1.1 任务1 新建一个基于STM32固件库的工程模板

任务要求

建立一个基于V3.5版本固件库的Keil μVision4工程模板，方便以后每次新建工程时，可以直接复制使用该模板。

1.1.1 新建基于STM32固件库的Keil μVision4工程模板

本书使用的是Keil μVision4版本。Keil μVision4源自德国的Keil公司，集成了业内最领先的技术，包括μVision4集成开发环境与RealView编译器，支持Arm 7、Arm 9和最新的Cortex-M3核处理器，可以自动配置启动代码，集成了Flash烧写模块，具备强大的Simulation设备模拟、性能分析等功能。

1. 新建工程模板目录

下面介绍怎样建立基于V3.5版本固件库的工程模板目录，以后新建工程时，可以直接复制使用该模板。

（1）先在计算机的某个盘符下新建一个STM32_Project目录，作为基于STM32固件库的工程模板目录。

（2）在STM32_Project工程模板目录下，新建USER、CORE、OBJ以及STM32F10x_FWLib 4个子目录，如图1-1所示。

图1-1　工程STM32_Project模板目录

其中，CORE用来存放核心文件和启动文件；OBJ用来存放编译过程文件以及hex文件；STM32F10x_FWLib用来存放ST公司（意法半导体公司）官方提供的库函数源码文件；USER除了用来存放工程文件，还用来存放主函数文件main.c，以及system_stm32f10x.c、STM32F10x.s等文件。另外，很多人喜欢把子目录“USER”取名为“Project”，将工程文件都保存到“Project”子目录下面，也是可以的。

（3）把官方固件库“Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver”下面的src和inc子目录复制到子目录STM32F10x_FWLib下面，如图1-2所示。

图1-2　STM32F10x_FWLib子目录

其中，src存放的是固件库的“.c”文件，inc存放的是其对应的“.h”文件。每个外设都对应一个“.c”文件和一个“.h”头文件。

（4）把官方固件库里相关的启动文件复制到CORE文件夹里面。

把官方固件库“Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport”下面的core_cm3.c和core_cm3.h文件复制到子目录CORE下面；把“Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\arm”下面的startup_stm32f10x_ld.s文件复制到CORE文件夹下面，如图1-3所示。

图1-3　CORE子目录

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

图1-4　USER子目录

通过前面几个步骤，就把需要的官方固件库相关文件复制到了工程目录模板“STM32_Project”下面。在以后的任务中，直接复制工程模板目录，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，先在计算机的某个盘符下新建一个子目录“任务1 STM32_Project工程模板”；然后把工程目录模板“STM32_Project”复制到“任务1 STM32_Project工程模板”子目录里面，并修改工程目录模板名为“STM32_Project工程模板”。

（1）运行Keil μVision4软件。第一种方法是双击桌面上的Keil μVision4图标；第二种方法是单击桌面左下方的“开始”→“程序”→“Keil μVision4”，进入Keil μVision4集成开发环境，如图1-5所示。

图1-5　Keil μVision4集成开发环境

（2）单击Project-＞New uVision Project，如图1-6所示。

图1-6　新建工程

然后把目录定位到“STM32_Project工程模板\USER”下面，我们的工程文件都保存在这里。将工程命名为“STM32_Project”，单击“保存”按钮，如图1-7所示。

图1-7　保存新建工程

（3）接下来弹出选择芯片“Select Device Target‘Target1’”对话框，本项目使用的是STM32F103R6芯片，选择STMicroelectronics下面的STM32F103R6即可。如果使用的是其他系列的芯片，选择相应的型号就可以了，如图1-8所示。

图1-8　选择芯片型号

（4）单击OK按钮，弹出对话框“Copy STM32 Startup Code to project…”，询问是否添加启动代码到我们的工程中，这里选择“否”，因为我们使用的ST固件库文件已经包含了启动文件，如图1-9所示。

图1-9　是否添加启动代码对话框

启动代码是一段和硬件相关的汇编代码，是必不可少的！这段代码具体如何工作，我们不必太关心。

现在我们就可以看到新建工程后的界面，如图1-10所示。

图1-10　新建工程后的界面

3. 新建组和添加文件到STM32_Project工程模板

建好STM32_Project工程后，下面介绍如何在STM32_Project工程下新建USER、CORE、OBJ和STM32F10x_FWLib组，并添加文件到相应的组中。

（1）在图1-10中，通过快捷工具栏（或File菜单）的按钮新建一个文件，并保存为main.c，主文件main.c一定要放在USER组里面。在该文件中输入如下代码：

