摘要：從STM32新建工程、編譯下載程序出發，讓新手由淺入深，盡享STM32標准庫開發的樂趣。
自從CubeMX等圖像配置軟件的出現，同學們往往點幾下鼠標就解決了單片機的配置問題。對於追求開發速度的業務場景下，使用快速配置軟件是合理的，高效的，但對於學生的學習場景下，更為重要的是知其然並知其所以然。
以下是學習（包括但不限於）嵌入式的三個重要內容，
1、學會如何參考官方的手冊和官方的代碼來獨立寫自己的程序。
2、積累常用代碼段，知道哪里的問題需要哪些代碼處理。
3、跟隨大佬步伐，一步一個腳印。
- 首先：我們都知道編程時一般查的是《參考手冊》，而進行芯片選型或需要芯片數據時，查閱的是《數據手冊》。此外市面上所有關於STM32的書籍都是立足於前二者（+Cortex內核手冊）進行編著。
- 其次：要分清什么是內核外設與內核之外的外設，為了便於區分，按照網上的一種說法，將“內核之外的外設”以“處理器外設”代替。
- 再者：如今很少使用標准庫了，都是HAL庫，但作為高校目前教學方式，
我們將以STM32f10xxx為例對標准庫開發進行概覽。
一、STM32 系統結構
STM32f10xxx 系統結構
內核IP
從結構框圖上看，Cortex-M3 內部有若 干個總線接口，以使 CM3 能同時取址和訪內（訪問內存），它們是： 指令存儲區總線（兩條）、系統總線、私有外設總線。有兩條代碼存儲區總線負責對代 碼存儲區（即 FLASH 外設）的訪問，分別是 I-Code 總線和 D-Code 總線。
I-Code 用於取指，D-Code 用於查表等操作，它們按最佳執行速度進行優化。
系統總線（System）用於訪問內存和外設，覆蓋的區域包括 SRAM，片上外設，片外 RAM，片外擴展設備，以及系統級存儲區的部分空間。
私有外設總線負責一部分私有外設的訪問，主要就是訪問調試組件。它們也在系統級 存儲區。
還有一個 MDA 總線，從字面上看，DMA 是 data memory access 的意思，是一種連接內核和外設的橋梁，它可以訪問外設、內存，傳輸不受 CPU 的控制，並且是雙向通信。簡而言之，這個家伙就是一個速度很快的且不受老大控制的數據搬運工。
處理器外設（內核之外的外設）
從結構框圖上看，STM32 的外設有 串口、定時器、IO 口、FSMC、SDIO、SPI、I2C 等，這些外設按 照速度的不同，分別掛載到 AHB、APB2、APB1 這三條總線上。
二、寄存器
什么是寄存器？寄存器是內置於各個 IP 外設中，是一種用於配置外設功能的存儲器，並且有想對應的地址。一切庫的封裝始於映射。
是不是“又臭又長”，如果進行寄存器開發，就需要懟地址以及對寄存器進行字節賦值，不僅效率低而且容易出錯。
來，開個玩笑。
你也許聽說過“國際 C 語言亂碼大賽（IOCCC）”下面這個例子就是網上廣為流傳的 一個經典作品：
#include <stdio.h> main(t,_,a)char *a;{return!0<t?t<3?main(-79,-13,a+main(-87,1-_, main(-86,0,a+1)+a)):1,t<_?main(t+1,_,a):3,main(-94,-27+t,a)&&t==2?_<13? main(2,_+1,"%s %d %d\n"):9:16:t<0?t<-72?main(_,t, "@n'+,#'/*{}w+/w#cdnr/+,{}r/*de}+,/*{*+,/w{%+,/w#q#n+,/#{l+,/n{n+,/+#n+,/#\ ;#q#n+,/+k#;*+,/'r :'d*'3,}{w+K w'K:'+}e#';dq#'l \ q#'+d'K#!/+k#;q#'r}eKK#}w'r}eKK{nl]'/#;#q#n'){)#}w'){){nl]'/+#n';d}rw' i;# \ ){nl]!/n{n#'; r{#w'r nc{nl]'/#{l,+'K {rw' iK{;[{nl]'/w#q#n'wk nw' \ iwk{KK{nl]!/w{%'l##w#' i; :{nl]'/*{q#'ld;r'}{nlwb!/*de}'c \ ;;{nl'-{}rw]'/+,}##'*}#nc,',#nw]'/+kd'+e}+;#'rdq#w! nr'/ ') }+}{rl#'{n' ')# \ }'+}##(!!/") :t<-50?_==*a?putchar(31[a]):main(-65,_,a+1):main((*a=='/')+t,_,a+1) :0<t?main(2,2,"%s"):*a=='/'||main(0,main(-61,*a, "!ek;dc i@bK'(q)-[w]*%n+r3#l,{}:\nuwloca-O;m.vpbks,fxntdCeghiry"),a+1);}
