1.3 創建工程和執行程序

你編寫和執行的第一個C語言程序將告訴STM32微控制器，讓它發送一條消息給PC機或筆記本電腦。

任務四 你的第一個工程

雙擊Keil u Vision3的圖標，啟動Keil uVision3程序，你會得到圖1.10所示的Keil u Vision3的IDE主界面。IDE表示Integrated Development Environment，即集成開發環境。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理及一個功能強大的仿真調試器在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（u Visoin）將這些部分組合在一起，其軟件開發邏輯結構如圖1.11所示。掌握這一軟件的使用，對于進行單片機或ARM系統開發者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。

圖1.10 Keil uVision3的IDE主界面

圖1.11 Keil軟件開發邏輯結構圖

通過用Project菜單中的New Project命令建立項目文件（工程文件），過程如下：

（1）創建HelloRobot文件夾，將提供的library文件夾，stm32f10x_heads.h文件和HelloRobot.h文件復制到此目錄下。library文件夾里面的文件是STM32庫文件。

（2）單擊Project，會出現圖1.12所示的畫面，然后選擇New u Vision Project，彈出Create New Project對話框，找到剛才建立好的HelloRobot目錄，如圖1.13所示。

圖1.12 Keil uVision3工程菜單畫面

圖1.13 Create New Project對話框

（3）雙擊HelloRobot文件夾，在文件名中輸入工程文件名：HelloRobot（可不用加后綴名），保存在此目錄下，如圖1.14所示。之后單擊“保存”出現圖1.15所示的窗口。

圖1.14 創建HelloRobot工程

圖1.15 Select Device for Target ‘Target 1’ 對話框

（4）這里要求選擇芯片的類型，雙擊STMicroelectronics，在彈出的下拉菜單中選擇STM32F103xx（與教學開發板一致），就會出現相關介紹信息。例如選擇STM32F103VB，如圖1.16所示。看看選擇不同的STM32F103xx單片機，所顯示的資源有哪些不同。

圖1.16 CPU型號選擇窗口

（5）按OK確定，出現圖1.17所示窗口。詢問是否加載啟動代碼，在這里選擇“否”，不加載（后面將會手工裝載啟動代碼：cortexm3_macro.s，stm32f10x_vector.s，而不用系統提供的默認啟動代碼）。選擇“否”后將出現圖1.18所示窗口，此時項目文件，即工程文件就創建好了。

圖1.17 是否加載啟動代碼提示窗口

圖1.18 目標工程窗口

查看HelloRobot目錄，你會發現HelloRobot.uv2工程文件。另外，opt文件是關于工程開發環境的參數配置和選項設置文件（Option File）。plg文件是編譯日志文件（Compile Log File），存放編譯器的編譯結果，編譯時采用的命令參數，已經編譯后得到的錯誤和警告信息。

任務五 你的第一個程序

項目文件創建后，這時只有一個框架，緊接著需要向項目文件中添加程序文件內容。Keil uVision支持C語言程序。可以是已經建立好的程序文件，也可以是新建的程序文件。如果是建立好了的程序文件，則直接用后面的方法添加；如果是新建立的程序文件，則先將程序文件.c存盤后再添加。

首先，先添加啟動代碼（匯編文件）：cortexm3_macro.s，stm32f10x_vector.s。右鍵單擊“Source Group 1”，單擊“Add Files to Group‘Source Group 1’”，如圖1.19所示。

圖1.19 添加文件

在彈出的對話框中選擇文件類型，然后選中兩個啟動代碼，單擊“Add”按鈕添加進工程文件中，再單擊“Close”關閉此對話框，如圖1.20所示。

圖1.20 添加啟動代碼

文件添加到項目文件中去后，這時“Source Group 1”的前面將出現一個“+”號。單擊“+”，展開“Source Group 1”目錄，如圖1.21所示。

圖1.21 加入啟動文件后的工程

這時可以添加已經建立好的程序文件，如圖1.22所示。如果是新建立的程序文件，則先將程序文件.c存盤后再添加。

圖1.22 加入啟動文件后的工程

單擊按鈕（或通過“File→New”操作）為該項目新建一個C語言程序文件。將該例程鍵入到Keil uVision IDE的編輯器中，并以文件名HelloRobot.c保存。

