STM32CMSIS标准和标准库函数文件介绍

 

CMSIS各个层级

CMSIS标准层次结构定义了Cortex-M处理器核心与软件之间的接口。这种结构包含多个关键层次，每个层次提供不同的功能和抽象，以便开发者能够有效地编写嵌入式软件。以下是CMSIS标准层次结构的详细说明：

(1) Core层

Core层是CMSIS的核心组成部分，它提供了与Cortex-M处理器内核相关的功能。在这个层次中，有几个关键的模块：

• NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中断控制器）：这是处理器内核的中断控制器，负责管理中断请求和处理的优先级。

• SCB（System Control Block，系统控制块）：SCB提供了关键的系统控制功能，包括系统时钟的控制、系统异常处理、CPU状态等。

• SysTick：SysTick定时器为实现操作系统调度和其他定时任务提供计时器。

• MPU（Memory Protection Unit，内存保护单元）：MPU是一种硬件机制，可用于保护内存区域，限制访问权限和执行权限。

(2) DSP库层

DSP库层提供数字信号处理函数和算法，如FFT、滤波器、向量运算等。这些函数和算法可用于音频、图像处理等应用。CMSIS DSP库使用C语言实现，并经过了针对Cortex-M处理器的优化。

(3) RTOS层

RTOS层提供实时操作系统（RTOS）的API，例如任务管理、信号量、队列等。这些API可用于构建嵌入式系统中的多任务应用程序。CMSIS RTOS API基于C语言实现，并支持多种RTOS内核。

(4) Device层

Device层提供与特定设备相关的功能，例如GPIO、UART、SPI等。每个设备都有自己的设备头文件和寄存器映射。这个层次由芯片厂商提供，因此不同的芯片可能会有不同的设备层接口。

(5) Startup文件

Startup文件提供了启动代码，包括复位向量、中断向量表等。每个芯片厂商都会提供特定的Startup文件，因为不同的芯片可能需要不同的启动流程和初始化。

(6) 编译器层

编译器层是CMSIS库的最底层，它包括以下内容：

• 数据类型定义：定义了通用的数据类型，例如 uint32_t、int16_t、float 等。这样的定义能够在不同的编译器和处理器上保持一致，提高了代码的可移植性。

• 编译器指令定义：定义了一些编译器相关的指令和语法，例如 __asm、__inline、__packed 等。这些指令能够使代码更加高效和可靠。

• 内联汇编：内联汇编函数允许程序员在C/C++代码中嵌入汇编指令，以实现特定的功能。

• 编译器特定的实现：为不同的编译器提供了特定的实现代码，以确保代码能够在不同编译器上编译和运行。

编译器层是CMSIS库的基础，为上层的库层和应用层提供了与编译器相关的接口和实现支持。整个CMSIS标准层次结构通过这些层次的组合，为开发者提供了一种有效的方式来利用Cortex-M处理器核心的功能，并在嵌入式系统中开发高效的软件。

STM32 CMSIS层次结构与核心支持文件

在STM32开发中，CMSIS标准层次结构是核心文件体系的一部分，它提供了与Cortex-M处理器核心及片上外设的接口。在CoreSupport文件夹中，我们可以找到两个关键文件：core_cm3.c 和 core_cm3.h。这些文件在开发过程中扮演着重要角色。

core_cm3.h

core_cm3.h 是CMSIS中的核心头文件之一，它实现了与内核相关的寄存器映射，与外设头文件（如stm32f10x.h）相对应。这个头文件定义了一些关键数据类型和常量，为开发者提供了一种在不同处理器平台上保持一致性的方式。这在实现可移植性时尤为重要。

在 core_cm3.h 中，还包含了 ANSI C 标准库头文件 stdint.h，这是一个独立于特定处理器的文件，类似于熟知的 stdio.h 文件。它主要定义了一些最小宽度的整数类型，如 int_fast8_t、int_fast16_t 等。这些类型的定义屏蔽了不同芯片平台上整数位宽的差异，从而提高了代码的可移植性。这在编写跨平台嵌入式应用程序时非常有用。

system_stm32f10x.c

system_stm32f10x.c 文件实现了STM32的时钟配置，主要操作片上的RCC（Reset and Clock Control）外设。在系统上电后，启动文件中的复位函数会调用 SystemInit 函数，而这个函数就在 system_stm32f10x.c 文件中定义。通过这个函数，系统的时钟会被初始化为默认值，例如可能设置为72MHz。如果需要重新配置系统时钟，可以参考这个函数进行修改，但出于库的维护性考虑，最好不要直接修改这个文件中的函数。

