開發(fā)環(huán)境：Keil 5.30

單片機：STM32F103ZET6

上一章通過控制GPIO的高低電平實現(xiàn)了流水燈，但只是告訴了大家怎么做，如何實現(xiàn)流水燈，本文將深入剖析的GPIO流水燈的前生今世，深入研究流水燈的調(diào)用邏輯和數(shù)據(jù)結(jié)構。

2.1 GPIO配置概述

前面一章一個大概講解GPIO的配置過程和核心的寄存器，當然啦，關于GPIO的寄存器遠不止我上一章列出來的，還有很多，具體請參看《STM32F10XXX參考手冊》中GPIO相關的內(nèi)容吧。

根據(jù)前面實現(xiàn)的GPIO流水燈，本文將其歸納如下：

要想控制3個LED依次亮滅，就需要做以上三件事：使能時鐘，配置GPIO參數(shù)，最后循環(huán)控制GPIO的高低電平就能實現(xiàn)流水燈的效果，GPIO的寄存器這里就不說了，更多詳細的寄存器描述看官方手冊就行，下面先來看看STM32的時鐘。

2.2 Cortex-M的時鐘系統(tǒng)

2.2.1 Cortex-M的系統(tǒng)架構

基于Cortex-M的系統(tǒng)架構比51單片機強大很多了。首先我們看看Cortex-M3的系統(tǒng)架構圖：

對于對比，在看看GD32F407xx的系統(tǒng)架構圖。

GD32F407xx是基于Cortex-M4設計的。可以看到，Cortex-M3和Cortex-M4大體是相同的，系統(tǒng)主要由四個驅(qū)動單元和四個被動單元構成。

• 四個驅(qū)動單元
• 內(nèi)核 DCode 總線；
• 系統(tǒng)總線；
• 通用 DMA1(DMA0)；
• 通用 DMA2(DMA1)；
• 四被動單元
• AHB 到 APB 的橋：連接所有的 APB 設備；
• 內(nèi)部 FlASH 閃存；
• 內(nèi)部 SRAM；
• FSMC；

下面我們具體講解一下圖中幾個總線的知識：

① ICode 總線：該總線將 M3 內(nèi)核指令總線和閃存指令接口相連，指令的預取在該總線上面完成。

② DCode 總線：該總線將 M3 內(nèi)核的 DCode 總線與閃存存儲器的數(shù)據(jù)接口相連接，常量加載和調(diào)試訪問在該總線上面完成。

③系統(tǒng)總線：該總線連接 M3 內(nèi)核的系統(tǒng)總線到總線矩陣，總線矩陣協(xié)調(diào)內(nèi)核和 DMA 間訪問。

④ DMA 總線：該總線將 DMA 的 AHB 主控接口與總線矩陣相連，總線矩陣協(xié)調(diào) CPU 的DCode 和 DMA 到 SRAM,閃存和外設的訪問。

⑤總線矩陣：總線矩陣協(xié)調(diào)內(nèi)核系統(tǒng)總線和 DMA 主控總線之間的訪問仲裁，仲裁利用輪換算法。

⑥ AHB/APB 橋:這兩個橋在 AHB 和 2 個 APB 總線間提供同步連接， APB1 操作速度限于36MHz,APB2 操作速度全速。

對于系統(tǒng)架構的知識，在剛開始學習 STM32 的時候只需要一個大概的了解，大致知道是個什么情況即可。

2.2.2 STM32時鐘架構

時鐘是整個處理器運行的基礎，時鐘信號推動處理器內(nèi)各個部分執(zhí)行相應的指令。時鐘系統(tǒng)就是CPU的脈搏，決定CPU速率，像人的心跳一樣只有有了心跳，人才能做其他的事情，而單片機有了時鐘，才能夠運行執(zhí)行指令，才能夠做其他的處理 (點燈，串口，ADC)，時鐘的重要性不言而喻。