庫的存在就是為了解決這類問題，將代碼語義化。語義化思想不僅僅是嵌入式有的，前端代碼也在追求語義特性。
三、萬物始於點燈
（1）內核庫文件分析
- cor_cm3.h
這個頭文件實現了：1、內核結構體寄存器定義 2、內核寄存器內存映射 3、內存寄存 器位定義。跟處理器相關的頭文件 stm32f10x.h 實現的功能一樣，一個是針對內核的寄存器，一個是針對內核之外，即處理器的寄存器。
- misc.h
內核應用函數庫頭文件，對應 stm32f10x_xxx.h
- misc.c
內核應用函數庫文件，對應 stm32f10x_xxx.c。在 CM3 這個內核里面還有一些功能組 件，如 NVIC、SCB、ITM、MPU、CoreDebug，CM3 帶有非常豐富的功能組件，但是芯片 廠商在設計 MCU 的時候有一些並不是非要不可的，是可裁剪的，比如 MPU、ITM 等在 STM32 里面就沒有。其中 NVIC 在每一個 CM3 內核的單片機中都會有，但都會被裁剪，只能是 CM3 NVIC 的一個子集。在 NVIC 里面還有一個 SysTick，是一個系統定時器，可以提 供時基，一般為操作系統定時器所用。 misc.h 和 mics.c 這兩個文件提供了操作這些組件的函數，並可以在 CM3 內核單片機 直接移植。
（2）處理器外設庫文件分析
- startup_stm32f10x_hd.s
這個是由匯編編寫的啟動文件，是 STM32 上電啟動的第一個程序，啟動文件主要實現 了
- 初始化堆棧指針 SP；
- 設置 PC 指針=Reset_Handler ；
- 設置向量表的地址，並 初始化向量表，向量表里面放的是 STM32 所有中斷函數的入口地址
- 調用庫函數 SystemInit，把系統時鍾配置成 72M，SystemInit 在庫文件 stytem_stm32f10x.c 中定義；
- 跳轉到標號_main，最終去到 C 的世界。
- system_stm32f10x.c
這個文件的作用是里面實現了各種常用的系統時鍾設置函數，有 72M，56M，48， 36，24，8M，我們使用的是是把系統時鍾設置成 72M。
- Stm32f10x.h
這個頭文件非常重要，這個頭文件實現了：1、處理器外設寄存器 的結構體定義 2、處理器外設的內存映射 3、處理器外設寄存器的位定義。
關於 1 和 2 我們在用寄存器點亮 LED 的時候有講解。
其中 3：處理器外設寄存器的位定義，這個非常重要，具體是什么意思？我們知道一個寄存器有很多個位，每個位寫 1 或 者寫 0 的功能都是不一樣的，處理器外設寄存器的位定義就是把外設的每個寄存器的每一 個位寫 1 的 16 進制數定義成一個宏，宏名即用該位的名稱表示，如果我們操作寄存器要開啟某一個功能的話，就不用自己親自去算這個值是多少，可以直接到這個頭文件里面找。
我們以片上外設 ADC 為例，假設我們要啟動 ADC 開始轉換，根據手冊我們知道是要控制 ADC_CR2 寄存器的位 0：ADON，即往位 0 寫 1，即：
ADC->CR2=0x00000001;
這是 一般的操作方法。現在這個頭文件里面有關於 ADON 位的位定義：
#define ADC_CR2_ADON ((uint32_t)0x00000001)
有了這個位定義，我們剛剛的 代碼就變成了：
ADC->CR2=ADC_CR2_ADON
- stm32f10x_xxx.h
外設 xxx 應用函數庫頭文件，這里面主要定義了實現外設某一功能 的結構體，比如通用定時器有很多功能，有定時功能，有輸出比較功能，有輸入捕捉功 能，而通用定時器有非常多的寄存器要實現某一個功能，比如定時功能，我們根本不知道 具體要操作哪些寄存器，這個頭文件就為我們打包好了要實現某一個功能的寄存器，是以機構體的形式定義的，比如通用定時器要實現一個定時的功能，我們只需要初始化 TIM_TimeBaseInitTypeDef 這個結構體里面的成員即可，里面的成員就是定時所需要 操作的寄存器。 有了這個頭文件，我們就知道要實現某個功能需要操作哪些寄存器，然后 再回手冊中精度這些寄存器的說明即可。
- stm32f10x_xxx.c
stm32f10x_xxx.c：外設 xxx 應用函數庫，這里面寫好了操作 xxx 外設的所有常用的函 數，我們使用庫編程的時候，使用的最多的就是這里的函數。
（3）SystemInit
工程中新建main.c 。
在此文件中編寫main函數后直接編譯會報錯：
Undefined symbol SystemInit (referred from startup_stm32f10x_hd.o).