例程：HelloRobot.c

    #include "stm32f10x_heads.h"
    #include "HelloRobot.h"
    int main(void)
    {
      BSP_Init();                // 開發板初始化
      USART_Configuration();     // 串口1（USART1)初始化
      printf("Hello Robot!\n");
      while (1);
    }

將文件保存在項目文件夾HelloRobot中，在文件類型中填寫.c（這里.c為文件擴展名，表示此文件類型為C語言源文件），如圖1.23所示。

圖1.23 C語言源文件保存對話框

下一步就是添加該文件到目標工程項目了，其具體添加過程如下。

（1）單擊“+”，展開“Source Group 1”目錄，然后右鍵單擊“Source Group 1”，在出現的菜單下選擇“Add File To Group ‘Source Group 1’”，如圖1.24所示。出現Add Files to Group Source‘Group1’對話框。在該對話框中選擇需要添加的程序文件：HelloRobot.c，單擊Add按鈕，把所選文件添加到項目文件中。一次可添加多個文件。

圖1.24 添加文件

（2）程序文件添加到項目文件中去后，如圖1.25所示（注意：圖中顯示的文件名是剛才輸入的文件名）。

圖1.25 添加C語言文件到目標工程中

雙擊源文件即可顯示源文件的編輯界面，如圖1.26所示。

圖1.26 源文件的編輯界面

下面來產生下載需要的可執行文件。圖1.27表示編譯的幾種方式，圖1.27（a）的“Translate current file”表示僅編譯當前源文件；圖1.27（b）的“Build target”表示編譯整個工程文件，編譯時僅編譯修改了的或新的源文件；圖1.27（c）的“Rebuild all target files”表示重新編譯整個工程文件，工程中的文件不管是"否修改，編譯時都將重新編譯。

圖1.27 編譯工程文件的幾種方式

一般地，我們單擊Keil uVision IDE快捷工具欄中的，編譯整個工程文件，如圖1.28所示。Keil的C編譯器根據要生成的目標文件類型對目標工程項目中的C語言源文件進行編譯。編譯過程中，可以觀察到源文件中有沒有錯誤產生，如果沒有錯誤產生，在IDE主窗口的下面出現“0 Error(s)，0 Warning（s）”提示信息，表明已成功生成了可執行文件，并存儲在HolloRobot目錄中。

圖1.28 編譯過程的輸出信息

查看HelloRobot目錄，你會發現生成了HelloRobot.axf文件。ax（f arm excute file）是ARM芯片使用的文件格式，它包含bin代碼外，還包括了調試信息。與axf文件相似，單片機系統開發經常也會用到hex文件，hex文件包括地址信息，可直接用于燒寫或下載。

如要產生可執行的.hex文件，需要對目標工程“Target 1”進行編譯設置，右鍵單擊“Target 1”，選擇“Option for target ‘Target 1’”。單擊“Output”，選擇其中的“Create HEX File”，如圖1.29所示，單擊OK按鈕確定，關閉設置窗口。

圖1.29 設置目標工程的編譯輸出文件類型

再次單擊Keil uVision IDE快捷工具欄中的，Keil的C編譯器開始根據要生成的目標文件類型對目標工程項目中的C語言源文件進行編譯。這時HelloRobot目錄中，你會發現生成了HelloRoBot.hex文件。

任務六 下載可執行文件到教學開發板

將ULink下載工具的一端通過USB線連接到電腦USB口上，另一端連接到教學開發板上的JTAG口上。接好后，按圖1.30（a）～（c）所示過程依次配置，安裝ULink驅動。

圖1.30 ULink下載工具驅動的安裝

將ULink和教學開發板連接好，打開教學開發板電源開關。單擊Project下的Options for Target（工程屬性），彈出“Options for Target”對話框。或者單擊“Flash”菜單下的“Configure Flash Tools”，按照如圖1.31（a）～（f）所示進行配置。

圖1.31 ULink下載配置

圖1.31 ULink下載配置（續）

圖1.31 ULink下載配置（續）

這樣ULink下載工具就配置好了。如圖1.32所示，單擊圖標（或通過“Flash→Download”操作），程序就開始下載了，下載結束如圖1.33所示。

圖1.32 程序下載

圖1.33 程序下載結束

下載時，先擦除上次Flash存儲器中的程序，再將剛才編譯好的程序下載，最后經校驗無誤后，下載結束。此時，按教學開發板的Reset復位鍵，下載的程序開始運行。

當生成的可執行文件大于Flash存儲空間時，則不能被下載到Flash中。如果出現類似下面的錯誤，則表示生成的可執行文件大于Flash存儲空間：

    Error: L6406W: No space in execution regions with .ANY selector matching Section .text(***.o).