我們在學習51單片機時，其最小系統(tǒng)必有晶振電路，這塊電路就是單片機的時鐘來源，晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度。STM32相比51單片機就復雜得多，不僅是外設非常多，就連時鐘來源就有四個。但我們實際使用的時候只會用到有限的幾個外設，使用任何外設都需要時鐘才能啟動，但并不是所有的外設都需要系統(tǒng)時鐘那么高的頻率，為了兼容不同速度的設備，有些高速，有些低速，如果都用高速時鐘，勢必造成浪費，而且，同一個電路，時鐘越快功耗越快，同時抗電磁干擾能力也就越弱，所以較為復雜的MCU都是采用多時鐘源的方法來解決這些問題，因此便有了STM32的時鐘系統(tǒng)和時鐘樹。

STM32三個不同的時鐘源可以用來驅(qū)動系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)：

● HSI晶振時鐘(高速內(nèi)部時鐘信號)

● HSE晶振時鐘(高速外部時鐘信號)

● PLL時鐘

STM32有兩個二級時鐘源：

● 40kHz的低速內(nèi)部RC，它可以驅(qū)動獨立看門狗，還可選擇地通過程序選擇驅(qū)動RTC。 RTC用于從停機/待機模式下自動喚醒系統(tǒng)。

● 32.768kHz的低速外部晶振，可選擇它用來驅(qū)動RTC(RTCCLK)。

每個時鐘源在不使用時都可以單獨被打開或關閉，這樣就可以優(yōu)化系統(tǒng)功耗。

當使用HSI作為PLL時鐘的輸入時，所能達到的最大系統(tǒng)時鐘為64MHz。

2.2.3 STM32時鐘硬件電路

2.2.3.1 HSE時鐘

高速外部時鐘信號(HSE)由以下兩種時鐘源產(chǎn)生：

● HSE外部晶體 / 陶瓷諧振器(見下圖(a))

● HSE用戶外部時鐘(見下圖(b))

(a)外部時鐘 (b)晶振時鐘

1. 外部時鐘源(HSE旁路)

在這種模式下，必須提供一個外部時鐘源。它的頻率可高達25MHz。外部時鐘信號(占空比為50%的方波、正弦波或三角波)必須連到OSC_IN引腳，同時保證OSC_OUT引腳懸空，見上圖(a)。這個外部時鐘源是指從其他處理器等引入的時鐘源，STM32的demo板就是使用的這種方式，主控器MCU的外部時鐘源來自ST Link處理器提供的時鐘信號。

2. 外部晶體/陶瓷諧振器(HSE晶體)

這個4~16MHz的外部晶振的優(yōu)點在于能產(chǎn)生非常精確的主時鐘。下圖顯示了它需要的相關硬件配置。諧振器和負載電容需要盡可能近地靠近振蕩器的引腳，以減小輸出失真和啟動穩(wěn)定時間。負載電容值必須根據(jù)選定的晶振進行調(diào)節(jié)。這種方式也是我們常用的方式，具體電路如下所示。

2.2.3.2 LSE時鐘

低速外部時鐘源(LSE)可以由兩個可能的時鐘源來產(chǎn)生：

● LSE外部晶體 / 陶瓷諧振器(見下圖(a))

● LSE用戶外部時鐘(見下圖(b))

1. 外部源(LSE旁路)

在這種模式下，必須提供一個外部時鐘源。它的頻率必須為32.768kHz。外部信號(占空比為50%的方波、正弦波或三角波)必須連到OSC32_IN引腳，同時保證OSC_OUT引腳懸空。

2. 外部晶體/陶瓷諧振器(LSE晶體)

這個LSE晶體是一個32.768kHz的低速外部晶體或陶瓷諧振器。它的優(yōu)點在于能為實時時鐘部件(RTC)提供一個低速的，但高精確的時鐘源。 RTC可以用于時鐘/日歷或其它需要計時的場合。諧振器和加載電容需要盡可能近地靠近晶振引腳，這樣能使輸出失真和啟動穩(wěn)定時間減到最小。負載電容值必須根據(jù)選定的晶振進行調(diào)節(jié)。

(a)外部時鐘 (b)晶振時鐘

外部晶體時鐘如下圖所示。

HSE和LSE外部晶體兩時鐘電路的兩個電容式為了抗干擾。對抗自然界中的一些干擾，如雷擊。

2.2.4 STM32的時鐘系統(tǒng)

STM32 芯片為了實現(xiàn)低功耗，設計了一個功能完善但卻非常復雜的時鐘系統(tǒng)。普通的MCU 一般只要配置好 GPIO 的寄存器就可以使用了，但 STM32 還有一個步驟，就是開啟外設時鐘。