錯誤提示說SystemInit 沒有定義。從分析啟動文件startup_stm32f10x_hd.s時我們知道，
1 ;Reset handler 2 Reset_Handler PROC 3 EXPORT Reset_Handler [WEAK] 4 IMPORT __main 5 ;IMPORT SystemInit 6 ;LDR R0, =SystemInit 7 BLX R0 8 LDR R0, =__main 9 BX R0 10 ENDP
匯編中；分號是注釋的意思
第五行第六行代碼Reset_Handler 調用了SystemInit該函數用來初始化系統時鍾，而該函數是在庫文件system_stm32f10x.c 中實現的。我們重新寫一個這樣的函數也可以，把功能完整實現一遍，但是為了簡單起見，我們在main 文件里面定義一個SystemInit 空函數，為的是騙過編譯器，把這個錯誤去掉。關於配置系統時鍾之后會出文章RCC 時鍾樹詳細介紹，主要配置時鍾控制寄存器(RCC_CR)和時鍾配置寄存器(RCC_CFGR)這兩個寄存器，但最好是直接使用CubeMX直接生成，因為它的配置過程有些冗長。
如果我們用的是庫，那么有個庫函數SystemInit，會幫我們把系統時鍾設置成72M。
現在我們沒有使用庫，那現在時鍾是多少？答案是8M，當外部HSE 沒有開啟或者出現故障的時候，系統時鍾由內部低速時鍾LSI 提供，現在我們是沒有開啟HSE，所以系統默認的時鍾是LSI=8M。
（4）庫封裝層級
如圖，達到第四層級便是我們所熟知的固件庫或HAL庫的效果。當然庫的編寫還需要考慮許多問題，不止於這些內容。我們需要的是了解庫封裝的大概過程。
將庫封裝等級分為四級來介紹是為了有層次感，就像打怪升級一樣，進行認知理解的升級。
我們都知道，操作GPIO輸出分三大步：
時鍾控制：
STM32 外設很多，為了降低功耗，每個外設都對應着一個時鍾，在系統復位的時候這些時鍾都是被關閉的，如果想要外設工作，必須把相應的時鍾打開。
STM32 的所有外設的時鍾由一個專門的外設來管理，叫RCC（reset and clockcontrol），RCC 在STM32 參考手冊的第六章。
STM32 的外設因為速率的不同，分別掛載到三條總系上：AHB、APB2、APB1，AHB為高速總線，APB2 次之，APB1 再次之。所以的IO 口都掛載到APB2 總線上，屬於高速外設。
模式配置：
這個由端口配置寄存器來控制。端口配置寄存器分為高低兩個，每4bit 控制一個IO 口，所以端口配置低寄存器：CRL 控制這IO 口的低8 位，端口配置高寄存器：CRH控制這IO 口的高8bit。在4 位一組的控制位中，CNFy[1:0] 用來控制端口的輸入輸出，MODEy[1:0]用來控制輸出模式的速率，又稱驅動電路的響應速度，注意此處速率與程序無關，具體內容見文章：【嵌入式】GPIO引腳速度、翻轉速度、輸出速度區別輸入有4種模式，輸出有4種模式，我們在控制LED 的時候選擇通用推挽輸出。
輸出速率有三種模式：2M、10M、50M，這里我們選擇2M。
電平控制：
STM32 的IO 口比較復雜，如果要輸出1 和0，則要通過控制：端口輸出數據寄存器ODR 來實現，ODR 是：Output data register 的簡寫，在STM32 里面，其寄存器的命名名稱都是英文的簡寫，很容易記住。從手冊上我們知道ODR 是一個32 位的寄存器，低16位有效，高16 位保留。低16 位對應着IO0~IO16，只要往相應的位置寫入0 或者1 就可以輸出低或者高電平。
第一層級：基地址宏定義
時鍾控制：
在STM32 中，每個外設都有一個起始地址，叫做外設基地址，外設的寄存器就以這個基地址為標准按照順序排列，且每個寄存器32位，（后面作為結構體里面的成員正好內存對齊）。查表看到時鍾由APB2 外設時鍾使能寄存器(RCC_APB2ENR)來控制，其中PB 端口的時鍾由該寄存器的位3 寫1 使能。我們可以通過基地址+偏移量0x18，算出RCC_APB2ENR 的地址為：0x40021018。那么使能PB 口的時鍾代碼則如下所示：
#define RCC_APB2ENR *(volatile unsigned long *)0x40021018 // 開啟端口B 時鍾 RCC_APB2ENR |= 1<<3;
模式配置：
同RCC_APB2ENR 一樣，GPIOB 的起始地址是：0X4001 0C00，我們也可以算出GPIO_CRL 的地址為：0x40010C00。那么設置PB0 為通用推挽輸出，輸出速率為2M 的代碼則如下所示：
同上，從手冊中我們看到ODR 寄存器的地址偏移是：0CH，可以算出GPIOB_ODR 寄存器的地址是：0X4001 0C00 + 0X0C = 0X4001 0C0C。現在我們就可以定義GPIOB_ODR 這個寄存器了，代碼如下：
#define GPIOB_ODR *(volatile unsigned long *)0x40010C0C //PB0 輸出低電平 GPIOB_ODR = 0<<0;
第一層級：基地址宏定義完成用STM32 控制一個LED 的完整代碼：