這時，可以對程序進行優化，例如，減小緩存尺寸，減少全局變量，少定義尺寸大的數組而多用指針等方法。此外，合理調整RealView MDK的編譯和鏈接配置，也可以減小生成的可執行文件大小。比如，在鏈接腳本中指定代碼的存儲布局，將代碼段、只讀數據段、可讀寫數據段分別存放，以減小生成的可執行文件大小。常有下面3種解決方法。

（1）使用微庫：在圖1.31（a）所示的對話框中選中“USE MicroLib”，以使代碼減少。

（2）修改鏈接腳本：在“Options For Target”對話框的“Linker”頁面，將Use Memory Layout from Target Dialog前面的復選框勾上，如圖1.34所示。然后在“Target”頁面（圖1.31（a）所示的對話框）中修改存儲空間中只讀部分（Read/Only Memory Areas）和可讀寫部分（Read/Write Memory Areas）的起始和大小，一般來說加大只讀部分大小（該部分存放程序中的指令），而減小可讀寫部分的大小（該部分存放堆棧、局部變量等）。

圖1.34 代碼尺寸優化：配置“Linker”頁面

（3）修改優化級別：在“Options For Target”對話框的“C/C++”頁面，可使用編譯選項“-Ospace”進行編譯，將著重對空間進行優化，讓編譯器自動減小代碼大小。另外，還可以選更高的選優化級別“Level 3(-O3)”，如圖1.35所示。Level 3的優化等級最高，最適合下載到最終的產品芯片中，而Level 0為不優化，這種模式最適合調試，因為它不會優化掉代碼。在學習時，使用“Level 0(-O0)”，以方便程序的調試。

圖1.35 代碼尺寸優化：配置C/C++頁面

該你了！——比較一下這幾種優化方法所生成的可執行文件大小

任務七 用串口調試軟件查看單片機輸出信息

打開串口調試軟件，如圖1.36所示進行設置。一般地，若臺式PC機（或筆記本電腦）有串口，則選擇串口“COM1”；若使用的臺式PC機（或筆記本電腦）沒有串口，則使用USB轉串口適配器，如圖1.7（b）所示。安裝好對應的USB驅動程序后，在“我的電腦”上右擊→屬性→硬件，查看“設備管理器”中的“端口（COM和LPT）”信息，如顯示“通信端口（COM5）”，則將串口號設為COM5即可。

圖1.36 串口調試軟件設置

單擊“連接”按鈕，串口連接成功，如圖1.37所示。如串口沒有連接成功，注意檢查串口連接線是否連接正確，并關掉其他串口調試軟件。

圖1.37 串口連接成功

這時，你在接收區看到了什么？什么也沒有！為什么呢？因為當你把執行文件成功地下載到單片機的那個時刻開始，程序就開始運行了：單片機已經向PC發送了信息。你錯過了接收，再按一下教學開發板上的“Reset”按鍵，你將看到調試軟件上的接收區顯示了一條信息，如圖1.38所示。

圖1.38 串口調試終端顯示的信息

HelloRobot.c是如何工作的？

例程中前兩行代碼是HelloRoBot.c所包含的頭文件：“stm32f10x_heads.h”和“HelloRobot.h”。這兩個頭文件在本書的后續章節和任務中都要用到，“stm32f10x_heads.h”文件主要包含STM32庫文件的定義，它在編譯過程中用來將程序需要用到的標準數據類型和一些標準函數、中斷服務函數等包括進來，生成可執行代碼。頭文件中可以嵌套頭文件，同時也可以直接定義一些常用的功能函數。

HelloRobot.h則包含了本例程中以及后面例程中都要用到的幾個重要函數的定義和實現，在后面的章節中會進一步講解，包括：

（1）數據結構的定義；

（2）系統時鐘配置函數：RCC_Configuration；

（3）GPIO模式配置函數：GPIO_Configuration；

（4）中斷控制配置函數：NVIC_Configuration；

（5）串口1配置函數：USART_Configuration；

（6）將C語言printf庫函數輸出重定向到串口輸出函數：fputc；

（7）開發板初始化函數：BSP_Init；

（8）微秒延時函數：delay_nus；

（9）毫秒延時函數：delay_nms。

main函數的第一行語句是開發板初始化函數：BSP_Init，用來配置系統時鐘、GPIO模式和中斷控制，分別是RCC_Configuration()、GPIO_Configuration()、NVIC_Configuration()。這幾個函數將在后面的章節講解。這行語句中“//”后的是注釋。注釋是一行會被編譯器忽視的文字，因為注釋是為了給人閱讀，編譯器不對其進行編譯。