在 STM32 中，可分為五種時鐘源，為 HSI、 HSE、 LSI、 LSE、 PLL。從時鐘頻率來分可以分為高速時鐘源和低速時鐘源，其中 HIS， HSE 以及 PLL 是高速時鐘， LSI 和 LSE 是低速時鐘。從來源可分為外部時鐘源和內(nèi)部時鐘源，外部時鐘源就是從外部通過接晶振的方式獲取時鐘源，其中 HSE 和 LSE 是外部時鐘源，其他的是內(nèi)部時鐘源。下面我們看看 STM32 的 5 個時鐘源，我們講解順序是按圖中紅圈標示的順序：

1HSI 是 高速內(nèi)部時鐘 ， RC 振蕩器，頻率為 8MHz。

②HSE 是 高速外部時鐘 ，可接石英 /陶瓷諧振器，或者接外部時鐘源，頻率范圍為4MHz~16MHz。 我們的開發(fā)板接的是 8M 的晶振。 當使用有源晶振時，時鐘從 OSC_IN 引腳進入， OSC_OUT 引腳懸空，當選用無源晶振時，時鐘從 OSC_IN 和 OSC_OUT 進入，并且要配諧振電容。 HSE 最常使用的就是 8M 的無源晶振。 當確定 PLL 時鐘來源的時候， HSE 可以不分頻或者 2 分頻，這個由時鐘配置寄存器 CFGR 的位 17。

③LSI 是 低速內(nèi)部時鐘 ，RC 振蕩器，頻率為 40kHz。 獨立看門狗的時鐘源只能是 LSI，同時 LSI 還可以作為 RTC 的時鐘源。

④LSE 是 低速外部時鐘 ，接頻率為 32.768kHz 的石英晶體。 這個主要是 RTC 的時鐘源。

⑤PLL 為鎖相環(huán)倍頻輸出，其時鐘輸入源可選擇為 HSI/2、HSE 或者 HSE/2。 倍頻可選擇為2~16 倍，但是其輸出頻率最大不得超過 72MHz。

圖中我們用 A~E 標示我們要講解的地方。

A. MCO 是 STM32 的一個時鐘輸出 IO(PA8)，它可以選擇一個時鐘信號輸出，可以選擇為 PLL 輸出的 2 分頻、 HSI、 HSE、或者系統(tǒng)時鐘。 這個時鐘可以用來給外部其他系統(tǒng)提供時鐘源。

B. 這里是 RTC 時鐘源，從圖上可以看出， RTC 的時鐘源可以選擇 LSI， LSE，以及HSE 的 128 分頻。

C. 從圖中可以看出 C 處 USB 的時鐘是來自 PLL 時鐘源。 STM32 中有一個全速功能的 USB 模塊，其串行接口引擎需要一個頻率為 48MHz 的時鐘源。該時鐘源只能從 PLL 輸出端獲取，可以選擇為 1.5 分頻或者 1 分頻，也就是，當需要使用 USB模塊時， PLL 必須使能，并且時鐘頻率配置為 48MHz 或 72MHz。

D. D 處就是 STM32 的系統(tǒng)時鐘 SYSCLK，它是供 STM32 中絕大部分部件工作的時鐘源。系統(tǒng)時鐘可選擇為 PLL 輸出、 HSI 或者 HSE。系統(tǒng)時鐘最大頻率為 72MHz，當然你也可以超頻，不過一般情況為了系統(tǒng)穩(wěn)定性是沒有必要冒風險去超頻的。

E. 這里的 E 處是指其他所有外設了。從時鐘圖上可以看出，其他所有外設的時鐘最終來源都是 SYSCLK。 SYSCLK 通過 AHB 分頻器分頻后送給各模塊使用。這些模塊包括：

①AHB 總線、內(nèi)核、內(nèi)存和 DMA 使用的 HCLK 時鐘。

②通過 8 分頻后送給 Cortex 的系統(tǒng)定時器時鐘，也就是 systick 了。

③直接送給 Cortex 的空閑運行時鐘 FCLK。

④送給 APB1 分頻器。 APB1 分頻器輸出一路供 APB1 外設使用(PCLK1，最大頻率 36MHz)，另一路送給定時器(Timer)2、 3、 4 倍頻器使用。