1 #define RCC_APB2ENR *(volatile unsigned long *)0x40021018 2 #define GPIOB_CRL *(volatile unsigned long *)0x40010C00 3 #define GPIOB_ODR *(volatile unsigned long *)0x40010C0C 45 int main(void) 6 { 7 // 開啟端口B 的時鍾 8 RCC_APB2ENR |= 1<<3; 9 10 // 配置PB0 為通用推挽輸出模式，速率為2M 11 GPIOB_CRL = (2<<0) | (0<<2); 12 13 // PB0 輸出低電平，點亮LED 14 GPIOB_ODR = 0<<0; 15 } 16 17 void SystemInit(void) 18 { 19 }
第二層級：基地址宏定義+結構體封裝
外設寄存器結構體封裝
上面我們在操作寄存器的時候，操作的是寄存器的絕對地址，如果每個寄存器都這樣操作，那將非常麻煩。我們考慮到外設寄存器的地址都是基於外設基地址的偏移地址，都是在外設基地址上逐個連續遞增的，每個寄存器占 32 個或者 16 個字節，這種方式跟結構體里面的成員類似。所以我們可以定義一種外設結構體，結構體的地址等於外設的基地址，結構體的成員等於寄存器，成員的排列順序跟寄存器的順序一樣。這樣我們操作寄存器的時候就不用每次都找到絕對地址，只要知道外設的基地址就可以操作外設的全部寄存器，即操作結構體的成員即可。
下面我們先定義一個 GPIO 寄存器結構體，結構體里面的成員是 GPIO 的寄存器，成員的順序按照寄存器的偏移地址從低到高排列，成員類型跟寄存器類型一樣。（struct用法參考【C語言】（2）:關鍵字的詳細介紹）
1 typedef struct { 2 volatile uint32_t CRL; 3 volatile uint32_t CRH; 4 volatile uint32_t IDR; 5 volatile uint32_t ODR; 6 volatile uint32_t BSRR; 7 volatile uint32_t BRR; 8 volatile uint32_t LCKR; 9 } GPIO_TypeDef;
在《STM32 中文參考手冊》8.2 寄存器描述章節，我們可以找到結構體里面的7 個寄存器描述。在點亮LED 的時候我們只用了CRL 和ODR 這兩個寄存器，至於其他寄存器的功能大家可以自行看手冊了解。
在GPIO 結構體里面我們用了兩個數據類型，一個是uint32_t，表示無符號的32 位整型，因為GPIO 的寄存器都是32 位的。這個類型聲明在標准頭文件stdint.h 里面使用typedef對unsigned int重命名，我們在程序上只要包含這個頭文件即可。
另外一個是volatile（volatile用法參考【C語言】（2）:關鍵字的詳細介紹），作用就是告訴編譯器這里的變量會變化不因優化而省略此指令，必須每次都直接讀寫其值，這樣就能確保每次讀或者寫寄存器都真正執行到位。
外設封裝
STM32F1 系列的GPIO 端口分A~G，即GPIOA、GPIOB。。。。。。GPIOG。每個端口都含有GPIO_TypeDef 結構體里面的寄存器，我們可以根據手冊各個端口的基地址把GPIO 的各個端口定義成一個GPIO_TypeDef 類型指針，然后我們就可以根據端口名（實際上現在是結構體指針了）來操作各個端口的寄存器，代碼實現如下：
1 #define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) 0X4001 0800) 2 #define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) 0X4001 0C00) 3 #define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) 0X4001 1000) 4 #define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) 0X4001 1400) 5 #define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) 0X4001 1800) 6 #define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) 0X4001 1C00) 7 #define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) 0X4001 2000)
外設內存映射
講到基地址的時候我們再引人一個知識點：Cortex-M3 存儲器系統，這個知識點在《Cortex-M3 權威指南》第5 章里面講到。CM3 的地址空間是4GB，如下圖所示：
我們這里要講的是片上外設，就是我們所說的寄存器的根據地，其大小總共有512MB，512MB 是其極限空間，並不是每個單片機都用得完，實際上各個MCU 廠商都只是用了一部分而已。STM32F1 系列用到了：0x4000 0000 ~0x5003 FFFF。現在我們說的STM32 的寄存器就是位於這個區域
- APB1、APB2、AHB 總線基地址
現在我們說的STM32 的寄存器就是位於這個區域，這里面ST 設計了三條總線：AHB、APB2 和APB1，其中AHB 和APB2 是高速總線，APB1 是低速總線。不同的外設根據速度不同分別掛載到這三條總線上。從下往上依次是：APB1、APB2、AHB，每個總線對應的地址分別是：APB1：0x40000000，APB2：0x4001 0000，AHB：0x4001 8000。
