CubeMX怎么使用？

一、 HAL库

说到STM32的HAL库，就不得不提STM32CubeMX，其作为一个可视化的配置工具，对于开发者来说，确实大大节省了开发时间。STM32CubeMX就是以HAL库为基础的，且目前仅支持HAL库及LL库！
STM32CubeMX是ST意法半导体近几年主推的STM32芯片图形化配置工具，允许用户使用图形化向导生成C初始化代码，也大大的减轻开发工作和时间，且STM32CubeMX几乎覆盖了STM32全系列芯片。
STM32CubeL4固件包的文件结构如下图所示：

根据HAL库的命名规则，其API可以分为以下三大类：

• 初始化/反初始化函数： HAL_PPP_Init(), HAL_PPP_DeInit()
  
• IO 操作函数： HAL_PPP_Read(), HAL_PPP_Write(),HAL_PPP_Transmit(),
  HAL_PPP_Receive()
  
• 控制函数： HAL_PPP_Set (), HAL_PPP_Get ().
  
• 状态和错误： HAL_PPP_GetState (), HAL_PPP_GetError ().
  
• 回调函数： HAL_PPP_ProcessCpltCallback(), HAL_PPP_ErrorCallback；
  
  

HAL库最大的特点就是对底层进行了抽象。在此结构下，用户代码的处理主要分为三部分：

• 处理外设句柄： HAL库对每个外设抽象成了一个ppp_HandleTypeDef的结构体，ppp外设的所有API函数都是对ppp_HandleTypeDef结构体实例化变量的操作，每个外设/模块实例资源相互独立且都有自己的句柄，用户根据自己需求对相关外设句柄进行处理；
  
• 处理MSP： 用来初始化底层MCU级相关的设备，如GPIOx, Clock, DMA,
  Interrupt等，该部分也是在不同MCU间移植时需要重新实现的部分；
  
• 处理各种回调函数： 当外设或者DMA工作完成后触发中断，该回调函数会在外设中断处理函数或者DMA的中断处理函数中被调用，可以在相应的回调函数中实现用户的控制逻辑。
  
  

二、CubeMX使用

1. GPIO / AFIO配置

下面先看看GPIO / AFIO端口位的基本结构（参考自《SMT32L475VE Reference manual.pdf》）：

从上图来看，每个I / O端口可以自由编程，通过寄存器配置可实现多种输入、输出、复用模式，比如浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入、复用功能输入、开漏输出、推挽输出、复用功能输出等。
简单介绍下各种模式的特点：

• GP（General Purpose）： 作为普通的输入 / 输出引脚使用，比如可以驱动LED、产生PWM、驱动蜂鸣器等，也可以接收来自外部的中断信号或事件；
  
• PP（Push Pull）Output： 推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止，可以由IC控制输出高、低电平；
  
• OD（Open Drain）Output： 输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行，适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般 20ma以内)；
  
• AF（Alternate Function）： 作为内置外设的输入 / 输出引脚使用，比如AF_PP复用推挽输出常用于USART /SPI外设，AF_OU复用开漏输出常用于IIC外设；
  
• PU（Pull Up）： 内部接通上拉电阻，将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平VDD；
  
• PD（Pull Down）： 内部接通下拉电阻，将不确定的信号通过一个电阻嵌位在低电平VSS；
  
• Floating Input： 浮空输入（内部上拉、下拉电阻均不接通），比如用作外部按键输入；
  
• Analog Input： 应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电；
  
  

下面介绍关于GPIO函数

• void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);
  //在stm32f4xx_hal_gpio.c文件中，用来初始化引脚的工作模式，包括具体引脚的工作速度、是否复用模式、上下拉等参数。
  
• void HAL_GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin); //将函数初始化之后的引脚恢复成默认的状态。
  
• 例：HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_1);
  
• GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); //读取引脚的电平状态，函数返回值为0或1。
  
• 例：State = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1);
  
• void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState); //写某个引脚写0或1。
  
• 例：HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET);
  
• void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); //翻转某个引脚的电平状态
  
• 例：HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_1);
  
• HAL_StatusTypeDef HAL_GPIO_LockPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin); //读管脚值并锁定，重置才能改变。
  
• HAL_StatusTypeDef State; State = HAL_GPIO_LockPin(GPIOF, GPIO_PIN_9);
  
• void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin); //外部中断服务函数
  
• 例：HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_1);
  
• void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin); //中断回调函数
  
• 例：HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
  
  

2. CubeMX配置

这里介绍使用STM32CubeMX配置工程的一般步骤：

• 工程初步建立和保存，选择MCU型号，可指定系列、封装、外设数量等条件；
  
• 配置（时钟树）RCC时钟源选择和时钟系统；
  
• 配置GPIO引脚外设功能；
  
• 配置NVIC系统中断；
  
• 生成工程代码；
  
• 编写用户逻辑控制代码；
  
  

