阅读HAL源码之重点总结

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阅读HAL源码之重点总结

HAL库的封装特点

HAL封装中有如下特点（自己总结的）：

特定外设要设置的参数组成一个结构体；

特定外设所有寄存器组成一个结构体；

地址基本都是通过宏来定义的，定义了各外设的起始地址，也就是对应寄存器结构体的地址，因为结构体里定义的是32位的地址，所以直接通过寄存器结构体指针->即可访问各寄存器。

实现过程基本都是：先根据要设置的数据赋值给参数结构体，之后根据这些参数来设置寄存器结构体。

最终的目的，都是将特定数据赋值给对应的寄存器。只不过用结构体实现了封装。

示例：

首先定义时钟源结构体的变量以及时钟配置结构体的变量；

然后给各参数赋值。

时钟源类型

HSE状态设置为开启

这三行分别是：HSEON在时钟控制寄存器中所处的位置号、对应的十六进制数、再给到一个宏定义RCC_CR_HSEON

HSE分频值

……

更多对着数据手册的寄存器查看吧。

HAL里函数都是直接调用的方式，并没有将函数都用结构体封装起来，其实多文件本身也可以看做一种封装。

嵌入式的分层思想

软件封装，抛去操作系统不说，裸机开发可分为以下三层：

1、寄存器层面的封装；

2、特定硬件层面的封装；

3、业务层面的使用；

以最简单的点亮LED为例说明。

寄存器层面就是指实现了特定GPIO的设置，可以对特定引脚进行一些操作，这一步主要是把芯片操作给封装起来。

特定硬件层面就是根据具体的外设以及其连接方式，实现其功能，比如点亮和熄灭LED，实现特定外设所有可能的操作。也就是说，把电路板调通。

业务层面就是根据业务，需要灯点亮还是熄灭，到这一步，更多的就是要处理业务逻辑了。

HAL初始化

HAL_Init();

/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */

配置Flash预取；

配置中断组；

配置滴答时钟；

初始化MSP;

SystemClock_Config();

配置时钟主要包括系统驱动时钟，CPU、AHB和APB总线时钟；

以上，系统初始化完成；

接下来就要初始化自己配置的外设了。

这里以GPIO为例

MX_GPIO_Init()

开启时钟；

将相应的引脚置高或低电平；

引脚相关参数；

接下来就可以编写用户代码了。

HAL编程规范

HAL库使用的编码规范接近于Linux的风格。

学习使用。

基本都是用下划线_分隔；

目录名：大驼峰加下划线；

文件名：全小写加下划线；

注释使用的都是/* */

且基本每一个函数代码处都有必要的注释

函数名：大驼峰（专有名字全大写）加下划线

变量名：大驼峰，也有大驼峰加下划线的

宏定义：全大写加下划线

十六进制表示的数后基本上都要加UL

十进制表示的数后面基本都要加U

但是如果已经用以下数据类型定义了，则没必要加。

数据类型定义基本都用的是stdint.h里面的

uint8_t

uint16_t

uint32_t

自定义类型名：大驼峰加下划线

程序的大括号在下一行开启

STM32的FLASH编程

STM32的FLASH不但可以存储程序，而且还是可以当EEPROM用。32的FLASH一般都比较大，FLASH的前面部分可以放代码，而最后几页可以存储数据，用于掉电记忆还是挺不错的。

STM32的FLASH是按页类操作的，也就是说每次擦除都必须整页擦除，而不能只擦除一页的一部分，读数据的话不存在这种限制。大容量的芯片每页是2k，而小容量的芯片每页是1k。

STM32的FLASH地址是从0x08000000开始的。比如要操作大容量512k芯片的最后一页FLASH，那么地址是0x08000000+2048*255.其中0x08000000是FLASH的起始地址，512k的芯片共有256页，每页2k，所以地址就是起始地址+前面255页的大小。比如操作64k的小容量的芯片的最后一页，那么地址就是0x08000000+1024*63.因为小容量芯片每页只有1k，所以地址=起始地址+前面63页大小。

