请问STM32 HAL库与标准库的区别是什么？

最近笔者开始学习STM32的HAL库，由于以前一直用标准库进行开发，于是发现了HAL库几点好玩的地方，在此分享。


1.句柄
在STM32的标准库中，假设我们要初始化一个外设（这里以USART为例）
我们首先要初始化他们的各个寄存器。在标准库中，这些操作都是利用固件库结构体变量+固件库Init函数实现的：


        USART_InitTypeDef USART_InitStructure;


        USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
        USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
        USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
        USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
        USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;        //收发模式


        USART_Init(USART3, &USART_InitStructure); //初始化串口1


可以看到，要初始化一个串口，需要对六个位置进行赋值，然后引用Init函数，并且USART_InitStructure并不是一个全局结构体变量，而是只在函数内部的局部变量，初始化完成之后，USART_InitStructure就失去了作用。


而在HAL库中，同样是USART初始化结构体变量，我们要定义为全局变量。


UART_HandleTypeDef UART1_Handler;
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右键查看结构体成员


typedef struct
{
          USART_TypeDef                 *Instance;        /*!< UART registers base address        */
          UART_InitTypeDef              Init;             /*!< UART communication parameters      */
          uint8_t                       *pTxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Tx transfer Buffer */
          uint16_t                      TxXferSize;       /*!< UART Tx Transfer size              */
          uint16_t                      TxXferCount;      /*!< UART Tx Transfer Counter           */
          uint8_t                       *pRxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Rx transfer Buffer */
          uint16_t                      RxXferSize;       /*!< UART Rx Transfer size              */
          uint16_t                      RxXferCount;      /*!< UART Rx Transfer Counter           */  
          DMA_HandleTypeDef             *hdmatx;          /*!< UART Tx DMA Handle parameters      */
          DMA_HandleTypeDef             *hdmarx;          /*!< UART Rx DMA Handle parameters      */
          HAL_LockTypeDef               Lock;             /*!< Locking object                     */
          __IO HAL_UART_StateTypeDef    State;            /*!< UART communication state           */
          __IO uint32_t                 ErrorCode;        /*!< UART Error code                    */
}UART_HandleTypeDef;


我们发现，与标准库不同的是，该成员不仅包含了之前标准库就有的六个成员（波特率，数据格式等），还包含过采样、（发送或接收的）数据缓存、数据指针、串口 DMA 相关的变量、各种标志位等等要在整个项目流程中都要设置的各个成员。
该 UART1_Handler 就被称为串口的句柄
它被贯穿整个USART收发的流程，比如开启中断：


HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, (u8 *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE);


比如后面要讲到的MSP与Callback回调函数：


void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);


在这些函数中，只需要调用初始化时定义的句柄UART1_Handler就好。


2.MSP函数
MCU Specific Package 单片机的具体方案
MSP是指和MCU相关的初始化，引用一下正点原子的解释，个人觉得说的很明白：


我们要初始化一个串口，首先要设置和 MCU 无关的东西，例如波特率，奇偶校验，停止
位等，这些参数设置和 MCU 没有任何关系，可以使用 STM32F1，也可以是 STM32F2/F3/F4/F7
上的串口。而一个串口设备它需要一个 MCU 来承载，例如用 STM32F4 来做承载，PA9 做为发
送，PA10 做为接收，MSP 就是要初始化 STM32F4 的 PA9,PA10，配置这两个引脚。所以 HAL
驱动方式的初始化流程就是：HAL_USART_Init()—>HAL_USART_MspInit() ，先初始化与 MCU
无关的串口协议，再初始化与 MCU 相关的串口引脚。在 STM32 的 HAL 驱动中
HAL_PPP_MspInit()作为回调，被 HAL_PPP_Init()函数所调用。当我们需要移植程序到 STM32F1
平台的时候，我们只需要修改 HAL_PPP_MspInit 函数内容而不需要修改 HAL_PPP_Init 入口参
数内容。


在HAL库中，几乎每初始化一个外设就需要设置该外设与单片机之间的联系，比如IO口，是否复用等等，可见，HAL库相对于标准库多了MSP函数之后，移植性非常强，但与此同时却增加了代码量和代码的嵌套层级。可以说各有利弊。


同样，MSP函数又可以配合句柄，达到非常强的移植性：


void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);
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入口参数仅仅需要一个串口句柄，这样有能看出句柄的方便。


3.Callback函数
类似于MSP函数，个人认为Callback函数主要帮助用户应用层的代码编写。
还是以USART为例，在标准库中，串口中断了以后，我们要先在中断中判断是否是接收中断，然后读出数据，顺便清除中断标志位，然后再是对数据的处理，这样如果我们在一个中断函数中写这么多代码，就会显得很混乱：


void USART3_IRQHandler(void)                        //串口1中断服务程序
{
        u8 Res;
        if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
        {
                Res =USART_ReceiveData(USART3);        //读取接收到的数据
                /*数据处理区*/
                }                    
     }
}


而在HAL库中，进入串口中断后，直接由HAL库中断函数进行托管：


void USART1_IRQHandler(void)                       
{
        HAL_UART_IRQHandler(&UART1_Handler);        //调用HAL库中断处理公用函数
        /***************省略无关代码****************/       
}


HAL_UART_IRQHandler这个函数完成了判断是哪个中断（接收？发送？或者其他？），然后读出数据，保存至缓存区，顺便清除中断标志位等等操作。
比如我提前设置了，串口每接收五个字节，我就要对这五个字节进行处理。
在一开始我定义了一个串口接收缓存区：


/*HAL库使用的串口接收缓冲,处理逻辑由HAL库控制，接收完这个数组就会调用HAL_UART_RxCpltCallback进行处理这个数组*/
/*RXBUFFERSIZE=5*/
u8 aRxBuffer[RXBUFFERSIZE];


在初始化中，我在句柄里设置好了缓存区的地址，缓存大小（五个字节）


/*该代码在HAL_UART_Receive_IT函数中，初始化时会引用*/
        huart->pRxBuffPtr = pData;//aRxBuffer
    huart->RxXferSize = Size;//RXBUFFERSIZE
    huart->RxXferCount = Size;//RXBUFFERSIZE


则在接收数据中，每接收完五个字节，HAL_UART_IRQHandler才会执行一次Callback函数：


void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);


在这个Callback回调函数中，我们只需要对这接收到的五个字节（保存在aRxBuffer[]中）进行处理就好了，完全不用再去手动清除标志位等操作。
所以说Callback函数是一个应用层代码的函数，我们在一开始只设置句柄里面的各个参数，然后就等着HAL库把自己安排好的代码送到手中就可以了~


综上，就是HAL库的三个与标准库不同的地方之个人见解。
个人觉得从这三个小点就可以看出HAL库的可移植性之强大，并且用户可以完全不去理会底层各个寄存器的操作，代码也更有逻辑性。但与此带来的是复杂的代码量，极慢的编译速度，略微低下的效率。看怎么取舍了。