下面以控制KEY_LED的工程为例，先打开CubeMX–>File–>New Project 弹出如下的界面，搜索并选择目标芯片STM32L431RC：
下面配置RCC时钟，我的STM32L4板子使用外部高速时钟源HSE的晶振频率为8MHZ，外部高速时钟源HSE选择陶瓷晶振：

配置好了RCC时钟源及时钟引脚，接下来配置时钟树，首先是时钟源HSE的时钟频率配置为8MHZ，接下来就是时钟信号选择和时钟的分频、倍频系数配置了，STM32L431支持的最高频率80MHZ，具体的参数配置如下图所示：

下面开始配置GPIO外设的图形化配置过程，先搜索并配置目标引脚PA5 / PA6 / PA7为输出模式GPIO_Output：

• GPIO output level:  High  默认高电平，low 默认低电平。
  
• GPIO mode: Out Push Pull 推挽输出模式，Open Drain 开漏输出。
  
• GPIO Pull-up/Pull-down：
  如果硬件上已外部上拉或下拉中选择 No pull-up and nopull-down 既不上拉也不下拉。
  如果硬件外部没有上拉，则中选择 Pull-up 内部上拉或 Pull-down 内部下拉。
  
  

下面配置中断线PC1的配置如下图所示：

• GPIO output level:
    External Interrupt Mode with Falling edge trigger detection  下降沿外部中断模式
  External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection  上降沿外部中断模式
    External Interrupt Mode with Rising/Falling edge trigger detection  双边沿外部中断模式
  
• GPIO mode: Out Push Pull 推挽输出模式，Open Drain 开漏输出。
  
• GPIO Pull-up/Pull-down：
  如果硬件上已外部上拉或下拉中选择 No pull-up and nopull-down 既不上拉也不下拉。
  如果硬件外部没有上拉，则中选择 Pull-up 内部上拉或 Pull-down 内部下拉。
  
  

按键均配置为下降沿触发中断模式，接上拉电阻，依旧使用了宏定义别名。
下面配置NVIC中断控制器 外部中断线的使能、优先级分组、抢占优先级、子优先级

GPIO、EXTI、NVIC配置完了，接下来配置工程管理器后就可以生成工程代码了。


STM32CubeMX配置完毕，直接点击右上角的GENERATE CODE即可生成工程代码，生成完成后打开项目，即可直接调用配置的KEIL V5 IDE打开生成的工程，接下来在KEIL MDK中完成用户逻辑代码和回调。
*三、完成回调函数编写


// CoreSrcstm32l4xx_it.c


/**
  * @brief This function handles EXTI line1 interrupt.
  */
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN EXTI1_IRQn 0 */


  /* USER CODE END EXTI1_IRQn 0 */
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_1);
  /* USER CODE BEGIN EXTI1_IRQn 1 */


  /* USER CODE END EXTI1_IRQn 1 */
}


/**
  * @brief  Handle EXTI interrupt request.
  * @param  GPIO_Pin Specifies the port pin connected to corresponding EXTI line.
  * @retval None
  */
void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
{
  /* EXTI line interrupt detected */
  if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)
  {
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);
    HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
  }
}


// stm32l4xx_hal_gpio.c


/**
  * @brief  EXTI line detection callback.
  * @param  GPIO_Pin Specifies the port pin connected to corresponding EXTI line.
  * @retval None
  */
__weak void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(GPIO_Pin);


  /* NOTE: This function should not be modified, when the callback is needed,
           the HAL_GPIO_EXTI_Callback could be implemented in the user file
   */
}
main函数保持默认即可，通过按键KEY1控制LED就完成了。
如果想实现下载后立即执行，需要在下面的对话框中勾选Reset and Run选项：

我们使用KEIL 5编译HAL库的程序编译速度巨慢，因为生成的工程默认是使用ARM Compiler V5（也即ARM GCC）编译的，如果取消Browse Infomation选项可以明显加快编译速度，但取消该选项后就无法实现跳转到某函数或变量的定义与声明了，不便于调试。新版的KEIL MDK V5（可能是V5.21之后的版本吧）支持ARM Compiler V6（也即ARM CLANG），该编译器得益于LLVM和Clang技术可以大大提升编译速度，下面我们选择ARM Compiler V6重新编译，配置界面如下（可参考：Migrate ARM Compiler 5 to ARM Compiler 6）：

如果使用ARM Compiler V6编译器，C语言需要选择gnu99（或gnu11），否则会出现很多编译错误（可能HAL库中使用了一些GNU C语法）