② STM32基础学习-- 开发环境搭建与启动分析

行走的皮卡丘

个人专栏：STM32

发布时间 2022.10.21阅读数 3419 评论数 0

[TOC]

1 搭建STM32的开发环境

1.1 MDK是什么?

我们开发STM32使用HAL或者是3.5标准库函数都是使用keil MDK。后面可以使用VSCODE开发。MDK 即RealView MDK 或MDK-ARM（Microcontroller Development kit），是 ARM 公司收购Keil公司以后，基于uVision界面推出的针对ARM7、ARM9、Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M2、Cortex-M3、Cortex-R4等ARM处理器的嵌入式软件开发工具。MDK-ARM 集成了业内最领先的技术，包括 uVision4 集成开发环境与 RealView 编译器RVCT。支持 ARM7、ARM9 和最新的Cortex-M3/M1/M0 核处理器，自动配置启动代码，集成 Flash 烧写模块，强大的 Simulation 设备模拟，性能分析等功能，与 ARM 之前的工具包 ADS 等相比，RealView 编译器的最新版本可将性能改善超过 20%。

1.2 MDK安装—Keil

1.2.1 安装前先了解注意

1 安装路径为英文路径（不要是中文路径）。
2 系统用户名不能为中文。
3 多个版本MDK（Keil）不要安装在同一目录。
4 MDK5需要加载芯片对应的支持包。

1.2.2 找到keiI软件包安装

鼠标右键选择以管理员权限运行。点击next，直到安装结束。

安装完成后在桌面会出现keil5软件图标:

然后再安装相应的芯片支持包:我们用的是stm32f103所以安装1xx系列的支持包。聖 Keil.STM32F1 xx_DFP.2.0.0.pack

安装注意事项：

安装完MDK之后，MDK会自动从网站下载相关包描述，如果电脑没有连网，或者网速较慢，就会报错。这是没有问题的，直接关闭即可，手动来加载包即可。

关于怎么破J使用，请各位自己百度或者查看提供的文件教程。

1.3 安装芯片加载的包

安装注意事项

基于不同类型的芯片要加载的包可能不一样。

这些包可以直接点击.pack格式的包（如果有）也可以再mdk里面加载，让MDK从keil官网 http://www.keil.com/dd2/pack下载。

2 keil工程搭建

2.1 目录结构管理

2.2 工程结构管理

2.2.1 打开keil5软件，点击project,

创建新的keil5工程

创建新的Project

2.2.2 2 选择芯片型号（stm32f103c8）

2.2.3 管理keil工程内部的目录结构

2.2.4 文件添加

2.3 配置

2.4 最终项目

3 系统架构（中等容量芯片stm32f103c8）

3.1 主系统架构

四个驱动单元 ：
- Cortex-M3内核
- Dcode总线
- Icode总线
- DMA1&DMA2
四个被动单元 ：
- Internel SRAM
- Internel Flash
- FSMC
- AHB到APB桥

3.2 总线框图

STM32 的系统架构图：

3.3 总线介绍

ICode总线（Instruction Code）：

该总线将Cortex™-M3内核的指令总线与闪存指令接口相连接。指令预取在此总线上完成

DCode总线 (Data Code)：

该总线将Cortex™-M3内核的DCode总线与闪存存储器的数据接口相连接(常量加载和调试访问)

系统总线

此总线连接Cortex™-M3内核的系统总线(外设总线)到总线矩阵，总线矩阵协调着内核和DMA间的访问

DMA总线

此总线将DMA的AHB主控接口与总线矩阵相联，总线矩阵协调着CPU的DCode和DMA到SRAM、闪存和外设的访问

总线矩阵

总线矩阵协调内核系统总线和DMA主控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法。在互联型产品中，总线矩阵包含5个驱动部件(CPU的DCode、系统总线、以太网DMA、DMA1总线和DMA2总线)和3个从部件(闪存存储器接口(FLITF)、SRAM和AHB2APB桥)。在其它产品中总线矩阵包含4个驱动部件(CPU的DCode、系统总线、DMA1总线和DMA2总线)和4个被动部件(闪存存储器接口(FLITF)、SRAM、FSMC和AHB2APB桥)。AHB外设通过总线矩阵与系统总线相连，允许DMA访问

AHB/APB桥(APB)