這三條總線的基地址我們是從《STM32 中文參考手冊》2.3 小節—存儲器映像得到的：APB1 的基地址是TIM2 定時器的起始地址，APB2 的基地址是AFIO 的起始地址，AHB 的基地址是SDIO 的起始地址。其中APB1 地址又叫做外設基地址，是所有外設的基地址，叫做PERIPH_BASE。
現在我們把這三條總線地址用宏定義出來，以后我們在定義其他外設基地址的時候，只需要在這三條總線的基址上加上偏移地址即可，代碼如下：
1 #define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000) 2 #define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE 3 #define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000) 4 #define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x20000)
- GPIO 端口基地址
因為GPIO 掛載到APB2 總線上，那么現在我們就可以根據APB2 的基址算出各個GPIO 端口的基地址，用宏定義實現代碼如下：
1 #define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
2 #define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
3 #define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
4 #define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
5 #define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
6 #define GPIOF_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
7 #define GPIOG_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)第二層級：基地址宏定義+結構體封裝完成用STM32 控制一個LED 的完整代碼：
1 #include <stdint.h> 2 #define __IO volatile 3 4typedef struct { 5 __IO uint32_t CRL; 6 __IO uint32_t CRH; 7 __IO uint32_t IDR; 8 __IO uint32_t ODR; 9 __IO uint32_t BSRR; 10 __IO uint32_t BRR; 11 __IO uint32_t LCKR; 12 } GPIO_TypeDef; 13 14 typedef struct { 15 __IO uint32_t CR; 16 __IO uint32_t CFGR; 17 __IO uint32_t CIR; 18 __IO uint32_t APB2RSTR; 19 __IO uint32_t APB1RSTR; 20 __IO uint32_t AHBENR; 21 __IO uint32_t APB2ENR; 22 __IO uint32_t APB1ENR; 23 __IO uint32_t BDCR; 24 __IO uint32_t CSR; 25 } RCC_TypeDef; 26 27 #define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000) 28 29 #define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE 30 #define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000) 31 #define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x20000) 32 33 #define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800) 34 #define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00) 35 #define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000) 36 #define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1400) 37 #define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1800) 38 #define GPIOF_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00) 