STM32系统外设小记

接前面Keil MDK 社区版小记与STM32CubeMX小记，已经可以实现，让 CubeMX 生成的代码，同时兼容Keil MDK和CubeIDE两套环境：一套代码，两个IDE可以自由切换，两个人可以用不同的IDE协同工作。

只是想不通，国内各种资料为什么执着于Keil MDK这个开发环境（其社区版又不能商用）。

现在可以回到起点，了解一下STM32的系统外设了...

系统外设？

ST的 wiki 中列的4类14种：

系统外设（System Peripherals）：GPIO，EXTI，PWR，LPBAM，DMA
基本通讯外设（Basic communication peripherals）：UART，SPI，I2C，I3C
定时外设（Timing peripherals）：RTC，WDG，HRTIM
模拟外设（Analog peripherals）：DAC，ADC

列个表

模块	全称	功能	主要特点
GPIO	General-Purpose Input/Output	通用输入/输出端口，用于控制和读取外部设备的状态	可配置为输入、输出、复用功能；支持上拉、下拉电阻
EXTI	External Interrupt/Event Controller	外部中断/事件控制器，用于处理外部信号触发的中断	支持多种触发模式（上升沿、下降沿、双边沿）；灵活的中断优先级配置
PWR	Power Control	电源管理模块，用于控制微控制器的电源状态和低功耗模式	支持不同的低功耗模式（睡眠、停止、待机）；电压监控和电池管理
LPBAM	Low Power Background Autonomous Mode	低功耗自动模式，用于在低功耗状态下执行后台任务	允许在低功耗模式下执行特定任务，如数据传输和采集
DMA	Direct Memory Access	直接存储器访问，用于在外设和内存之间快速传输数据	减少CPU负载，提高数据传输效率；支持多通道和多种传输模式
UART	Universal Asynchronous Receiver/Transmitter	通用异步收发器，用于串行通信	支持全双工通信，波特率可编程；具有硬件流控制和多种错误检测机制
SPI	Serial Peripheral Interface	串行外设接口，用于高速同步串行通信	支持主从模式、多从设备；全双工通信，数据传输速率高
I2C	Inter-Integrated Circuit	集成电路间通信，用于短距离通信的多主多从总线	支持多主多从模式；具有从设备地址识别和7位或10位地址模式
I3C	Improved Inter-Integrated Circuit	改进型集成电路间通信，I2C 的升级版	兼容 I2C；更高的速度和更低的功耗；支持动态地址分配
RTC	Real-Time Clock	实时时钟，用于提供准确的时间和日期信息	支持闹钟、中断和时间戳功能；内置备份电池，掉电后仍能保持时间
WDG	Watchdog Timer	看门狗定时器，用于防止系统失效或卡死	定时器溢出时触发系统复位；可编程超时时间
HRTIM	High-Resolution Timer	高分辨率定时器，用于精确的时间控制和信号生成	提供高分辨率的PWM输出；支持复杂的时间和事件控制
DAC	Digital-to-Analog Converter	数模转换器，用于将数字信号转换为模拟信号	支持多通道输出；分辨率和采样率可编程
ADC	Analog-to-Digital Converter	模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号	高速采样、分辨率可调；支持多通道输入和多种触发模式

东西太多了，先了解一下其中的 GPIO、UART、SPI

GPIO

这个东西...

GPIO是什么？

GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入/输出）是微控制器或其他集成电路上的一种通用引脚，用于与外部设备进行数字信号交互。GPIO 引脚没有特定的功能，可以通过软件配置来实现多种用途，因此称为“通用”。

先借ST官方GPIO internal peripheral一张图：

stm32-gpio-internal

对于GPIO的几种模式，可以列个表：

模式名称	宏定义	详细描述
输入模式	`GPIO_Mode_IN`	配置引脚为输入模式，用于读取外部信号。
输出模式	`GPIO_Mode_OUT`	配置引脚为输出模式，用于驱动外部设备。可以选择推挽输出（Push-pull Output）或开漏输出（Open-drain Output）。
复用功能模式	`GPIO_Mode_AF`	配置引脚为复用功能模式，用于连接内部外设（如 UART、I2C、SPI 等）。具体的复用功能由引脚的 AF（Alternate Function）寄存器配置。
模拟模式	`GPIO_Mode_AN`	配置引脚为模拟模式，用于模拟信号处理。常用于 ADC 输入或 DAC 输出。

对于输出模式PuPd：

推挽输出（Push-pull Output）：标准的输出模式，能够提供强驱动能力。
开漏输出（Open-drain Output）：适用于需要外部上拉电阻的应用，如 I2C 总线。

HAL函数

HAL库中主要的一些GPIO相关函数（具体可以查看stm32xxxx_hal_gpio.h文件)

初始化和配置相关

HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)
HAL_GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin)

状态读写

HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

中断配置和处理

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)

使用

cubemx或cubeide可以直接生成配置代码。剩下的编写读写代码就行了。单独控制一个灯闪烁，很简单：

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_2);
        HAL_Delay(1000);

    /* USER CODE END WHILE */

引脚可以通过cubemx设置别名（对应C语言的宏），那么：

        HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);