两个AHB/APB桥在AHB和2个APB总线间提供同步连接。APB1操作速度限于36MHz， APB2操作于全速(最高72MHz)。有关连接到每个桥的不同外设的地址映射请参考表1。在每一次复位以后，所有除SRAM 和FLITF以外的外设都被关闭，在使用一个外设之前，必须设置寄存器RCC_AHBENR来打开该外设的时钟

4 存储器结构

程序存储器、数据存储器、寄存器和输入输出端口，被组织在同一个4G的线性地址空间中。可以通过地址的方法访问对应的存储器或寄存器。

5 启动模式

我们使用的stm32f103c8核心板：

boot0	0
boot1	0

启动方式：从内部的Flash中启动存储器映射：

0x0000 0000 —— 0x0800 0000映射的内部Flash

6 启动文件

cl：互联型产品，stm32f105/107系列
vl：超值型产品，stm32f100系列
xl：超高密度产品，stm32f101/103系列

flash容量大小：

ld：小容量产品，小于64KB
md：中等容量度产品，64KB和128KB hd：大容量产品，大于128KB

stm32f103C8 ：选择的启动文件->`startup_stm32f10x_md.s

7 启动文件分析

上电或按下复位按键，从Reset_Handler 开始执行。

; Reset handler
    Reset_Handler PROC
    EXPORT Reset_Handler [WEAK]
    IMPORT main
    IMPORT SystemInit
    LDR R0, =SystemInit
    BLX R0
    LDR R0, =    main
    BX R0
    ENDP

执行的第一个函数：SystemInit

初始化flash接口
初始化设置PLL
初始化设置系统时钟

执行的第二个函数：,main 属于C库函数作用：

完成全局/静态变量的初始化初始化堆栈
库函数的初始化
程序的跳转，进入用户的main函数入口

启动代码

Stack_Size      EQU     0x00000400

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
                ;AREA 伪指令，用于定义一个代码段、数据段、栈...
                ;ALIGN=3 ---> 2^3=8 8字节对齐
                ;STACK 段名
                ;NOINIT：指定此数据段仅仅保留了内存单元
                ;READWRITE属性：指定本段为可读可写，数据段的默认属性为READWRITE
====================================================堆、栈=================================================================
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
                ;SPACE 用来分配一片连续的存储区域并初始化为0
                ;Stack_Mem  表示分配0x400个连续字节，并初始化为0

__initial_sp    ;表示栈顶地址，汇编代码地址标号

; <h> Heap Configuration
;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>

Heap_Size       EQU     0x00000200

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit     ;表示堆空间结束地址
                PRESERVE8
                THUMB
 =================================================中断向量表===============================================================               
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT  __Vectors
                EXPORT  __Vectors_End
                EXPORT  __Vectors_Size

__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
                DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler
                DCD     HardFault_Handler          ; Hard Fault Handler
                DCD     MemManage_Handler          ; MPU Fault Handler
                DCD     BusFault_Handler           ; Bus Fault Handler
                DCD     UsageFault_Handler         ; Usage Fault Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     SVC_Handler                ; SVCall Handler
                DCD     DebugMon_Handler           ; Debug Monitor Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     PendSV_Handler             ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler

