嵌入式STM32重要基础知识及实战经验分享

1、固件库：

固件库就是函数的集合，固件库函数的作用是向下负责与寄存器直接打交道，向上提供用户函数调用的接口（API）。

2、CMSIS标准与固件库的关系

就是对固件库函数的要求。

ARM 公司为了能让不同的芯片公司生产的 Cortex-M3 芯片能在软件上基本兼容，和芯片生产商共同提出了一套标准 CMSIS 标准(Cortex Microcontroller Software Interface Standard) ,翻译过来是 “ARM Cortex™ 微控制器软件接口标准”。ST 官方库就是根据这套标准设计的。

其实不用这么讲这么复杂的，一个简单的例子，我们在使用 STM32 芯片的时候首先要进行系统初始化，CMSIS 规范就规定，系统初始化函数名字必须为 SystemInit，所以各个芯片公司写自己的库函数的时候就必须用 SystemInit 对系统进行初始化。

3、STM32 和 ARM 以及 ARM7 的关系

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 这样的公司，他们并不做标准，他们是芯片公司，他们是根据 ARM 公司提供的芯片内核标准设计自己的芯片。

所以，任何一个做 Cortex-M3 芯片，他们的内核结构都是一样的，不同的是他们的存储器容量，片上外设，IO 以及其他模块的区别。

图1 cortex-m3 芯片结构

4、Cortex-M3内核

Cortex-M3 内核是单片机的中央处理器单元 CPU 。

特点：

1、Cortex-M3 是一个 32 位处理器内核。内部的数据路径是 32 位，寄存器是 32 位，存储器接口是 32 位。

2、Cortex-M3 采用哈佛架构。拥有独立的指令总线和数据总线，取指与数据访问可以同时进行。

3、支持小端模式、大端模式。

组成介绍：

Cortex-M3内核的架构含有

（1）寄存器组、（2）NVIC、（3）中断和异常、（4）储存器映射、（5）总线接口、（6）调试支持（debug interface）、（7）指令集。

5、时钟使能

寄存器是基于什么的？

　　当然是触发器！！！准确地说应该是D触发器

　　触发器的赋值是一定需要时钟的，而寄存器的时钟是由总线时钟提供的，就是说没有总线时钟的话，你给寄存器值它是不会读入的。换句话说，只有送来了时钟，触发器才能被改写值，这样寄存器才会工作。（通常会根据上升沿或者下降沿）

　　又会有人说为什么我之前学51的时候为什么不用使能时钟呢？

　　当初我们学51的时候，哪会关注功耗，我们能跑起来程序就行了，而且对于大多数厂家来说，绝大多数不会关注功耗。但是STM32不同，为了减少功耗，ST公司为了省电，使用了所谓的时钟门控的技术，这又涉及到了同步电路。同步电路中总有一个时钟控制。

在默认情况下这些时钟都是disable的。你如果要使用它，首先就需要enable。

　　我们也可以把这个时钟简单的比作为门，STM32之所以是低功耗，就是因为他把所有门都默认设置为disable，在你需要用哪个门的时候，开哪个门就可以，也就是说用到什么外设，只要打开对应外设的时钟就可以，其他的没用到的可以还是disable，这样耗能就会减少。

时钟门控技术就是用“与门”来控制时钟信号是否输入到外设。

6、串口通信原理

一般每次只能一个字节（8位）来接收和发送。当使用串口调试助手（XCOM）等软件时，命令行一次发送和接收到多个字节的发送数据，实际上是软件内部已经编写好的也是一个一个字节来发送和接收的。

数据缓存器实际上就是寄存器。

电脑串口是USB电平，单片机是TTL电平，相互串口通信连接需要将电平逻辑一致。通常需要用到USB电平转TTL芯片模块，例如：CH340、PL2303、FT232等，有时也需要电脑上安装电平转换芯片的驱动，如CH340。