⑤送給 APB2 分頻器。 APB2 分頻器分頻輸出一路供 APB2 外設使用(PCLK2，最大頻率 72MHz)，另一路送給定時器(Timer)1 倍頻器使用。

其中需要理解的是 APB1 和 APB2 的區(qū)別， APB1 上面連接的是低速外設，包括電源接口、備份接口、 CAN、 USB、 I2C1、 I2C2、 UART2、 UART3 等等， APB2 上面連接的是高速外設包括 UART1、 SPI1、 Timer1、 ADC1、 ADC2、所有普通 IO 口(PA~PE)、第二功能 IO 口等。

不同的總線有不同的頻率，不同的外設掛在不同的總線下，為了更適合初學者查閱，筆者把常用的外設與總線的對應關系總結(jié)如下：

SystemInit()函數(shù)中設置的系統(tǒng)時鐘大小：

• SYSCLK（系統(tǒng)時鐘） =72MHz
• AHB 總線時鐘(使用 SYSCLK) =72MHz
• APB1 總線時鐘(PCLK1) =36MHz
• APB2 總線時鐘(PCLK2) =72MHz
• PLL 時鐘 =72MHz

具體代碼請讀者查看工程文件的system_stm32f10x.c文件。

舉個例子：Keil編寫程序是默認的時鐘為72Mhz，其實是這么來的：外部晶振(HSE)提供的8MHz（與電路板上的晶振的相關）通過PLLXTPRE分頻器后，進入PLLSRC選擇開關，進而通過PLLMUL鎖相環(huán)進行倍頻（x9）后，為系統(tǒng)提供72MHz的系統(tǒng)時鐘（SYSCLK）。 之后是AHB預分頻器對時鐘信號進行分頻，然后為低速外設提供時鐘。

或者內(nèi)部RC振蕩器(HSI) 為8MHz /2 為4MHz 進入PLLSRC選擇開關，通過PLLMUL鎖相環(huán)進行倍頻（x18）后為72MHz。

PS: 網(wǎng)上有很多人說是5個時鐘源，這種說法有點問題，學習之后就會發(fā)現(xiàn)PLL并不是自己產(chǎn)生的時鐘源，而是通過其他三個時鐘源倍頻得到的時鐘，這點在前文已近講解得很清楚了。

2.2.5 STM32的時鐘配置剖析

既然時鐘搞清楚了，接下來回到上一章的配置時鐘的代碼：

/*開啟LED的外設時鐘*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd就是配置時鐘的函數(shù)，函數(shù)原型如下：

/**
 * @brief  Enables or disables theHigh Speed APB (APB2) peripheral clock.
 * @param  RCC_APB2Periph:specifies the APB2 peripheral to gates its clock.
 *   This parameter can be anycombination of the following values:
 *     @arg RCC_APB2Periph_AFIO,RCC_APB2Periph_GPIOA, RCC_APB2Periph_GPIOB,
 *          RCC_APB2Periph_GPIOC,RCC_APB2Periph_GPIOD, RCC_APB2Periph_GPIOE,
 *          RCC_APB2Periph_GPIOF,RCC_APB2Periph_GPIOG, RCC_APB2Periph_ADC1,
 *          RCC_APB2Periph_ADC2,RCC_APB2Periph_TIM1, RCC_APB2Periph_SPI1,
 *          RCC_APB2Periph_TIM8,RCC_APB2Periph_USART1, RCC_APB2Periph_ADC3,
 *          RCC_APB2Periph_TIM15,RCC_APB2Periph_TIM16, RCC_APB2Periph_TIM17,
 *          RCC_APB2Periph_TIM9,RCC_APB2Periph_TIM10, RCC_APB2Periph_TIM11    
 * @param  NewState: new state ofthe specified peripheral clock.
 *   This parameter can be: ENABLEor DISABLE.
 * @retval None
 */
voidRCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState)
{
 /* Check the parameters */
 assert_param(IS_RCC_APB2_PERIPH(RCC_APB2Periph));
 assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
 if (NewState != DISABLE)
 {
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2Periph;
 }
 else
 {
    RCC->APB2ENR &= ~RCC_APB2Periph;
 }
}