39 #define GPIOG_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x2000) 40 #define RCC_BASE (AHBPERIPH_BASE + 0x1000) 41 42 #define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE) 43 #define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE) 44 #define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE) 45 #define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE) 46 #define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE) 47 #define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE) 48 #define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE) 49 #define RCC ((RCC_TypeDef *) RCC_BASE) 50 51 52 #define RCC_APB2ENR *(volatile unsigned long *)0x40021018 53 #define GPIOB_CRL *(volatile unsigned long *)0x40010C00 54 #define GPIOB_ODR *(volatile unsigned long *)0x40010C0C 55 56 int main(void) 57 { 58 // 開啟端口B 的時鍾 59 RCC->APB2ENR |= 1<<3; 60 61 // 配置PB0 為通用推挽輸出模式，速率為2M 62 GPIOB->CRL = (2<<0) | (0<<2); 63 64 // PB0 輸出低電平，點亮LED 65 GPIOB->ODR = 0<<0; 66 67 } 68 69 void SystemInit(void) 70 { 71 }
第二層級變化：
①、定義一個外設（GPIO）寄存器結構體，結構體的成員包含該外設的所有寄存器，成員的排列順序跟寄存器偏移地址一樣，成員的數據類型跟寄存器的一樣。
②外設內存映射，即把地址跟外設建立起一一對應的關系。
③外設聲明，即把外設的名字定義成一個外設寄存器結構體類型的指針。
④通過結構體操作寄存器，實現點亮LED。
第三層級：基地址宏定義+結構體封裝+“位封裝”（每一位的對應字節封裝）
上面我們在控制GPIO 輸出內容的時候控制的是ODR（Output data register）寄存器，ODR 是一個16 位的寄存器，必須以字的形式控制其實我們還可以控制BSRR 和BRR 這兩個寄存器來控制IO 的電平，下面我們簡單介紹下BRR 寄存器的功能，BSRR 自行看手冊研究。
位清除寄存器BRR 只能實現位清0 操作，是一個32 位寄存器，低16 位有效，寫0 沒影響，寫1 清0。現在我們要使PB0 輸出低電平，點亮LED，則只要往BRR 的BR0 位寫1 即可，其他位為0，代碼如下：
1 GPIOB->BRR = 0X0001;
這時PB0 就輸出了低電平，LED 就被點亮了。
如果要PB2 輸出低電平，則是：
1 GPIOB->BRR = 0X0004;
如果要PB3/4/5/6。。。。。。這些IO 輸出低電平呢？道理是一樣的，只要往BRR 的相應位置賦不同的值即可。因為BRR 是一個16 位的寄存器，位數比較多，賦值的時候容易出錯，而且從賦值的16 進制數字我們很難清楚的知道控制的是哪個IO。這時，我們是否可以把BRR 的每個位置1 都用宏定義來實現，如GPIO_Pin_0 就表示0X0001，GPIO_Pin_2 就表示0X0004。只要我們定義一次，以后都可以使用，而且還見名知意。“位封裝”（每一位的對應字節封裝） 代碼如下：
1 #define GPIO_Pin_0 ((uint16_t)0x0001) /*!< Pin 0 selected */ 2 #define GPIO_Pin_1 ((uint16_t)0x0002) /*!< Pin 1 selected */ 3 #define GPIO_Pin_2 ((uint16_t)0x0004) /*!< Pin 2 selected */ 4 #define GPIO_Pin_3 ((uint16_t)0x0008) /*!< Pin 3 selected */ 5 #define GPIO_Pin_4 ((uint16_t)0x0010) /*!< Pin 4 selected */ 6 #define GPIO_Pin_5 ((uint16_t)0x0020) /*!< Pin 5 selected */ 7 #define GPIO_Pin_6 ((uint16_t)0x0040) /*!< Pin 6 selected */ 8 #define GPIO_Pin_7 ((uint16_t)0x0080) /*!