main函數的第二行語句是串口1初始化配置函數：USART_Configuration，用來規定單片機串口是如何與PC通信的。串口配置函數將在后面的章節講解。第三行語句是printf函數：它是單片機通過串口向PC機發送一條信息：Hello Robot!。

main函數的第四行語句是“while(1)；”。編譯好后的可執行文件是下載到單片機Flash存儲器上的，并且是從頭開始往下加載的。當你把可執行文件加載上去的時候，填滿了整個Flash空間嗎？當然沒有！那么，當程序執行完printf函數之后，它還將向下繼續執行，但后面的空間并沒有存放程序代碼，這時程序后會亂運行，也就發生了“跑飛”現象。加上while(1);語句，讓程序一直停止在這里，就是為了防止程序跑飛。

C語言中的兩種文件

在教材各章節中，會多次使用以“#”號開頭的預處理命令，如包含命令#include，宏定義命令#define等。一般都放在源文件的前面，稱為預處理部分。所謂預處理是指在進行編譯的第一遍掃描（詞法掃描和語法分析）之前所做的工作。預處理是C語言的一個重要功能，它由預處理程序負責完成。當對一個源文件進行編譯時，將首先對源程序中的預處理部分作處理，處理完畢后再對源程序進行編譯。

常用的預處理命令有：

（1）宏定義

在C語言源程序中允許用一個標識符來表示一個字符串，稱為“宏”。“define”為宏定義命令，被定義為“宏”的標識符稱為“宏名”。在編譯預處理時，對程序中所有出現的“宏名”，都用宏定義中的字符串去代換，這稱為“宏代換”或“宏展開”。

（2）文件包含

文件包含是C預處理程序的另一個重要功能。文件包含命令的功能是把指定的文件插入該命令行位置取代該命令行，從而把指定的文件和當前的源程序文件連成一個源文件。

在程序設計中，文件包含是很有用的。一個大的程序可以分為多個模塊，由多個程序員分別編程。有些公用的符號常量或宏定義等可單獨組成一個文件，在其他文件的開頭用包含命令包含該文件即可使用。這樣，可避免在每個文件開頭都去書寫那些公用量，從而節省時間，并減少出錯。

包含命令中的文件名可以用雙引號（“”）括起來，也可以用尖括號（< >）括起來。使用尖括號表示在包含安裝軟件的目錄中去查找（這個目錄是安裝軟件時，設置的安裝路徑），而不在源文件目錄去查找，一般是安裝路徑（如C:\Keil MDK***）下的Include目錄；使用雙引號則表示首先在當前的源文件目錄中查找（即當前的HelloRobot目錄），若未找到才到包含安裝軟件的目錄中去查找。用戶編程時可根據自己文件所在的目錄來選擇某一種命令形式。如“stm32f10x_heads.h”和“HelloRobot.h”2個文件表示在當前源文件所在目錄。

一個include命令只能指定一個被包含文件，若有多個文件要包含，則需用多個include命令。文件包含允許嵌套，即在一個被包含的文件中又可以包含另一個文件。

任務八 做完實驗關斷電源

把電源從教學開發板上斷開很重要，原因有幾點：首先，如果系統在不使用時沒有消耗電能，電池可以用的更久；其次，在以后的學習中，你將在教學開發板上的面包板上搭建電路，搭建電路時，應使面包板斷電。如果是在教室，老師可能會有額外的要求，如斷開串口電纜，把教學開發板存放到安全的地方等。總之，你做完實驗后最重要的一步是斷開電源。斷開電源比較容易，只要三位開關撥到左邊的0位即可，如圖1.9（a）所示。

提倡節約用電，實踐低碳生活。

通過創建第一個程序，你可能感覺到了學習基于ARM Cortex-M3內核的STM32單片機不是很容易！確實不錯，要學好單片機，還要有一定的C語言基礎，嵌入式系統的開發確實是一項非常具有挑戰性的任務。即使是一個簡單的程序，也需要進行大量的準備，學習大量的計算機知識。萬事開頭難！