《嵌入式-STM32开发指南》第一部分 入门篇 - 第7章 STM32固件库与STM32Cube产品介绍

自STM32标准库出道以来，备受广大工程师和公司的喜爱，但是，从2013年开始，ST逐渐停止了对标准外设库的更新和维护。目前，ST全力推崇HAL库，STM32Cube就是与HAL库配合使用图形化编程官方IDE。

7.1 STM32库简介

到目前为止，ST有标准外设库(SPL 库)、HAL 库、LL 库 三种。前两者都是常用的库，后面的 LL 库是 ST 最近才添加，随 HAL 源码包一起提供，目前支持的芯片也偏少。各库如下所示：

图1 标准库、HAL 库、LL 库对比.png?imageView2/2/w/1000

其中，SPL 库 和 HAL 库两者相互独立，互不兼容。几种库的比较如下：

图2各个库对比.png?imageView2/2/w/1000

目前几种库对不同芯片的支持情况如下：

图3.png?imageView2/2/w/1000

ST 中文官网上有一篇《STM32库函数性能对比》的文章，其中对比了各种库的性能如下：

图4 ST各库性能对比.png?imageView2/2/w/1000

7.1.1标准外设库简介

标准外设库（Standard Peripherals Library）是对 STM32 芯片的一个完整的封装，包括所有标准器件外设的器件驱动器。这应该是目前使用最多的 ST 库。几乎全部使用 C 语言实现。但是，标准外设库也是针对某一系列芯片而言的，没有可移植性。STM32F1系列的版本停留在3.5.0，这个版本也许是大家最熟悉的版本。

图5标准外设库支持程度.png?imageView2/2/w/1000

标准外设库仍然接近于寄存器操作，主要就是将一些基本的寄存器操作封装成了 C 函数。开发者需要关注所使用的外设是在哪个总线之上，具体寄存器的配置等底层信息。虽然标准外设库对各外设的进行了一次封装，而不是仅仅局限在对寄存器的封装。实现了各外设的基本操作接口。

标准外设库的文件基本架构并不复杂。下图显示了 STM32F10xx 标准外设库文件的基本架构

图6.png?imageView2/2/w/1000

ST 为各系列提供的标准外设库稍微有些区别。例如，STM32F1x 的库和 STM32F3x 的库在文件结构上就有些不同，此外，在内部的实现上也稍微有些区别，这个在具体使用（移植）时，需要注意一下！但是，不同系列之间的差别并不是很大，而且在设计上是相同的。STM32 的标准外设库涵盖以下 3 个抽象级别：

  包含位，位域和寄存器在内的完整的寄存器地址映射
   涵盖所有外围功能（具有公共API的驱动器）的例程和数据结构的集合。
   一组包含所有可用外设的示例，其中包含最常用的开发工具的模板项目。

7.1.2 HAL库简介

HAL是Hardware Abstraction Layer的缩写，中文名：硬件抽象层。HAL库是ST为STM32最新推出的抽象层嵌入式软件。可以说HAL库就是用来取代之前的标准外设库的。相比标准外设库，STM32Cube HAL库表现出更高的抽象整合水平，HAL API集中关注各外设的公共函数功能，这样便于定义一套通用的用户友好的API函数接口，从而可以轻松实现从一个STM32产品移植到另一个不同的STM32系列产品。HAL库是ST未来主推的库，从前年开始ST新出的芯片已经没有STD库了，比如F7系列。目前，HAL库已经支持STM32全线产品。

HAL 库是基于一个非限制性的 BSD 许可协议（Berkeley Software Distribution）而发布的开源代码。 ST 制作的中间件堆栈（USB 主机和设备库，STemWin）带有允许轻松重用的许可模式， 只要是在 ST 公司的 MCU 芯片上使用，库中的中间件(USB 主机/设备库,STemWin)协议栈即被允许随便修改，并可以反复使用。至于基于其它著名的开源解决方案商的中间件（FreeRTOS，FatFs，LwIP和PolarSSL）也都具有友好的用户许可条款。

图7 HAL库支持的中间件.png?imageView2/2/w/1000

目前，结合HAL库，ST对其产品线构建的软件架构如下图所示。

图8 HAL库软件架构.png?imageView2/2/w/1000

7.1.3 LL库简介

LL库（Low Layer）是 ST 最近新增的库，与 HAL 库捆绑发布，文档也是和 HAL 库文档在一起的，比如：在STM32F3x 的 HAL 库说明文档中，ST 新增了LL库这一章节，但是在 F2x 的HAL文档中就没有。

LL 库更接近硬件层，对需要复杂上层协议栈的外设不适用，直接操作寄存器。其支持所有外设。使用方法：

  独立使用，该库完全独立实现，可以完全抛开 HAL 库，只用LL库编程完成。在使用STM32CubeMX生成项目时，直接选LL库即可。如果使用了复杂的外设，例如 USB，则会调用 HAL 库
   混合使用，和 HAL 库结合使用。

目前，CubeMX 在生成项目时，可以选择采用 LL 库。
LL 库文件的命名方式和 HAL 库基本相同。个人感觉，LL 库就是原来的标准外设库移植到 Cube下的新的实现，但是其实现方法更加高效、简洁。使用 LL 库编程和使用标准外设库的方式基本一样，但是确会得到比标准外设库更高的效率。

7.2 STM32Cube简介

ST 为新的标准库注册了一个新商标：STMCube™。并且，ST专门为其开发了配套的桌面软件 STMCubeMX，开发者可以直接使用该软件进行可视化配置，大大节省开发时间。

图9.jpg?imageView2/2/w/1000

这其中就包含了 HAL 库和最近新增的 LL 库。如下图：

图10.png?imageView2/2/w/1000

从上图不难看出，LL 库和 HAL 库两者相互独立，只不过 LL 库更底层。而且，部分 HAL 库会调用LL库（例如：USB驱动）。同样，LL 库也会调用 HAL 库。

用户可以使用 STMCubeMX 直接生成对应芯片的整个项目（目前主流开发工具的项目基本全支持），STMCubeMX 负责给整理各种需要的源码文件。如下所所示。

图11 STM32Cube生成代码过程.png?imageView2/2/w/1000

好了，关于STM32固件库与STM32Cube产品介绍就到这里吧，在虎纹，笔者将带领大家学习如何安装与使用STM32Cube。