                ; External Interrupts
                DCD     WWDG_IRQHandler            ; Window Watchdog
                DCD     PVD_IRQHandler             ; PVD through EXTI Line detect
                DCD     TAMPER_IRQHandler          ; Tamper
                DCD     RTC_IRQHandler             ; RTC
                DCD     FLASH_IRQHandler           ; Flash
                DCD     RCC_IRQHandler             ; RCC
                DCD     EXTI0_IRQHandler           ; EXTI Line 0
                DCD     EXTI1_IRQHandler           ; EXTI Line 1
                DCD     EXTI2_IRQHandler           ; EXTI Line 2
                DCD     EXTI3_IRQHandler           ; EXTI Line 3
                DCD     EXTI4_IRQHandler           ; EXTI Line 4
                DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler   ; DMA1 Channel 1
                DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler   ; DMA1 Channel 2
                DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler   ; DMA1 Channel 3
                DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler   ; DMA1 Channel 4
                DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler   ; DMA1 Channel 5
                DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler   ; DMA1 Channel 6
                DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler   ; DMA1 Channel 7
                DCD     ADC1_2_IRQHandler          ; ADC1 & ADC2
                DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
                DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
                DCD     CAN1_RX1_IRQHandler        ; CAN1 RX1
                DCD     CAN1_SCE_IRQHandler        ; CAN1 SCE
                DCD     EXTI9_5_IRQHandler         ; EXTI Line 9..5
                DCD     TIM1_BRK_IRQHandler        ; TIM1 Break
                DCD     TIM1_UP_IRQHandler         ; TIM1 Update
                DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
                DCD     TIM1_CC_IRQHandler         ; TIM1 Capture Compare
                DCD     TIM2_IRQHandler            ; TIM2
                DCD     TIM3_IRQHandler            ; TIM3
                DCD     TIM4_IRQHandler            ; TIM4
                DCD     I2C1_EV_IRQHandler         ; I2C1 Event
                DCD     I2C1_ER_IRQHandler         ; I2C1 Error
                DCD     I2C2_EV_IRQHandler         ; I2C2 Event
                DCD     I2C2_ER_IRQHandler         ; I2C2 Error
                DCD     SPI1_IRQHandler            ; SPI1
                DCD     SPI2_IRQHandler            ; SPI2
                DCD     USART1_IRQHandler          ; USART1
                DCD     USART2_IRQHandler          ; USART2
                DCD     USART3_IRQHandler          ; USART3
                DCD     EXTI15_10_IRQHandler       ; EXTI Line 15..10
                DCD     RTCAlarm_IRQHandler        ; RTC Alarm through EXTI Line
                DCD     USBWakeUp_IRQHandler       ; USB Wakeup from suspend
                DCD     TIM8_BRK_IRQHandler        ; TIM8 Break
                DCD     TIM8_UP_IRQHandler         ; TIM8 Update
                DCD     TIM8_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM8 Trigger and Commutation
                DCD     TIM8_CC_IRQHandler         ; TIM8 Capture Compare
                DCD     ADC3_IRQHandler            ; ADC3
                DCD     FSMC_IRQHandler            ; FSMC
                DCD     SDIO_IRQHandler            ; SDIO
                DCD     TIM5_IRQHandler            ; TIM5
                DCD     SPI3_IRQHandler            ; SPI3
                DCD     UART4_IRQHandler           ; UART4
                DCD     UART5_IRQHandler           ; UART5
                DCD     TIM6_IRQHandler            ; TIM6
                DCD     TIM7_IRQHandler            ; TIM7
                DCD     DMA2_Channel1_IRQHandler   ; DMA2 Channel1
                DCD     DMA2_Channel2_IRQHandler   ; DMA2 Channel2
                DCD     DMA2_Channel3_IRQHandler   ; DMA2 Channel3
                DCD     DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End

===================================================Reset_Handler=================================================================
; Reset handler
Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                IMPORT  __main
                IMPORT  SystemInit
                LDR     R0, =SystemInit
                BLX     R0               
                LDR     R0, =__main
                BX      R0
                ENDP

8 STM32 开发基础知识

8.1 学习 `位` 操作

学过 C 语言的人都不陌生了，就是对基本类型变量可以在位级别进行操作。C 语言支持如下 6 中位操作:

运算符	含义	运算符	含义
&	按位与	~	取反
\		按位或	<<	左移
^	按位异或	>>	右移

下面我们想着重讲解位操作在单片机开发中的一些实用技巧。

8.1.1 不改变其他位的值的状况下，对某几个位进行设值。

位操作在单片机开发中经常使用，方法就是先对需要设置的位用&操作符进行清零操作，然后用|操作符设值。比如我要改变 GPIOA 的状态,可以先对寄存器的值进行&清零操作。

GPIOA->CRL&=0XFFFFFF0F; //将第 4-7 位清 0

然后再与需要设置的值进行|或运算

GPIOA->CRL|=0X00000040; //设置相应位的值，不改变其他位的值

8.2.2 移位操作提高代码的可读性。

移位操作在单片机开发中也非常重要，下面让我们看看固件库的 GPIO 初始化的函数里面的一行代码

GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);

8.2.3 `~`取反操作使用技巧

SR 寄存器的每一位都代表一个状态，某个时刻我们希望去设置某一位的值为 0，同时其他位都保留为 1，简单的作法是直接给寄存器设置一个值：

TIMx->SR=0xFFF7；

这样的作法设置第 3 位为 0，但是这样的作法同样不好看，并且可读性很差。看看库函数代码中怎样使用的：

TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG;