在利用FLASH存储数据的过程中发现一个小问题，存储浮点数精度会丢失，所以只好把浮点数放大再存储，读出来的时候再还原回去。在利用库函数操作的时候，发现库函数的底层会把数据强制转换为无符号整型才存储进FLASH里面，但是如果把负数存储进去，读出来的时候还是负数，就好像强制转换语句失效了一样，其实库函数是没问题的，这个和正数负数在内存中的存储结构有关，在这里不过多的解释。

在STM32的技术手册里是找不到FLASH的相关寄存器和操作的，在《STM32的FLASH编程》里面才有。操作STM32的FLASH如果用寄存器的话是非常麻烦的，而且还非常容易出错，但是如果用库操作的话会非常简单，比如关键字、延时什么的库都帮我们做好了，我们只要调用接口就行了。

__IO

在很多类型定义前面，看到了这个标志__IO

一开始我还以为是跟流相关的标志。

直接跳转到原定义，才发现就是一个宏定义

在core_cm3.h中，属于cm3内核里的定义。

而且这个宏定义竟然就是个volatile

__I的含义就是将变量限制在“只读状态”，“只读状态”表示的是“变量的值只能通过读取寄存器的值改变自身，而且可以连续的改变，但是就是不可以人为的在程序中对变量进行改变”。

其实这就是“嵌入式输入的含义”，我们只允许通过读取外设寄存器的值来改变变量，不允许人为的在程序中改变变量的值。

__O的含义是将变量限制在“输出状态”，输出状态有别于输入状态的本质就在于，输出状态去掉了对于变量的const常量限定，使得我们可以通过任意方式(寄存器/人为修改)来改变变量的属性(值和数据类型)进而对变量进行处理。

__IO指的是“该变量可以进行输入输出操作——读/写操作”。它的作用和__O相同。

_weak

函数名称前面加上__weak 修饰符，我们一般称这个函数为“弱函数”。

加上了__weak 修饰符的函数，用户可以在用户文件中重新定义一个同名函数，最终编译器编译的时候，会选择用户定义的函数，如果用户没有重新定义这个函数，那么编译器就会执行__weak 声明的函数，并且编译器不会报错。所以我们可以在别的地方定义一个相同名字的函数，而不必也尽量不要修改之前的函数，。

可见，弱函数就是个“备胎”，先用着，有了正式的就自然而然地被替换掉了。

断言机制

什么是Assert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

这里的概念，可能不好理解，简单举一个例子来说明吧。

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];
}
如果我们函数中不加Assert断言语句，你觉得直接调用会这个函数会有风险吗？ 假如这么调用：
int a;a = Fun(8);
很明显，就这么调用，数组越界会出错，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。

Assert断言实际应用

其实，Assert断言在很多标准的代码中，基本都有。我们还是拿STM32的代码来说明吧。

不管是STM32标准外设库、还是HAL、LL库源代码里面都有Assert断言机制。

不知道大家有没有注意过assert_param函数？

比如在HAL库中：

相信大家都看到过STM32库中的参数断言语句，他的作用就是：

用于检查函数传入参数是否正确。

STM32的assert_param参数断言函数默认是没有使能的，如下：

也就是assert_param不起作用。

要想开启，HAL中stm32f1xx_hal_conf.h里：

也可以在CubeMX中选择开启：

如果没有开启断言，那么assert_param就相当于空

#define assert_param(expr) ((void)0U)，不起作用。

如果开启断言，则：
#define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0U : assert_failed((uint8_t *)__FILE__, __LINE__)) 
如果检测内容为真，则不管，如果检测内容有错误，则输出一些信息。
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line);
在main.c中，用户可自定义内容：

有错误时，会输出错误在哪个文件的哪一行，方便定位。

我们来看看实际应用吧。

举例：
assert_param(IS_RCC_OSCILLATORTYPE(RCC_OscInitStruct->OscillatorType));
注意，不是把函数的参数传进去，而是要传入一个逻辑表达式

这里的逻辑判断函数就是IS_RCC_OSCILLATORTYPE()

问题来了，这个逻辑判断函数是哪里来的呢？

这是个带参宏，在相应外设的头文件中stm32f1xx_hal_rcc.h

无非就是对参数进行判断。

自己定义一些内容都行。