串口发送的数据会先进入数据寄存器（TDR）中，当移位寄存器没有数据在发送时，数据就会接着进入到移位寄存器中发送。

串口通信是异步通信，双方必须约定好波特率，才能知道一个数据是什么时候传输完成的。同步通信则是例如在信号的上升沿的时候发送一个数据，就无需约定波特率。

7、串口通信标志位

状态寄存器SR：

1、RXNE：（读数据寄存器非空），当该位被置 1 的时候，就是提示已经有数据被接收到了，并且可以读出来了。这时候我们要做的就是尽快去读取 USART_DR，通过读 USART_DR 可以将该位清零，也可以向该位写 0，直接清除。

2、TC：（发送完成），当该位被置位的时候，表示 USART_DR 内的数据已经被发送完成了。如果设置了这个位的中断，则会产生中断。该位也有两种清零方式：1）读 USART_SR，写 USART_DR。2）直接向该位写 0。

控制寄存器CR1：

（主要用于设置是否开启中断）

1、RXNEIE：（接收缓冲区非空中断使能）。接收到数据的时候（RXNE 读数据寄存器非空），我们要产生中断，则开启该位。该位由软件设置或清除。

0：禁止产生中断；

1：当USART_SR中的TC为’1’时，产生USART中断。

2、TCIE：（发送完成中断使能）

0：禁止产生中断；

1：当USART_SR中的TC为’1’时，产生USART中断

8、端口复用和重映射

端口复用：STM32有很多的内置外设，这些外设的外部引脚都是与GPIO复用的。也就是说，一个GPIO如果可以复用为内置外设的功能引脚，那么当这个GPIO作为内置外设使用的时候，就叫做复用。

例如串口1 的发送接收引脚是PA9,PA10，当我们把PA9,PA10不用作GPIO，而用做复用功能串口1的发送接收引脚的时候，叫端口复用。

配置过程：-以PA9,PA10配置为串口1为例

（1）GPIO端口时钟使能：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

（2）复用外设时钟使能：比如将端口PA9,PA10复用为串口，所以要使能串口时钟。RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

（3）端口模式配置。 GPIO_Init（）函数。查表：

（4）如果是F407的芯片还需要配置GPIO_PinAFConfig（）函数，选择GPIO复用为什么功能

但单个外设（如UART）可能可以复用到多个（多组）不同的IO口上（端口重映射），但是在同一时间内只能有一组IO口（比如RX、TX）使用该串口资源。使用时要注意资源的分配，避免冲突。

如F407的串口USART2的TX、RX就可以复用到PA2、PA3和PD5、PD6两组上。

端口重映射：每个内置外设都有若干个输入输出引脚，一般这些引脚的输出端口都是固定不变的，为了让设计工程师可以更好地安排引脚的走向和功能，在STM32中引入了外设引脚重映射的概念，即一个外设的引脚除了具有默认的端口外，还可以通过设置重映射寄存器的方式，把这个外设的引脚映射到其它的端口。

9、SPI通信

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写，通信一次最多传输32字节数据。SPI每次数据传输可以8位或16位单位，每次传输单位数不受限制。

SPI有主、从两种模式，由主模块选择一个从模块进行同步通信，从而完成数据的交换。主设备（Master）提供时钟，从设备接收。SPI接口的读写操作都是由主设备发起，当存在多个从设备（Slave）时，通过片选信号进行管理。

SPI通信通常需要四根线，比串口的多两根：

1、MISO（Master Input Slave Output）:主设备数据输入，从设备输出；

2、MOSI（Master Ouput Slave Input）:主设备输出，从设备输入；

3、SCLK(Serial Clock)：时钟信号，由主设备产生

4、CS/SS（Chip Select/Slave Select）:从设备使能，由主设备控制(高或低电位)

一主一从：

一主多从：（每个从机都有主机对应的单独片选线）

SPI主、从设备都有一个串行移位寄存器，主设备通过向它的SPI串行移位寄存器写入一个字节发起传输。

SPI通信流程：

1、主设备发起信号，将CS/SS拉低，启动通信。

2、主设备发送时钟信号，告诉从设备进行写或读数据，从设备会立即读取数据线上的信号，即可得到一位数据（1bit）。

3、主机将数据写入发送缓存器(Menory)，缓存区（缓存长度看单片机配置）经过移位寄存器通过MOSI将字节一位一位的移出去给从机，同时MISO接口接收到的数据经移位寄存器一位位移动到接收缓存区。