第一個參數(shù)就是具體的外設時鐘，第二參數(shù)就是時鐘狀態(tài)開關，整個函數(shù)很簡單，就是配置RCC->APB2ENR，assert_param是檢查參數(shù)的，關于assert_param詳細講解看附錄的小貼士。

參數(shù)RCC_APB2Periph傳入值是通過宏來定義的，這樣的好處也是便于移植，如果換了MCU，架構一樣，只需要就該底層驅(qū)動就行，不需要更改上層應用，這樣就提高了開發(fā)效率。 言歸正傳，我們傳入的RCC_APB2Periph_GPIOB和RCC_APB2Periph_GPIOG定義如下。

其實就是一個個偏移而已。 我們還是看看RCC_APB2ENR寄存器，

如果要配置GPIOB的時鐘就是要將第3位置1，因此轉(zhuǎn)換成10進制就是8，同理GPIOG也是一樣的。

RCC_APB2ENR的地址是0x18，更準確的是說偏移地址是0x18，在代碼中也是有體現(xiàn)的，我們看看RCC結(jié)構體吧。

#define RCC                 ((RCC_TypeDef *) RCC_BASE)

這里是通過宏的方式定義的，結(jié)構體就是RCC_TypeDef。

/**
 * @brief Reset and Clock Control
 */

typedef struct
{
 __IO uint32_t CR;
 __IO uint32_t CFGR;
 __IO uint32_t CIR;
 __IO uint32_t APB2RSTR;
 __IO uint32_t APB1RSTR;
 __IO uint32_t AHBENR;
 __IO uint32_t APB2ENR;
 __IO uint32_t APB1ENR;
 __IO uint32_t BDCR;
 __IO uint32_t CSR;

#ifdef STM32F10X_CL 
 __IO uint32_t AHBRSTR;
 __IO uint32_t CFGR2;
#endif /* STM32F10X_CL */

#if defined (STM32F10X_LD_VL) ||defined (STM32F10X_MD_VL) || defined (STM32F10X_HD_VL)  
 uint32_t RESERVED0;
 __IO uint32_t CFGR2;
#endif /* STM32F10X_LD_VL ||STM32F10X_MD_VL || STM32F10X_HD_VL */
} RCC_TypeDef;

這里可以看到有__IO修飾結(jié)構體成員，關于__IO詳細講解看附錄的小貼士。 RCC_TypeDef中的成員都是32位，因此偏移都是4，而APB2ENR的偏移量就是寄存器表的偏移一一對應了，其他的結(jié)構體都是這樣定義的。

在說說RCC_BASE，這就實際的RCC的物理地址，其中的依賴關系如下：

#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000) /*!

這樣我們就知道最終的RCC的基地址是0x0x40021000。 這個地址也可以在參考手冊中找到。

是不就都對上了，MCU所有的外設都對應了一個地址，因此通過操作該地址就能控制相應的功能，關于STM32的存儲管理在后文會詳細描述，這里先了解個大概就好。

值得注意的是，既然有RCC_APB2PeriphClockCmd函數(shù)，肯定還有RCC_APB1PeriphClockCmd，它們各自配置的時鐘可以從系統(tǒng)架構中看到，當然啦，函數(shù)的說明中也列舉了具體的外設。

到這里基本上時鐘的配置就完成了。 但是我想還是有很多朋友沒有很明白，下面就GPIO的配置從地址映射和固件庫的封裝兩個方便再來詳細總結(jié)下固件庫是如何完成GPIO的具體操作的。

2.3 Cortex-M的地址映射

我們先看看51 單片機中是怎么做的，51 單片機開發(fā)中會引用一個 reg51.h 的頭文件，51單片機是通過以下方式將名字和寄存器聯(lián)系起來的：

sfr P0 =0x80;

sfr 也是一種擴充數(shù)據(jù)類型，占用一個內(nèi)存單元，值域為 0～255。 利用它可以訪問 51 單片機內(nèi)部的所有特殊功能寄存器。 如用 sfr P1 = 0x90 這一句定義 P1 為 P1 端口在片內(nèi)的寄存器。 然后我們往地址為 0x80 的寄存器設值的方法是： P0=value； 通過改變value的值來控制單片機。