而 TIM_FLAG 是通过宏定义定义的值：

#define TIM_FLAG_Update ((uint16_t)0x0001)
#define TIM_FLAG_CC1 ((uint16_t)0x0002)

看这个应该很容易明白，可以直接从宏定义中看出 TIM_FLAG_Update 就是设置的第 0 位了，可读性非常强。

8.3 define宏定义

define 是 C 语言中的预处理命令，它用于宏定义，可以提高源代码的可读性，为编程提供方便。常见的格式：

#define 标识符 字符串

“标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。例如：

#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000

8.4 ifdef 条件编译

单片机程序开发过程中，经常会遇到一种情况，当满足某条件时对一组语句进行编译，而当条件不满足时则编译另一组语句。条件编译命令最常见的形式为：

#ifdef 标识符
程序段 1 
#else 
程序段 2 
#endif

它的作用是：当标识符已经被定义过(一般是用#define 命令定义)，则对程序段 1 进行编译，否则编译程序段 2。其中#else 部分也可以没有，即：

#ifdef 
程序段 1 
#endif

这个条件编译在 MDK 里面是用得很多的，在 stm32f10x.h 这个头文件中经常会看到这样的语句：

#ifdef STM32F10X_HD
大容量芯片需要的一些变量定义
#end

8.5 extern 变量申明

C 语言中 extern 可以置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。这里面要注意，对于 extern 申明变量可以多次，但定义只有一次。在我们的代码中你会看到看到这样的语句：

extern u16 USART_RX_STA;

这个语句是申明 USART_RX_STA 变量在其他文件中已经定义了，在这里要使用到。所以，你肯定可以找到在某个地方有变量定义的语句：

u16 USART_RX_STA;

8.6 typedef 类型别名

typedef 用于为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，用来简化变量的定义。typedef 在 MDK 用得最多的就是定义结构体的类型别名和枚举类型了。

struct _GPIO
{
 __IO uint32_t CRL;
 __IO uint32_t CRH;
 …
}

定义了一个结构体 GPIO，这样我们定义变量的方式为：

struct _GPIO GPIOA;//定义结构体变量 GPIOA

但是这样很繁琐，MDK 中有很多这样的结构体变量需要定义。这里我们可以为结体定义一个别名 GPIO_TypeDef，这样我们就可以在其他地方通过别名 GPIO_TypeDef 来定义结构体变量了。方法如下：

typedef struct
{
 __IO uint32_t CRL;
 __IO uint32_t CRH;
…
} GPIO_TypeDef;

Typedef 为结构体定义一个别名 GPIO_TypeDef，这样我们可以通过 GPIO_TypeDef 来定义结构体变量：

GPIO_TypeDef _GPIOA,_GPIOB;

8.7 结构体

经常很多用户提到，他们对结构体使用不是很熟悉，但是 MDK 中太多地方使用结构体以及结构体指针，这让他们一下子摸不着头脑，学习 STM32 的积极性大大降低，其实结构体并不是那么复杂，这里我们稍微提一下结构体的一些知识，还有一些知识我们会在下一节的“寄存器地址名称映射分析”中讲到一些。声明结构体类型：

Struct 结构体名{

成员列表; 

}变量名列表；

在结构体申明的时候可以定义变量，也可以申明之后定义，方法是：

Struct 结构体名字 结构体变量列表 ;

通过使用结构体组合参数，可以提高代码的可读性。

9 代码下载

STM32F103C8T6烧录下载方法大体上有三种，分别为JTAG下载，SWD下载，以及串口下载。

JTAG下载，JTAG全名为Joint Test Action Group，即为联合测试行动小组，是一种国际标准测试协议。JTAG下载是需要依靠烧录器的，标准的JTAG接口是4线的，包括JTMS， JTCK， JTDI， JTDO,它们的功能分别是模式选择，时钟输入，数据输入和数据输出，烧录器上的引脚对应连接到STM32F103C8T6的I/O口分别为PA13,PA14,PA15,PB3，加上接VCC和GND，所以JTAG接口最少需要6个引脚。同时单片机的BOOT0，BOOT1引脚要接地，具体原因在本节后面详述。

SWD下载，SWD全名为Serial Wire Debug，即为串行调试接口。SWD下载是需要依靠烧录器的，SWD接口是2线的，包括SWDIO,SWCLK,它们的功能分别是数据输入输出和时钟输入，烧录器上的引脚对应对应连接到STM32F103C8T6的I/O口分别为PA13,PA14，加上接VCC和GND，所以SWD接口最少需要4个引脚。同时单片机的BOOT0，BOOT1引脚要接地，具体原因在本节后面详述。