STM32F10x_StdPeriph_Driver

STM32F10x_StdPeriph_Driver 文件夹包含了针对STM32F10x系列微控制器提供的标准外设库，这是ST公司为了方便开发者使用STM32F10x系列微控制器的外设功能而提供的软件包。

在STM32F10x_StdPeriph_Driver 文件夹中，有两个关键子文件夹：inc（include的缩写）和 src（source的缩写）。这些文件提供了针对片上外设的驱动源代码和相应的外设头文件。src 文件夹包含了每个外设驱动的源代码，而 inc 文件夹则包含了相应的外设头文件。这些文件是ST标准库的主要组成部分，提供了对不同外设的驱动和配置。

 

这两个文件夹中，还有一个很特别的 **misc.c 文件**，这个文件提供了外设对内核中的 NVIC(中断向量控制器) 的访问函数，在配置中断时，我们必须把这个文件添加到工程中。

stm32f10x_it.c文件

    这个文件包含了中断处理函数的实现。当一个外部事件（如定时器计数器满、串口接收数据等）触发了一个中断，系统就会执行相应的中断处理函数来响应这个事件。这个文件中包含了这些处理函数的实现，例如 TIMx_IRQHandler、USARTx_IRQHandler等。这些函数中会根据具体的事件类型执行相应的操作，例如清除中断标志位、读取接收数据等等。

system_stm32f10x.c文件

    这个文件包含了系统初始化函数的实现。在系统启动时，需要进行一些基本的初始化操作，例如配置系统时钟、启用外设时钟、设置中断向量表等等。这些操作会在系统初始化函数中完成。这个文件中的函数主要有SystemInit、SystemCoreClockUpdate等。其中，SystemInit函数会在启动时自动执行，用于进行最基本的系统初始化；SystemCoreClockUpdate函数则用于更新系统时钟频率，以便应对系统时钟频率改变的情况。

stm32f10x_conf.h文件

    stm32f10x_conf.h：这个文件被包含进 stm32f10x.h 文件。当我们使用固件库编程的时候，如果需要某个外设的驱动库，就需要包含该外设的头文件： stm32f10x_ppp.h，包含一个还好，如果是用了多外设，就需要包含多个头文件，这不仅影响代码美观也不好管理，现我们用一个头文件stm32f10x_conf.h 把这些外设的头文件都包含在里面，让这个配置头文件统一管理这些外设的头文件，我们在应用程序中只需要包含这个配置头文件即可，我们又知道这个头文件在stm32f10x.h 的最后被包含，所以最终我们只需要包含 stm32f10x.h 这个头文件即可，非常方便。默认情况下是所以头文件都被包含，没有被注释掉。我们也可以把不要的都注释掉，只留下需要使用的即可。

stm32f10x_conf.h 这个文件还可配置是否使用“断言”编译选项

#ifdef USE_FULL_ASSERT 
/** 
* @brief The assert_param macro is used for function's parameters check. 
* @param expr: If expr is false, it calls assert_failed function which reports 
* the name of the source file and the source line number of the call 
* that failed. If expr is true, it returns no value. 
* @retval None 
*/ 
#define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 : assert_failed((uint8_t *)__FILE__, __LINE__)) 
/* Exported functions ------------------------------------------------------- */ 
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line);
#else
#define assert_param(expr) ((void)0) 
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

关于断言：

编写代码时，我们总是会做出一些假设，断言就是用于在代码中捕捉这些假设，可以将断言看作是异常处理的一种高级形式。断言表示为一些布尔表达式，程序员相信在程序中的某个特定点该表达式值为真。可以在任何时候启用和禁用断言验证，因此可以在测试时启用断言，而在部署时禁用断言。同样，程序投入运行后，最终用户在遇到问题时可以重新启用断言。 —来自百度百科

有这么一个数组和函数：

int Array[5] = {0xA1, 0xB2, 0xC3, 0xD4, 0xE5};
 
int Fun(char i)
{
    return Array[i];
}
 
1234567

如果我们函数中不加Assert断言语句，你觉得直接调用这个函数会有风险吗？

假如这么调用：

int a;
 
a = Fun(8);
 
1234

很明显，就这么调用，会出错，且我们不容易发现错误在哪里。

但是，假如添加有Assert断言语句，错误就能一下找出来。

在 ST 标准库的函数中，一般会包含输入参数检查，即上述代码中的“assertparam”宏，当参数不符合要求时，会调用“assertfailed”函数，这个函数默认是空的。实际开发中使用断言时，先通过定义 USEFULLASSERT 宏来使能断言，然后定义“assertfailed”函数，通常我们会让它调用 printf 函数输出错误说明。使能断言后，程序运行时会检查函数的输入参数，当软件经过测试，可发布时，会取消 USEFULL_ASSERT 宏来去掉断言功能，使程序全速运行。