所謂地址映射，就是將芯片上的存儲器甚至 I/O 等資源與地址建立一一對應的關系。 如果某地址對應著某寄存器，我們就可以運用 C 語言的指針來尋址并修改這個地址上的內(nèi)容，從而實現(xiàn)修改該寄存器的內(nèi)容。 Cortex-M的地址映射也是類似的。 Cortex-M有 32 根地址線，所以它的尋址空間大小為 2 ^32^bit=4 GB。 ARM 公司設計時，預先把這 4 GB 的尋址空間大致地分配好了。 它把從 0x40000000 至 0x5FFFFFFF（ 512 MB）的地址分配給片上外設。 通過把片上外設的寄存器映射到這個地址區(qū)，就可以簡單地以訪問內(nèi)存的方式，訪問這些外設的寄存器，從而控制外設的工作。 這樣，片上外設可以使用 C 語言來操作。

stm32f10x.h 這個文件中重要的內(nèi)容就是把 STM32 的所有寄存器進行地址映射。 如同51 單片機的

在這里我們以流水燈中的 GPIOB 為例進行剖析，如果是其他的 IO 端口，則改成相應的地址即可。 在這個文件中一系列宏實現(xiàn)了地址映射。

#define GPIOB_BASE(APB2PERIPH_BASE + 0xC00)
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE+ 0xC00
#define PERIPH_BASE((uint32_t)0x40000000)

這幾個宏定義是從文件中的幾個部分抽離出來的，具體的內(nèi)容讀者可參考stm32f10x.h 源碼。

首先看到 PERIPH_BASE 這個宏，宏展開為 0x40000000，并把它強制轉(zhuǎn)換為 uint32_t的 32 位類型數(shù)據(jù)，這是因為 STM32 的地址是 32 位的，0x40000000 這個地址是 Cortex-M3 核分配給片上外設 512MB 尋址空間中的第一個地址，我們把0x40000000 稱為外設基地址。

接下來是宏 APB2PERIPH_BASE，宏展開為 PERIPH_BASE（外設基地址）加上偏移地址 0x10000，即指向的地址為 0x40010000。 這個 APB2PERIPH_BASE 宏是什么地址呢？ STM32 不同的外設是掛載在不同的總線上的。 STM32 芯片有 AHB 總線、APB2總線和 APB1 總線，掛載在這些總線上的外設有特定的地址范圍。

其中像 GPIO、串口 1、ADC 及部分定時器是掛載在稱為 APB2 的總線上，掛載到APB2 總線上的外設地址空間是從0x40010000 至 0x40013FFF地址。 這里的第一個地址，也就是 0x40010000，稱為 APB2PERIPH_BASE （APB2 總線外設基地址）。

而 APB2 總線基地址相對于外設基地址的偏移量為 0x10000 個地址，即為 APB2 相對外設基地址的偏移地址，見下表。

由這個表我們可以知道，stm32f10x.h 這個文件中必然含有用于定義總線外設基地址的宏。

#define APB2PERIPH_BASE  PERIPH_BASE

因為偏移量為零，所以 APB2的地址直接就等于外設基地址。

最后到了宏 GPIOB_BASE，宏展開為 APB2PERIPH_BASE （APB2 總線外設的基地址）加上相對 APB2 總線外設基地址的偏移量 0xC00 得到了 GPIOB端口的寄存器組的基地址。 這個所謂的寄存器組又是什么呢？ 它包括什么寄存器？

細看 stm32f10x.h 文件，我們還可以發(fā)現(xiàn)有關各個 GPIO 基地址的宏。

#define GPIOA_BASE(APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
#define GPIOB_BASE(APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
#define GPIOC_BASE(APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
#define GPIOD_BASE(APB2PERIPH_BASE + 0x1400)

除了 GPIOB寄存器組的地址，還有 GPIOA、GPIOC和 GPIOD 的地址，并且這些地址是不一樣的。 前面提到，每組 GPIO 都對應著獨立的一組寄存器，查看 STM32 的數(shù)據(jù)手冊。