串口下载，通过USART进行烧录下载。串口下载是不需要依靠烧录器的，它直接通过安卓线连接电脑和单片机，其中STM32F103C8T6与电脑相连接的串口为USART1，对应的I/O口为PA9(TX),PA10(RX)，一般在开发板上会使用串口下载，简单方便。同时单片机的BOOT0引脚要接高电平，BOOT1引脚要接低电平，具体原因在本节后面详述。

9.1 CH340 串口下载

安装CH340驱动

1.先在电脑安装好CH340的驱动
2.打开STM ISP 下载器MCUISP，并选择好要下载的hex文件

3.将USB 转 TTL下载器（CH340）的TXD、RXD、GND与开发板的RXD、TXD、GND连接好，下载器另一头插电脑
1. 开发板的BOOT0要用跳冒跳到1端

开发板上有两个跳帽来调整BOOT0和BOOT1的状态。跳帽跳到上边是选择1也就是高电平，跳到下边是选择0也就是低电平BOOT0 和 BOOT1 是用于设置 STM32 的启动方式的

9.2 ST-link 下载

ST-Link v2是STM8、STM32系列单片机的在线仿真器和下载器。STM8采用SWIM接口模式。STM32采用的是SWD接口模式，因此ST-Link出生就带有两种接口模式。

ST-Link V2是支持STM32家族所有芯片型号的存在。因为它的独特功能，使得它比jlink ob要全一点，比如H7系列的STM32，ob款就无法支持。

前端（电脑端) USB接口

后端（mcu端）排针接口10根；有5V、3.3V供电

SWD接线 ( for STM32 )：3.3V、GND、SWDIO、SWCLK

1.先安装好ST-Link的驱动，64位的电脑选择amd64.exe的安装程序，一直下一步

2.驱动安装成功

3.将ST-Link V2插入电脑，在设备管理里可以看到ST-Link的串行口，表示驱动没问题
4.将ST-Link V2的SWDIO、GND、SWCLK、3.3V接到开发板的DIO、GND、CLK、3.3引脚上，有些板的丝印标法不同，但都能对应的看出来，然后将ST-Link插电脑上
5.打开keil软件，并打开一个工程，然后打开魔术棒，选择Debug，选择ST-Link Debugger，再点击Settings

6.Port默认是JTAG的，改为SW

7.在Flash Download界面里，首先下载功能的三个勾要勾上，Reset and Run默认是没有勾的，这个是下载后重启单片机并运行程序，所以有时候下载成功了没看到现象，可能是这里没有勾上；点击Add，看手上的开发板是什么型号，手上的是STM32F103C8T6，就找到STM32F10x系列的，选择中容量Med-density，128k的，最后点击确定
8.回到打开魔术棒的界面，点击Utilities，选择ST-Link Debugger，点击OK

9.回到编程界面，先编译一下程序，确保编译通过，然后点击下载选项

*10.看到Verify OK，则表示程序下载成功，开发板LED灯闪烁

STM32 嵌入式 ARM

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行走的皮卡丘

1 搭建STM32的开发环境

1.1 MDK是什么?

1.2 MDK安装—Keil

1.2.1 安装前先了解注意

1.2.2 找到keiI软件包安装

1.3 安装芯片加载的包

2 keil工程搭建

2.1 目录结构管理

2.2 工程结构管理

2.2.1 打开keil5软件，点击project,

2.2.2 2 选择芯片型号（stm32f103c8）

2.2.3 管理keil工程内部的目录结构

2.2.4 文件添加

2.3 配置

2.4 最终项目

3 系统架构（中等容量芯片stm32f103c8）

3.1 主系统架构

3.2 总线框图

3.3 总线介绍

4 存储器结构

5 启动模式

6 启动文件

7 启动文件分析

8 STM32 开发基础知识

8.1 学习 位 操作

8.1.1 不改变其他位的值的状况下，对某几个位进行设值。

8.2.2 移位操作提高代码的可读性。

8.2.3 ~取反操作使用技巧

8.3 define宏定义

8.4 ifdef 条件编译

8.5 extern 变量申明

8.6 typedef 类型别名

8.7 结构体

9 代码下载

9.1 CH340 串口下载

9.2 ST-link 下载

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