不需要知道操作的是哪個寄存器，只需要知道調用哪些函數即可。

上面的例子直接操作STM32的BRR寄存器，可以實現電平控制。STM32固件庫封裝了一個函數：

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{ 
   GPIOx->BRR = GPIO_Pin; 
}

這時，開發人員就不需要操作BRR寄存器了，知道如何使用GPIO_ResetBits()函數就可以了。另外，通過固件庫的函數名字，我們就能知道這個函數的功能是什么，該怎么使用。

2. STM32固件庫與CMSIS標準

STM32固件庫是函數的集合，固件庫函數的作用是向下與寄存器直接打交道，向上提供用戶調用函數的接口（API）。那么對這些函數有什么要求呢？這就涉及一個CMSIS標準的基礎知識。

Arm是一個做芯片標準的公司，它負責的是芯片內核的架構設計，而TI、ST等公司并不是做標準的，只是一個芯片公司，它們根據Arm公司提供的芯片內核標準來設計自己的芯片。芯片雖然由芯片公司設計，但是內核卻要服從Arm公司提出的Cortex-M3內核標準。芯片公司每賣出一片芯片，需要向Arm公司交納一定的專利費。

所以，所有Cortex-M3芯片的內核結構都是一樣的，只是在存儲器容量、片上外設、端口數量、串口數量以及其他模塊上有所區別，芯片公司可以根據自己的需求理念來設計這些資源。同一家公司設計的多種Cortex-m3內核芯片的片上外設也會有很大的區別，如STM32F103RBT和STM32F103ZET在片上外設方面就有很大的區別。

為了保證不同芯片公司生產的Cortex-M3芯片能在軟件上基本兼容，Arm公司和芯片生產商共同提出了一套標準——CMSIS標準（ Cortex Microcontroller Software Interface Standard），即“Arm Corte微控制器軟件接口標準”。ST官方庫（STM32固件庫）就是根據這套標準設計的，CMSIS共分3個基本功能層。

（1）核內外設訪問層：Arm公司提供的訪問，定義處理器內部寄存器地址以及功能函數。

（2）中間件訪問層：定義訪問中間件的通用API，由Arm公司提供。

（3）外設訪問層：定義硬件寄存器的地址以及外設的訪問函數。

CMSIS向下負責與內核和各個外設直接打交道，向上負責提供實時操作系統用戶程序調用的函數接口。如果沒有CMSIS標準，那么各個芯片公司就會設計自己喜歡的風格的庫函數，而CMSIS標準就是要強制規定，芯片生產公司的庫函數必須按照CMSIS這套規范來設計。

另外，CMSIS還對各個外設驅動文件的文件名字規范化、函數名字規范化等做了一系列規定。比如前面用到的GPIO_ResetBits函數，其名字是不能隨便定義的，必須遵循CMSIS規范。

又如，在我們使用STM32芯片時，首先要進行系統初始化。CMSIS就規定系統初始化函數名必須為SystemInit，所以各個芯片公司設計自己的庫函數時，都必須用SystemInit對系統進行初始化。

1.1.3 STM32固件庫關鍵子目錄和文件

STM32固件庫是不斷完善升級的，目前存在多個不同的版本，本書使用的是V3.5版本的固件庫（目前最新版本）。STM32固件庫的目錄結構如圖1-21所示。

圖1-21　STM32固件庫目錄結構

從圖1-21可以看出，解壓后的STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0目錄下包含了STM32固件庫的全部文件。

其中，Release_Notes.html文件是關于該庫文件相比之前版本有何改動，stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm文件是固件庫的英文幫助文檔，在開發過程中，這個文檔會經常用到。

1. STM32固件庫關鍵子目錄

STM32固件庫關鍵子目錄主要有Libraries和Project。另外，_htmresc子目錄里是ST的圖標，Utilities子目錄是官方評估板的一些對應源碼，跟開發完全無關。

（1）Libraries子目錄

Libraries子目錄下面有CMSIS子目錄和STM32F10x_StdPeriph_Driver子目錄，這兩個子目錄包含固件庫核心的所有子文件夾和文件，主要包含大量的頭文件、源文件和系統文件，是開發必須使用的。Libraries的目錄結構如圖1-22所示。