4、从机也将字节的串行移位寄存器种的内容通过MISO信号线返回给主机。同时通过MOSI信号线接收主机发送的数据。两个移位寄存器中的内容就被交换。

SPI只有主从模式之分，没有读和写的说法，外设的写操作和读操作都是同步完成。若要写操作，主机需要忽略接收到的字节。若要读，则发送一个空字节来引发从机传输。

10、#ifndef、#define、#endif作用

防止头文件被重复引用和重复编译。

#ifndef是if not define的缩写，是宏定义的一种，准确说是预处理功能（宏定义、文件包含、条件编译）中的条件编译。

加入后可预防以下错误：若在.h文件中定义了全局变量，C文件包含了此.h文件多次，若不加#ifndef宏定义，则会出现变量重复定义的错误，也无法定义枚举变量等情况。

interactiv_system.h文件为例：

11、..\OBJ\LED.axf: Error: L6218E: Undefined symbol XXXXX (referred from XXXXX.o).

extern对变量范围扩展，仍然报错，原先代码：

将需要extern的变量写在函数外部，修改后解决：

10、共地

当使用不同模块通信的时候，3.3V代表信号1，0V代表信号0。但电压都是相对的参考电压，参考对象不同，电压值也不同。两个模块的电路都是分开的，但他们的电压都是相较于左边的电路的负极而言，此时右边的0V相较于左边的可能会低了2V。那么当左边发送3.3V信号的时候，右边可能只会收到1.3V的信号，导致通信失败。

同理在驱动电机的时候，如果没有供地，本来设置的5V的信号到了电机处可能只有3V，就无法驱动电机转动。

为了解决不同模块参考电位的问题，我们可以使用一根杜邦线将两个的0V连接起来，即共地，此时两个模块的0V相同，高电平的3.3V也必然相同。

11、使用其他型号开发板时，要用JTAG_Set函数

正点原子的开发板一般不需要（一般不会出现问题），但其他开发板要使能SWD，否则可能会出现烧录后，程序无法运行的情况。

12、SD卡写入，LCD显示图片

在使用LCD显示图片时，直接将png后缀更改为jpg后缀时可以发现，图像的大小并没有改变，本质上其实格式并没有修改，图片会无法显示。

jpg、jpeg格式图片若是显示不了，可用windows系统自带的画图软件打开，图片大小会增加，一般就可以显示了。

13、不同pack的安装与卸载

“Option for Target”中的Device可以看到用的pack的版本，直接点击下面链接去官网找到对应的下载就好。

在“Debug，点击“setting”进入“Flash Download”，点击“Add”

可以看到每个pack在电脑中的存储位置，一般会放在“ARM\flash”中，可以把别人电脑上有的pack直接复制到这个文件中，就可以使用了

14、C语言头文件和.c文件之间的关系

头文件.h和.c文件其实都是一样的，include" "头文件其实就是把这个头文件中的内容一行行的运行一次。其中的函数声明会在编译阶段自动匹配到同名的.c文件，具体过程可以看C语言的编译四个步骤。（后续会放出一些链接）

(130条消息) C语言后缀.h文件和.c文件作用和区别_花大师的博客-CSDN博客

从本质上来说，.c和.h并没有太大区别，只是命名方式的不同，主要为了解决重复声明的问题。

15、当出现ST-Link USBcommunication error和The content of the ST-Link is corrupt时

当已经检测到ST-Link，但是仍然ST-Link USBcommunication error一般是ST-link的固件版本问题固件需要升级。

当使用固件升级的时候仍然出现The content of the ST-Link is corrupt，且重启多次无用后，可以下载STM32 ST-LINK Utility。官方链接STSW-LINK004 – STM32 ST-LINK utility (replaced by STM32CubeProgrammer) – STMicroelectronics

使用教程可参考博客

https://www.cnblogs.com/cuter/p/8879993.html

16、STlink/v2中SWD模式（4线）连线方式