注意到這個說明中有一個偏移地址：0x04，這里的偏移地址是相對哪個地址的偏移呢？ 下面進行舉例說明。

對于GPIOB組的寄存器，GPIOB含有的端口配置高寄存器（GPIOB_CRH地址為：GPIOB_BASE +0x04。 假如是 GPIOA 組的寄存器，則 GPIOA 含有的端口配置高寄存器（GPIOA_CRH）地址為：GPIOA_BASE+0x04。 也就是說，這個偏移地址，就是該寄存器相對所在寄存器組基地址的偏移量。

2.4固件庫對寄存器的封裝

ST的工程師用結(jié)構體的形式封裝了寄存器組，在 stm32f10x.h 文件定義的。

#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *)GPIOA_BASE)
#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *)GPIOB_BASE)
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *)GPIOC_BASE)

有了這些宏，我們就可以定位到具體的寄存器地址，結(jié)構體GPIO_TypeDef在 stm32f10x.h 文件中定義的。

typedef struct
{
__IO uint32_t CRL;
__IO uint32_t CRH;
__IO uint32_t IDR;
__IO uint32_t ODR;
__IO uint32_t BSRR;
__IO uint32_t BRR;
__IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

結(jié)構體內(nèi)又定義了 7 個 __IO uint32_t 類型的變量。 這些變量都是 32 位，即每個變量占內(nèi)存空間 4 個字節(jié)。 在 C 語言中，結(jié)構體內(nèi)變量的存儲空間是連續(xù)的，也就是說假如我們定義了一個 GPIO_TypeDef ，這個結(jié)構體的首地址（變量 CRL 的地址）若為 0x40011000，那么結(jié)構體中第二個變量（CRH）的地址即為 0x40011000 +0x04, 加上的0x04 正是代表 4 個字節(jié)地址的偏移量。

0x04 偏移量正是 GPIOx_CRH 寄存器相對于所在寄存器組的偏移地址。 同理，GPIO_TypeDef 結(jié)構體內(nèi)其他變量的偏移量，也與相應的寄存器偏移地址相符。 于是，只要我們匹配了結(jié)構體的首地址，就可以確定各寄存器的具體地址了。

GPIOA_BASE 在前文已解析，是一個代表 GPIOA組寄存器的基地址。“（GPIO_TypeDef *）”在這里的作用則是把 GPIOA_BASE 地址轉(zhuǎn)換為 GPIO_TypeDef結(jié)構體指針類型。有了這樣的宏，以后我們寫代碼的時候，如果要修改GPIO 的寄存器，就可用修改以下代碼的方式來實現(xiàn)。

GPIO_TypeDef * GPIOx; //定義一個 GPIO_TypeDef 型結(jié)構體指針 GPIOx
GPIOx = GPIOA; //把指針地址設置為宏 GPIOA 地址
GPIOx->CRL = 0xffffffff; //通過指針訪問并修改 GPIOA_CRL 寄存器

通過類似的方式，我們就可以給具體的寄存器寫上適當?shù)膮?shù)以控制 STM32 了。這樣我們就可以通過庫函數(shù)實現(xiàn)了GPIO的初始化了。

/**
 * @brief  初始化LED的GPIO
 * @param  None
 * @retval None
 */
void LED_GPIO_Config(void)
{            
        /*定義一個GPIO_InitTypeDef類型的結(jié)構體*/
        GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;


        /*開啟LED的外設時鐘*/
       RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);


        /*設置IO口*/                                                                    
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_Out_PP; //設置引腳模式為通用推挽輸出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz; //設置引腳速率為50MHz


        /*調(diào)用庫函數(shù)，初始化GPIOB0*/
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_0;      //選擇要控制的GPIOB引腳       
        GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);    

        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;/*選擇要控制的引腳*/         
        GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);   

        /*開啟所有l(wèi)ed燈  */
        GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
        GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);       
}

當然啦，上述代碼包含了時鐘的使能。

通過對時鐘和GPIO的分析，我想大家已經(jīng)對固件的邏輯有了一定的認識，從本質(zhì)上講，都是在配置寄存器，只是地址和值不同罷了，而固件庫就是對寄存器配置的封裝，便于開發(fā)者調(diào)用。