< Pin 7 selected */ 9 #define GPIO_Pin_8 ((uint16_t)0x0100) /*!< Pin 8 selected */ 10 #define GPIO_Pin_9 ((uint16_t)0x0200) /*!< Pin 9 selected */ 11 #define GPIO_Pin_10 ((uint16_t)0x0400) /*!< Pin 10 selected */ 12 #define GPIO_Pin_11 ((uint16_t)0x0800) /*!< Pin 11 selected */ 13 #define GPIO_Pin_12 ((uint16_t)0x1000) /*!< Pin 12 selected */ 14 #define GPIO_Pin_13 ((uint16_t)0x2000) /*!< Pin 13 selected */ 15 #define GPIO_Pin_14 ((uint16_t)0x4000) /*!< Pin 14 selected */ 16 #define GPIO_Pin_15 ((uint16_t)0x8000) /*!< Pin 15 selected */ 17 #define GPIO_Pin_All ((uint16_t)0xFFFF) /*!< All pins selected */
這時PB0 就輸出了低電平的代碼就變成了：
1 GPIOB->BRR = GPIO_Pin_0;
（如果同時讓PB0/PB15輸出低電平，用或運算，代碼：
1 GPIOB->BRR = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_15;
為了不使main 函數看起來冗余，上述庫封裝 的代碼不應該放在main 里面，因為其是跟GPIO 相關的，我們可以把這些宏放在一個單獨的頭文件里面。
在工程目錄下新建stm32f10x_gpio.h，把封裝代碼放里面，然后把這個文件添加到工程里面。這時我們只需要在main.c 里面包含這個頭文件即可。
第四層級：基地址宏定義+結構體封裝+“位封裝”+函數封裝
我們點亮LED 的時候，控制的是PB0 這個IO，如果LED 接到的是其他IO，我們就需要把GPIOB 修改成其他的端口，其實這樣修改起來也很快很方便。但是為了提高程序的可讀性和可移植性，我們是否可以編寫一個專門的函數用來復位GPIO 的某個位，這個函數有兩個形參，一個是GPIOX（X=A...G），另外一個是GPIO_Pin（0...15），函數的主體則是根據形參GPIOX 和GPIO_Pin 來控制BRR 寄存器，代碼如下：
1 void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) 2 { 3 GPIOx->BRR = GPIO_Pin; 4 }
這時，PB0 輸出低電平，點亮LED 的代碼就變成了：
1 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
同理， 我們可以控制BSRR 這個寄存器來實現關閉LED，代碼如下：
1 // GPIO 端口置位函數 2 void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) 3 { 4 GPIOx->BSRR = GPIO_Pin; 5 }
這時，PB0 輸出高電平，關閉LED 的代碼就變成了：
1 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
同樣，因為這個函數是控制GPIO 的函數，我們可以新建一個專門的文件來放跟gpio有關的函數。
在工程目錄下新建stm32f10x_gpio.c，把GPIO 相關的函數放里面。這時我們是否發現剛剛新建了一個頭文件stm32f10x_gpio.h，這兩個文件存放的都是跟外設GPIO 相關的。C 文件里面的函數會用到h 頭文件里面的定義，這兩個文件是相輔相成的，故我們在stm32f10x_gpio.c 文件中也包含stm32f10x_gpio.h 這個頭文件。別忘了把stm32f10x.h 這個頭文件也包含進去，因為有關寄存器的所有定義都在這個頭文件里面。
如果我們寫其他外設的函數，我們也應該跟GPIO 一樣，新建兩個文件專門來存函數，比如RCC 這個外設我們可以新建stm32f10x_rcc.c 和stm32f10x_rcc.h。其他外依葫蘆畫瓢即可。
（5）實例編寫
以上，是對庫封住過程的概述，下面我們正在地使用庫函數編寫LED程序
①管理庫的頭文件
當我們開始調用庫函數寫代碼的時候，有些庫我們不需要，在編譯的時候可以不編譯，可以通過一個總的頭文件stm32f10x_conf.h 來控制，該頭文件主要代碼如下：