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

“#include"stm32f10x.h"”语句是一个“文件包含”处理语句。stm32f10x.h是STM32开发中最为重要的一个头文件，就像C51单片机的reg52.h头文件一样，在应用程序中是至关重要的，通常包括在主文件中。这里的main()函数是一个空函数，方便以后添加需要的代码。

（2）在USER组里面，打开STM32_Project工程，然后在Project窗格的Target1上单击鼠标右键，选择Manage Components选项，如图1-11所示。

图1-11　调出Manage Components

（3）弹出图1-12所示Components Environment and Books对话框。

图1-12　Components Environment and Books对话框

（4）先把Project Targets栏下的Target1修改为STM32_Project，把Groups栏下的Source Group1删除。然后在Groups栏（中间栏）单击新建按钮（也可以双击下面的空白处），新建USER、CORE和STM32F10x_FWLib组，如图1-13所示。

图1-13　新建的组

（5）往USER、CORE和STM32F10x_FWLib组里面添加我们需要的文件。

先选中Groups栏下的STM32F10x_FWLib，然后单击Add Files按钮，定位到工程目录的STM32F10x_FWLib/src子目录。把里面的所有文件都选中（组合键Ctrl+A），然后单击Add按钮，最后单击Close按钮，就可以看到Files栏下面出现了我们添加的所有文件，如图1-14所示。

图1-14　STM32F10x_FWLib组里添加的文件

用同样的方法，添加CORE子目录里面的core_cm3.c和startup_stm32f10x_ld.s文件，添加USER子目录里面的main.c、stm32f10x_it.c和system_stm32f10x.c文件。

这样，需要添加的文件都添加到工程里面了，最后单击OK按钮，退出Components Environment and Books对话框。这时，会发现在Target树下多了三个组名和其中添加的文件，如图1-15所示。

图1-15　完成新建组和添加文件的工程

4. 工程配置与编译

到此为止，新建的基于STM32的Keil μVision4工程就已经基本完成了。接下来进行工程配置和编译。

（1）单击工具栏的“Target Options…”按钮，弹出“Options for Target 'Leddl'”对话框，选择C/C++选项卡，添加要编译文件的路径。这个步骤非常重要，务必添加正确的路径，否则编译会出现错误。C/C++选项卡配置界面如图1-16所示。

图1-16　C/C++选项卡配置界面

（2）单击Include Paths最右边的方块按钮，弹出添加路径的Folder Setup对话框，然后把STM32F10x_FWLib\inc、CORE和USER子目录都添加进去。此操作是为了设定编译器的头文件包含路径，在以后的任务中会经常用到，如图1-17所示。

图1-17　添加所要编译文件的路径

在这里，还需要在C/C++选项卡配置界面中，填写“STM32F10X_LD,USE_STDPERIPH_DRIVER”到Define输入框里，如图1-18所示。

图1-18　配置一个全局的宏定义

之所以要填写“STM32F10X_LD,USE_STDPERIPH_DRIVER”，是因为V3.5版的库函数在配置和选择外设时，是通过宏定义来选择的，所以需要配置一个全局的宏定义变量，否则工程编译会出错。若使用中容量芯片，就把STM32F10X_LD修改为STM32F10X_MD；若使用大容量芯片，就修改为STM32F10X_HD。

（3）设置完C/C++选项卡配置界面后，单击OK按钮，在“Options for Target 'Leddl'”对话框中，选择Output选项卡。先选中Greate HEX File选项；再单击“Select Folder for Objects…”按钮，在弹出的对话框中选中OBJ子目录，单击OK按钮。以后工程编译的HEX文件以及垃圾文件就会放到OBJ子目录里面，保持了工程简洁不乱，如图1-19所示。

图1-19　配置Output选项卡

（4）单击OK按钮，退出“Options for Target'Target 1'”对话框，然后单击工具栏的Rebuild按钮，对工程进行编译。若编译发生错误，要进行分析检查，直到编译正确为止，如图1-20所示。

图1-20　工程编译

对工程进行第一次编译时，单击工具栏的Rebuild按钮。不管工程的文件有没有编译过，Rebuild都会对工程中的所有文件重新进行编译并生成可执行文件，因此重编译时间较长。若只编译工程中上次修改的文件，单击工具栏的Build按钮即可。