圖1-22　Libraries目錄結構

CMSIS子目錄存放的是啟動文件。STM32F10x_StdPeriph_Driver子目錄存放的是STM32固件庫源碼文件，其下的inc子目錄存放的是stm32f10x_xxx.h頭文件，無須改動；src子目錄存放的是stm32f10x_xxx.c固件庫源碼文件。

每一個“.c”文件和一個相應的“.h”文件對應，這里的文件也是固件庫的核心文件，即每個外設對應一組文件。

（2）Project子目錄

Project子目錄下面有STM32F10x_StdPeriph_Examples和STM32F10x_StdPeriph_Template子目錄。

STM32F10x_StdPeriph_Examples子目錄存放的是ST官方提供的固件實例源碼，包含了幾乎所有STM32F10x外設的詳細使用源代碼。在以后的開發過程中，可以修改這個官方提供的參考實例，以快速驅動自己的外設。很多開發板的實例，也都參考了官方提供的例程源碼，這些源碼對以后的學習非常重要。

STM32F10x_StdPeriph_Template子目錄存放的是工程模板。

2. STM32固件庫的關鍵文件

在這里，我們著重介紹STM32固件庫Libraries子目錄下的幾個重要文件。

（1）core_cm3.c和core_cm3.h

core_cm3.c和core_cm3.h文件位于\Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport子目錄下面，分別是內核訪問層的源文件和頭文件，提供進入M3內核的接口。這兩個文件是由Arm公司提供的CMSIS核心文件，對所有M3內核的芯片都一樣，永遠都不需要修改。

（2）STM32F10x子目錄的3個文件

DeviceSupport和CoreSupport是同一級的，STM32F10x子目錄放在DeviceSupport子目錄下面。DeviceSupport\ST\STM32F10x子目錄主要存放一些啟動文件、比較基礎的寄存器定義以及中斷向量定義的文件。

在STM32F10x子目錄下面有3個文件：system_stm32f10x.c、system_stm32f10x.h以及stm32f10x.h文件，是外設訪問層的源文件和頭文件。

system_stm32f10x.c文件和對應的system_stm32f10x.h頭文件的功能，是設置系統和總線時鐘，其中有一個非常重要的SystemInit()函數，在系統啟動時都會被調用，用來設置系統的整個時鐘系統。這也就是不需要用戶配置時鐘，程序就能運行的原因。

stm32f10x.h文件相當重要，主要包含了STM32F10x系列所有外設寄存器的定義、位定義、中斷向量表、存儲空間的地址映射等。只要做STM32開發，就要查看這個文件相關的定義。打開這個文件時可以看到，里面有非常多的結構體以及宏定義。

（3）啟動文件

在STM32F10x子目錄下面還有一個startup子目錄，里面放的是啟動文件。在\startup\arm目錄下，我們可以看到8個以startup開頭的“.s”文件，如圖1-23所示。

圖1-23　startup子目錄結構

從圖1-23中可以看出，共有8個啟動文件，不同容量（容量是指FLASH的大小）的芯片，對應的啟動文件也不一樣。在stm32f 103系列芯片中，主要使用其中3個啟動文件。

? startup_stm32f10x_ld.s：適用于小容量產品，Flash≤32 KB；

? startup_stm32f10x_md.s：適用于中等容量產品，64 KB≤Flash≤128 KB；

? startup_stm32f10x_hd.s：適用于大容量產品，256 KB≤Flash。

本項目采用的是STM32F103R6芯片，其Flash容量是32 KB，屬于小容量產品，所以選擇startup_stm32f10x_ld.s啟動文件。

那么，啟動文件到底有什么作用呢？

啟動文件主要進行堆棧等的初始化、中斷向量表以及中斷函數定義，還要引導程序進入main函數。

（4）STM32F10x_StdPeriph_Template子目錄的3個文件

在Project\STM32F10x_StdPeriph_Template子目錄下有3個關鍵文件：stm32f10x_it.c、stm32f10x_it.h和stm32f10x_conf.h。

stm32f10x_it.c和stm32f10x_it.h是外設中斷函數文件，用來編寫中斷服務函數，用戶可以相應地加入自己的中斷程序代碼。

stm32f10x_conf.h是固件庫配置文件，有很多#include。在建立工程時，可以注釋掉一些不用的外設頭文件，只選擇固件庫使用的外設。