如果不使用toggle，可以直接设置值：

  while (1)
  {
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(1000);
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(1000);

使用Delay延迟比较比较傻，正常应该使用定时器中断，比如配置使用CubeMX配置，TIM2定时器。而后在main.c 中定义：

// 定时器中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2)
    {
        // 切换 LED 状态
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);
    }
}

这是一个弱定义函数。

它能工作，另一方面是因为在stm32xxx_it.c中的中断处理函数调用HAL的函数。

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
}

UART

RS232等uart串口概念简单

HAL函数

初始化与配置

HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart)
HAL_UART_DeInit(UART_HandleTypeDef *huart)

UART数据传输

HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

中断处理

HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)
HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

使用

初始化代码cubemx可以生成。只需关注数据传输，数据传输有三个编程模式

轮询方式
中断方式（IT)
DMA方式（DMA）

先只考虑其中的中断方式。

全局变量

main函数外，定义全局变量，代表发送和接受缓冲区

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t recv_buffer[128] = "";
uint8_t send_buffer[128] = "";
/* USER CODE END PV */

接收

main函数中，在while之外，启动接收

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, recv_buffef, 3);
/* USER CODE END 2 */

中断处理

main函数外，定义回调函数，内部书写比较自由

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_2);
    memcpy(send_buffer, recv_buffer, 3);
    HAL_UART_Transmit_IT(huart, send_buffer, 3);
    HAL_UART_Receive_IT(huart, recv_buffer, 3);
}
/* USER CODE END 4 */

注意：这个函数名一定不能拼错了（Cplt是完成Complete的意思），拼错后也不会报错，没有这个函数也不会报错。因为:

在 STM32 HAL 库中，HAL_UART_RxCpltCallback 是一个弱定义（__weak）的函数。这意味着，如果用户没有显式地定义这个函数，链接器会使用库中提供的默认实现；如果用户定义了这个函数，链接器会使用用户提供的实现而不是默认的实现。

可用的回调，可以通过stm32xxxx_hal_uart.h文件查看：

  void (* TxHalfCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);        /*!< UART Tx Half Complete Callback        */
  void (* TxCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);            /*!< UART Tx Complete Callback             */
  void (* RxHalfCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);        /*!< UART Rx Half Complete Callback        */
  void (* RxCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);            /*!< UART Rx Complete Callback             */
  void (* ErrorCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);             /*!< UART Error Callback                   */
  void (* AbortCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);         /*!< UART Abort Complete Callback          */
  void (* AbortTransmitCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart); /*!< UART Abort Transmit Complete Callback */
  void (* AbortReceiveCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);  /*!< UART Abort Receive Complete Callback  */
  void (* WakeupCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);            /*!< UART Wakeup Callback                  */
  void (* RxEventCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Pos); /*!< UART Reception Event Callback     */

  void (* MspInitCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);           /*!< UART Msp Init callback                */
  void (* MspDeInitCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);         /*!< UART Msp DeInit callback              */

SPI

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种同步串行通信协议，通常用于微控制器与各种外围设备（如传感器、存储设备、显示屏等）之间的通信。SPI 由 Motorola 公司开发，是一种全双工通信协议，具有高速、简单和灵活的特点。

四条主要信号线：

MISO（Master In Slave Out）：主设备输入、从设备输出。这条线用于从设备向主设备发送数据。
MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出、从设备输入。这条线用于主设备向从设备发送数据。
SCLK（Serial Clock）：串行时钟信号，由主设备生成，用于同步数据传输。
SS（Slave Select）或 CS（Chip Select）：从设备选择信号。通常由主设备控制，用于选择哪个从设备进行通信。

HAL函数

和串口一样，也是支持轮询、中断、DMA三种传输方式。

初始化与配置

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Init(SPI_HandleTypeDef *hspi);

数据传输

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit_IT(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Receive_IT(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive_IT(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size);

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Transmit_DMA(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Receive_DMA(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size);

状态监控

HAL_SPI_StateTypeDef HAL_SPI_GetState(SPI_HandleTypeDef *hspi);
uint32_t HAL_SPI_GetError(SPI_HandleTypeDef *hspi);

C语言知识补充

之前没关注这个

关于弱定义

弱定义（Weak Symbol）是一种符号（可以是函数或变量）的声明方式，它允许在链接过程中，如果没有强定义（Strong Symbol）与之对应，则使用该弱定义。弱定义通常用于库和框架中，以提供默认实现或默认值，而用户可以通过提供自己的强定义来覆盖这些默认行为。

不同的编译器通过不同的方式支持弱定义。以下是一些常见编译器的支持方式：

GCC 和 Clang：使用 attribute((weak))。
ARM 编译器：使用 __weak。
MSVC：不直接支持，但可以通过链接器选项 /alternatename 实现类似功能。

参考

https://wiki.st.com/stm32mcu/wiki/Category:Getting_started_with_STM32_system_peripherals
Weak symbol - Wikipedia

1+1=10

记记笔记，放松一下...

STM32系统外设小记

系统外设？

GPIO

GPIO是什么？

HAL函数

使用

UART

HAL函数

使用

全局变量

接收

中断处理

SPI

HAL函数

C语言知识补充

关于弱定义

参考