另外，在主文件main.c代码的最后一定要加上一个回车，否则编译会有警告信息。

1.1.2 认识STM32固件库

ST公司为了方便用户开发程序，提供了一套丰富的STM32固件库。什么是固件库呢？在STM32应用程序开发中，固件库与寄存器有什么区别和联系呢？

1. STM32固件库开发与寄存器开发的关系

从51单片机开发转入STM32开发时，由于我们习惯了51单片机的寄存器开发方式，突然要使用STM32固件库开发，会不知道如何下手。下面通过一个简单的例子来说明STM32固件库到底是什么，与寄存器开发有什么关系？

在51单片机开发中，我们若想控制某些I/O端口的状态，就会直接操作寄存器，如：

P2=0x0fe;

而在STM32的开发中，我们同样也可以直接操作寄存器，如：

GPIOx->BRR = 0x00fe;

由于STM32有数百个寄存器，初学者要想很快地掌握每个寄存器的用法，并能正确使用，是非常困难的。

于是ST公司推出了官方的STM32固件库，将这些寄存器的底层操作封装起来，提供一整套接口（API）供开发者调用。在大多数场合下，开发人员不需要知道操作的是哪个寄存器，只需要知道调用哪些函数即可。

上面的例子直接操作STM32的BRR寄存器，可以实现电平控制。STM32固件库封装了一个函数：

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

这时，开发人员就不需要操作BRR寄存器了，知道如何使用GPIO_ResetBits()函数就可以了。另外，通过固件库的函数名字，我们就能知道这个函数的功能是什么，该怎么使用。

2. STM32固件库与CMSIS标准

STM32固件库是函数的集合，固件库函数的作用是向下与寄存器直接打交道，向上提供用户调用函数的接口（API）。那么对这些函数有什么要求呢？这就涉及一个CMSIS标准的基础知识。

Arm是一个做芯片标准的公司，它负责的是芯片内核的架构设计，而TI、ST等公司并不是做标准的，只是一个芯片公司，它们根据Arm公司提供的芯片内核标准来设计自己的芯片。芯片虽然由芯片公司设计，但是内核却要服从Arm公司提出的Cortex-M3内核标准。芯片公司每卖出一片芯片，需要向Arm公司交纳一定的专利费。

所以，所有Cortex-M3芯片的内核结构都是一样的，只是在存储器容量、片上外设、端口数量、串口数量以及其他模块上有所区别，芯片公司可以根据自己的需求理念来设计这些资源。同一家公司设计的多种Cortex-m3内核芯片的片上外设也会有很大的区别，如STM32F103RBT和STM32F103ZET在片上外设方面就有很大的区别。

为了保证不同芯片公司生产的Cortex-M3芯片能在软件上基本兼容，Arm公司和芯片生产商共同提出了一套标准——CMSIS标准（ Cortex Microcontroller Software Interface Standard），即“Arm Corte微控制器软件接口标准”。ST官方库（STM32固件库）就是根据这套标准设计的，CMSIS共分3个基本功能层。

（1）核内外设访问层：Arm公司提供的访问，定义处理器内部寄存器地址以及功能函数。

（2）中间件访问层：定义访问中间件的通用API，由Arm公司提供。

（3）外设访问层：定义硬件寄存器的地址以及外设的访问函数。

CMSIS向下负责与内核和各个外设直接打交道，向上负责提供实时操作系统用户程序调用的函数接口。如果没有CMSIS标准，那么各个芯片公司就会设计自己喜欢的风格的库函数，而CMSIS标准就是要强制规定，芯片生产公司的库函数必须按照CMSIS这套规范来设计。

另外，CMSIS还对各个外设驱动文件的文件名字规范化、函数名字规范化等做了一系列规定。比如前面用到的GPIO_ResetBits函数，其名字是不能随便定义的，必须遵循CMSIS规范。

又如，在我们使用STM32芯片时，首先要进行系统初始化。CMSIS就规定系统初始化函数名必须为SystemInit，所以各个芯片公司设计自己的库函数时，都必须用SystemInit对系统进行初始化。

1.1.3 STM32固件库关键子目录和文件

STM32固件库是不断完善升级的，目前存在多个不同的版本，本书使用的是V3.5版本的固件库（目前最新版本）。STM32固件库的目录结构如图1-21所示。

图1-21　STM32固件库目录结构

从图1-21可以看出，解压后的STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0目录下包含了STM32固件库的全部文件。

其中，Release_Notes.html文件是关于该库文件相比之前版本有何改动，stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm文件是固件库的英文帮助文档，在开发过程中，这个文档会经常用到。

1. STM32固件库关键子目录

STM32固件库关键子目录主要有Libraries和Project。另外，_htmresc子目录里是ST的图标，Utilities子目录是官方评估板的一些对应源码，跟开发完全无关。