當然啦，本文是基于標準庫分析，HAL庫的邏輯也是一樣的，只是HAL功能更完善，封裝更徹底，后面也會詳細分析HAL庫的調(diào)用邏輯。

小貼士

1.assert_param

在STM32的固件庫和提供的例程中，到處都可以見到assert_param()的使用。如果打開任何一個例程中的stm32f10x_conf.h文件，就可以看到實際上assert_param是一個宏定義；在固件庫中，它的作用就是檢測傳遞給函數(shù)的參數(shù)是否是有效的參數(shù)。

所謂有效的參數(shù)是指滿足規(guī)定范圍的參數(shù)，比如某個參數(shù)的取值范圍只能是小于3的正整數(shù)，如果給出的參數(shù)大于3，則這個assert_param()可以在運行的程序調(diào)用到這個函數(shù)時報告錯誤，使程序員可以及時發(fā)現(xiàn)錯誤，而不必等到程序運行結(jié)果的錯誤而大費周折。這是一種常見的軟件技術，可以在調(diào)試階段幫助程序員快速地排除那些明顯的錯誤。它確實在程序的運行上犧牲了效率(但只是在調(diào)試階段)，但在項目的開發(fā)上卻幫助你提高了效率。

當你的項目開發(fā)成功，使用release模式編譯之后，或在stm32f10x_conf.h文件中注釋掉對USE_FULL_ASSERT的宏定義，所有的assert_param()檢驗都消失了，不會影響最終程序的運行效率。在執(zhí)行assert_param()的檢驗時，如果發(fā)現(xiàn)參數(shù)出錯，它會調(diào)用函數(shù)assert_failed()向程序員報告錯誤，在任何一個例程中的main.c中都有這個函數(shù)的模板，如下：

void assert_failed(uint8_t*file, uint32_t line)
{

while (1)
{}
}

你可以按照自己使用的環(huán)境需求，添加適當?shù)恼Z句輸出錯誤的信息提示，或修改這個函數(shù)做出適當?shù)腻e誤處理。

1、STM32F10xD.LIB是DEBUG模式的庫文件。

2、STM32F10xR.LIB是Release模式的庫文件。

3、要選擇DEBUG和RELEASE模式，需要修改stm32f10x_conf.h的內(nèi)容。#define DEBUG 表示DEBUG模式，把該語句注釋掉，則為RELEASE模式。

4、要選擇DEBUG和RELEASE模式，也可以在Options,C/C++,Define里填入DEBUG的預定義。這樣，就不需要修改stm32f10x_conf.h的內(nèi)容。

5、如果把庫加入項目，則不需要將ST的庫源文件加入項目，比較方便。但是，庫的選擇要和DEBUG預定義對應。

2.__I、 __O 、__IO的含義

這是ST庫里面的宏定義，定義如下：

#define     __I     volatile const             /*!< defines 'read only' permissions      */
#define     __O    volatile                  /*!< defines 'write only'permissions     */
#define     __IO   volatile                  /*!

顯然，這三個宏定義都是用來替換成 volatile 和 const 的，所以我們先要了解這兩個關鍵字的作用：

__I ：輸入口。既然是輸入，那么寄存器的值就隨時會外部修改，那就不能進行優(yōu)化，每次都要重新從寄存器中讀取。也不能寫，即只讀，不然就不是輸入而是輸出了。

__O ：輸出口，也不能進行優(yōu)化，不然你連續(xù)兩次輸出相同值，編譯器認為沒改變，就忽略了后面那一次輸出，假如外部在兩次輸出中間修改了值，那就影響輸出。

__IO：輸入輸出口，同上

為什么加下劃線？

原因是：避免命名沖突

一般宏定義都是大寫，但因為這里的字母比較少，所以再添加下劃線來區(qū)分。這樣一般都可以避免命名沖突問題，因為很少人這樣命名，這樣命名的人肯定知道這些是有什么用的。

經(jīng)常寫大工程時，都會發(fā)現(xiàn)老是命名沖突，要不是全局變量沖突，要不就是宏定義沖突，所以我們要盡量避免這些問題，不然出問題了都不知道問題在哪里。