STM32 之HAL库、标准外设库、LL库

tech2024-07-13  60

STM32 之HAL库、标准外设库、LL库

HAL库、标准外设库、LL库概述STM32 Snippets标准外设库(Standard Peripheral Libraries)STM32CubeHAL 库LL 库

HAL库、标准外设库、LL库概述

ST 为开发者提供了非常方便的开发库。到目前为止,有标准外设库(SPL 库)、HAL 库、LL 库 三种。前两者都是常用的库,后面的 LL 库是 ST 最近才添加,随 HAL 源码包一起提供,目前支持的芯片也偏少。各库如下所示: 其中,SPL 库 和 HAL 库两者相互独立,互不兼容。几种库的比较如下: 目前几种库对不同芯片的支持情况如下: ST 中文官网上有一篇《关于ST库函数的代码性能对比》的文章,其中对比了各种库的性能如下:

STM32 Snippets

它是代码示例的集合,直接基于 STM32 外设寄存器,可在文档和软件包中使用。由于处在最底层,因此需要开发者直接操作外设寄存器,对开发者要求比较高,通常针对于对汇编程序比较了解的资深嵌入式工程师

这个库使用比较少,目前只在 STM32F0 和 STM32L0 系列中有提供。两个库都有各自的说明文档。主要就是下图所示的这些: 严格来说,它不能称为库,仅仅就是将 MCU 中的寄存器进行了结构化的封装,库文件主要就是一些 .h 文件。如下是对 ADC 的封装

/** * @brief Analog to Digital Converter */ typedef struct { __IO uint32_t ISR; /*!< ADC Interrupt and Status register, Address offset:0x00 */ __IO uint32_t IER; /*!< ADC Interrupt Enable register, Address offset:0x04 */ __IO uint32_t CR; /*!< ADC Control register, Address offset:0x08 */ __IO uint32_t CFGR1; /*!< ADC Configuration register 1, Address offset:0x0C */ __IO uint32_t CFGR2; /*!< ADC Configuration register 2, Address offset:0x10 */ __IO uint32_t SMPR; /*!< ADC Sampling time register, Address offset:0x14 */ uint32_t RESERVED1; /*!< Reserved, 0x18 */ uint32_t RESERVED2; /*!< Reserved, 0x1C */ __IO uint32_t TR; /*!< ADC watchdog threshold register, Address offset:0x20 */ uint32_t RESERVED3; /*!< Reserved, 0x24 */ __IO uint32_t CHSELR; /*!< ADC channel selection register, Address offset:0x28 */ uint32_t RESERVED4[5]; /*!< Reserved, 0x2C */ __IO uint32_t DR; /*!< ADC data register, Address offset:0x40 */ }ADC_TypeDef; typedef struct { __IO uint32_t CCR; }ADC_Common_TypeDef;

在实际使用时,我们就可以结构化的访问 MCU 的寄存器,如下是配置 ADC 的函数实现:

/** * @brief This function configure the ADC to convert the internal reference voltage (VRefInt) * The conversion frequency is 14MHz * @param None * @retval None */ __INLINE void ConfigureADC(void) { /* (1) Select the clock mode (refer ADC_PRESCALER definition : HSI14 by writing 00 in CKMODE (reset value) DIV2 or DIV 4 */ /* (2) Select the auto off mode */ /* (3) Select CHSEL17 for VRefInt */ /* (4) Select a sampling mode of 111 i.e. 239.5 ADC clk to be greater than 17.1us */ /* (5) Wake-up the VREFINT (only for VBAT, Temp sensor and VRefInt) */ ADC1->CFGR2 |= ADC_PRESCALER; /* (1) */ ADC1->CFGR1 |= ADC_CFGR1_AUTOFF; /* (2) */ ADC1->CHSELR = ADC_CHSELR_CHSEL17; /* (3) */ ADC1->SMPR |= ADC_SMPR_SMP_0 | ADC_SMPR_SMP_1 | ADC_SMPR_SMP_2; /* (4) */ ADC->CCR |= ADC_CCR_VREFEN; /* (5) */ }

标准外设库(Standard Peripheral Libraries)

标准外设库(Standard Peripherals Library)是对 STM32 芯片的一个完整的封装,包括所有标准器件外设的器件驱动器。这应该是目前使用最多的 ST 库。几乎全部使用 C 语言实现。但是,标准外设库也是针对某一系列芯片而言的,没有可移植性。 相对于 HAL 库,标准外设库仍然接近于寄存器操作,主要就是将一些基本的寄存器操作封装成了 C 函数。开发者需要关注所使用的外设是在哪个总线之上,具体寄存器的配置等底层信息。    相对于 STM32 Snippets,标准外设库对各外设的进行了一次封装,而不是仅仅局限在对寄存器的封装。实现了各外设的基本操作接口。    在文档方面,我只发现了针对 F2 系列和 F3 系列的详细说明文档,如下图所示: 标准外设库的文件基本架构并不复杂。下图显示了 STM32F10xx 标准外设库文件的基本架构 其他系列的库文件结构和上图基本都是一致的。ST 为各系列提供的标准外设库稍微有些区别。例如,STM32F1x 的库和 STM32F3x 的库在文件结构上就有些不同,此外,在内部的实现上也稍微有些区别,这个在具体使用(移植)时,需要注意一下!但是,不同系列之间的差别并不是很大,而且在设计上是相同的。STM32 的标准外设库涵盖以下 3 个抽象级别:

包含位,位域和寄存器在内的完整的寄存器地址映射涵盖所有外围功能(具有公共API的驱动器)的例程和数据结构的集合。一组包含所有可用外设的示例,其中包含最常用的开发工具的模板项目。

关于更详细的信息,可以参考 ST 的官方文档,文档中对于标准外设库函数命名、文件结构等都有详细的说明。

STM32Cube

ST 为新的标准库注册了一个新商标:STMCube™。并且,ST专门为其开发了配套的桌面软件 STMCubeMX,开发者可以直接使用该软件进行可视化配置,大大节省开发时间。 这其中就包含了 HAL 库和最近新增的 LL 库。如下图: 从上图不难看出,LL 库和 HAL 库两者相互独立,只不过 LL 库更底层。而且,部分 HAL 库会调用LL库(例如:USB驱动)。同样,LL 库也会调用 HAL 库

用户可以使用 STMCubeMX 直接生成对应芯片的整个项目(目前主流开发工具的项目基本全支持),STMCubeMX 负责给整理各种需要的源码文件。

注意: 1、个人感觉STMCubeMX生成的项目并不够简洁,源码的组织结构也并不是很好 2、STMCubeMX在生产项目时,可以选择使用HAL库或者LL库。但是部分组件的HAL库会调用LL库

HAL 库

HAL是 Hardware Abstraction Layer 的缩写,中文名:硬件抽象层。HAL 库是 ST 为 STM32 最新推出的抽象层嵌入式软件,可以更好的确保跨 STM32 产品的最大可移植性。该库提供了一整套一致的中间件组件,如 RTOS,USB,TCP/IP 和 图形 等。

HAL 库是基于一个非限制性的 BSD 许可协议(Berkeley Software Distribution)而发布的开源代码。 ST 制作的中间件堆栈(USB 主机和设备库,STemWin)带有允许轻松重用的许可模式, 只要是在 ST 公司的 MCU 芯片上使用,库中的中间件(USB 主机/设备库,STemWin)协议栈即被允许随便修改,并可以反复使用。至于基于其它著名的开源解决方案商的中间件(FreeRTOS,FatFs,LwIP和PolarSSL)也都具有友好的用户许可条款。

作为目前 ST 主推的外设库,HAL库相关的文档还是非常详细的。 可以说HAL 库就是用来取代之前的标准外设库的。相比标准外设库,STM32Cube HAL 库表现出更高的抽象整合水平,HAL API 集中关注各外设的公共函数功能,这样便于定义一套通用的用户友好的API函数接口,从而可以轻松实现从一个STM32产品移植到另一个不同的STM32系列产品。HAL库是ST未来主推的库,从前年开始ST新出的芯片已经没有STD库了,比如 F7 系列。目前,HAL库已经支持STM32全线产品。

使用HAL库编程,最好尽量符合HAL库编程的整体架构。

更详细的介绍阅读:HAL库详解及手动移植

LL 库

LL库(Low Layer)是 ST 最近新增的库,与 HAL 库捆绑发布,文档也是和 HAL 库文档在一起的,比如:在STM32F3x 的 HAL 库说明文档中,ST 新增了LL库这一章节,但是在 F2x 的HAL文档中就没有。

LL 库更接近硬件层,对需要复杂上层协议栈的外设不适用,直接操作寄存器。其支持所有外设。使用方法:

独立使用,该库完全独立实现,可以完全抛开 HAL 库,只用LL库编程完成。在使用STM32CubeMX生成项目时,直接选LL库即可。如果使用了复杂的外设,例如 USB,则会调用 HAL 库混合使用,和 HAL 库结合使用。

目前,CubeMX 在生成项目时,可以选择采用 LL 库。

LL 库文件的命名方式和 HAL 库基本相同。个人感觉,LL 库就是原来的标准外设库移植到 Cube下的新的实现,但是其实现方法更加高效、简洁。使用 LL 库编程和使用标准外设库的方式基本一样,但是确会得到比标准外设库更高的效率。

更详细的介绍阅读:LL 库(low-layer drivers)详解及移植说明

本文参考:https://blog.csdn.net/zcshoucsdn/article/details/54613202

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