（1）Libraries子目录

Libraries子目录下面有CMSIS子目录和STM32F10x_StdPeriph_Driver子目录，这两个子目录包含固件库核心的所有子文件夹和文件，主要包含大量的头文件、源文件和系统文件，是开发必须使用的。Libraries的目录结构如图1-22所示。

图1-22　Libraries目录结构

CMSIS子目录存放的是启动文件。STM32F10x_StdPeriph_Driver子目录存放的是STM32固件库源码文件，其下的inc子目录存放的是stm32f10x_xxx.h头文件，无须改动；src子目录存放的是stm32f10x_xxx.c固件库源码文件。

每一个“.c”文件和一个相应的“.h”文件对应，这里的文件也是固件库的核心文件，即每个外设对应一组文件。

（2）Project子目录

Project子目录下面有STM32F10x_StdPeriph_Examples和STM32F10x_StdPeriph_Template子目录。

STM32F10x_StdPeriph_Examples子目录存放的是ST官方提供的固件实例源码，包含了几乎所有STM32F10x外设的详细使用源代码。在以后的开发过程中，可以修改这个官方提供的参考实例，以快速驱动自己的外设。很多开发板的实例，也都参考了官方提供的例程源码，这些源码对以后的学习非常重要。

STM32F10x_StdPeriph_Template子目录存放的是工程模板。

2. STM32固件库的关键文件

在这里，我们着重介绍STM32固件库Libraries子目录下的几个重要文件。

（1）core_cm3.c和core_cm3.h

core_cm3.c和core_cm3.h文件位于\Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport子目录下面，分别是内核访问层的源文件和头文件，提供进入M3内核的接口。这两个文件是由Arm公司提供的CMSIS核心文件，对所有M3内核的芯片都一样，永远都不需要修改。

（2）STM32F10x子目录的3个文件

DeviceSupport和CoreSupport是同一级的，STM32F10x子目录放在DeviceSupport子目录下面。DeviceSupport\ST\STM32F10x子目录主要存放一些启动文件、比较基础的寄存器定义以及中断向量定义的文件。

在STM32F10x子目录下面有3个文件：system_stm32f10x.c、system_stm32f10x.h以及stm32f10x.h文件，是外设访问层的源文件和头文件。

system_stm32f10x.c文件和对应的system_stm32f10x.h头文件的功能，是设置系统和总线时钟，其中有一个非常重要的SystemInit()函数，在系统启动时都会被调用，用来设置系统的整个时钟系统。这也就是不需要用户配置时钟，程序就能运行的原因。

stm32f10x.h文件相当重要，主要包含了STM32F10x系列所有外设寄存器的定义、位定义、中断向量表、存储空间的地址映射等。只要做STM32开发，就要查看这个文件相关的定义。打开这个文件时可以看到，里面有非常多的结构体以及宏定义。

（3）启动文件

在STM32F10x子目录下面还有一个startup子目录，里面放的是启动文件。在\startup\arm目录下，我们可以看到8个以startup开头的“.s”文件，如图1-23所示。

图1-23　startup子目录结构

从图1-23中可以看出，共有8个启动文件，不同容量（容量是指FLASH的大小）的芯片，对应的启动文件也不一样。在stm32f 103系列芯片中，主要使用其中3个启动文件。

• startup_stm32f10x_ld.s：适用于小容量产品，Flash≤32 KB；

• startup_stm32f10x_md.s：适用于中等容量产品，64 KB≤Flash≤128 KB；

• startup_stm32f10x_hd.s：适用于大容量产品，256 KB≤Flash。

本项目采用的是STM32F103R6芯片，其Flash容量是32 KB，属于小容量产品，所以选择startup_stm32f10x_ld.s启动文件。

那么，启动文件到底有什么作用呢？

启动文件主要进行堆栈等的初始化、中断向量表以及中断函数定义，还要引导程序进入main函数。

（4）STM32F10x_StdPeriph_Template子目录的3个文件

在Project\STM32F10x_StdPeriph_Template子目录下有3个关键文件：stm32f10x_it.c、stm32f10x_it.h和stm32f10x_conf.h。

stm32f10x_it.c和stm32f10x_it.h是外设中断函数文件，用来编写中断服务函数，用户可以相应地加入自己的中断程序代码。

stm32f10x_conf.h是固件库配置文件，有很多#include。在建立工程时，可以注释掉一些不用的外设头文件，只选择固件库使用的外设。