1 //#include "stm32f10x_adc.h" 2 //#include "stm32f10x_bkp.h" 3 //#include "stm32f10x_can.h" 4 //#include "stm32f10x_cec.h" 5 //#include "stm32f10x_crc.h" 6 //#include "stm32f10x_dac.h" 7 //#include "stm32f10x_dbgmcu.h" 8 //#include "stm32f10x_dma.h" 9 //#include "stm32f10x_exti.h" 10 //#include "stm32f10x_flash.h" 11 //#include "stm32f10x_fsmc.h" 12 #include "stm32f10x_gpio.h" 13 //#include "stm32f10x_i2c.h" 14 //#include "stm32f10x_iwdg.h" 15 //#include "stm32f10x_pwr.h" 16 #include "stm32f10x_rcc.h" 17 //#include "stm32f10x_rtc.h" 18 //#include "stm32f10x_sdio.h" 19 //#include "stm32f10x_spi.h" 20 //#include "stm32f10x_tim.h" 21 //#include "stm32f10x_usart.h" 22 //#include "stm32f10x_wwdg.h" 23 //#include "misc.h"
這里面包含了全部外設的頭文件，點亮一個LED 我們只需要RCC 和GPIO 這兩個外設的庫函數即可，其中RCC 控制的是時鍾，GPIO 控制的具體的IO 口。所以其他外設庫函數的頭文件我們注釋掉，當我們需要的時候就把相應頭文件的注釋去掉即可。
stm32f10x_conf.h 這個頭文件在stm32f10x.h 這個頭文件的最后面被包含，在第8296行：
1 #ifdef USE_STDPERIPH_DRIVER 2 #include "stm32f10x_conf.h" 3 #endif
代碼的意思是，如果定義了USE_STDPERIPH_DRIVER 這個宏的話，就包含stm32f10x_conf.h 這個頭文件。我們在新建工程的時候，在魔術棒選項卡C/C++中，我們定義了USE_STDPERIPH_DRIVER 這個宏，所以stm32f10x_conf.h 這個頭文件就被stm32f10x.h 包含了，我們在寫程序的時候只需要調用一個頭文件：stm32f10x.h 即可。（預處理指令詳細內容會在【C語言】的文章中提到）
②編寫LED 初始化函數
經過寄存器點亮LED 的操作，我們知道操作一個GPIO 輸出的編程要點大概如下：
1、開啟GPIO 的端口時鍾
2、選擇要具體控制的IO 口，即pin
3、選擇IO 口輸出的速率，即speed
4、選擇IO 口輸出的模式，即mode
5、輸出高/低電平
STM32 的時鍾功能非常豐富，配置靈活，為了降低功耗，每個外設的時鍾都可以獨自的關閉和開啟。STM32 中跟時鍾有關的功能都由RCC 這個外設控制，RCC 中有三個寄存器控制着所以外設時鍾的開啟和關閉：RCC_APHENR、RCC_APB2ENR 和RCC_APB1ENR，AHB、APB2 和APB1 代表着三條總線，所有的外設都是掛載到這三條總線上，GPIO 屬於高速的外設，掛載到APB2 總線上，所以其時鍾有RCC_APB2ENR 控制。
GPIO 時鍾控制
固件庫函數：RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE)函數的
原型為：
1 void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState) 2 { 3 /* Check the parameters */ 4 assert_param(IS_RCC_APB2_PERIPH(RCC_APB2Periph)); 5 assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState)); 6 if (NewState != DISABLE) { 7 RCC->APB2ENR |= RCC_APB2Periph; 8 } else { 9 RCC->APB2ENR &= ~RCC_APB2Periph; 10 } 11 }
當程序編譯一次之后，把光標定位到函數/變量/宏定義處，按鍵盤的F12 或鼠標右鍵的Go to definition of，就可以找到原型。固件庫的底層操作的就是RCC 外設的APB2ENR這個寄存器，宏RCC_APB2Periph_GPIOB 的原型是：0x00000008，即（1<<3），還原成存器操作就是：RCC->APB2ENR |= 1<<<3。相比固件庫操作，寄存器操作的代碼可讀性就很差，只有才查閱寄存器配置才知道具體代碼的功能，而固件庫操作恰好相反，見名知意。
GPIO 端口配置
GPIO 的pin，速度，模式，都由GPIO 的端口配置寄存器來控制，其中IO0~IO7 由端口配置低寄存器CRL 控制，IO8~IO15 由端口配置高寄存器CRH 配置。固件庫把端口配置的pin，速度和模式封裝成一個結構體：
1 typedef struct { 2 uint16_t GPIO_Pin; 3 GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; 4 GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; 5 } GPIO_InitTypeDef;
pin 可以是GPIO_Pin_0~GPIO_Pin_15 或者是GPIO_Pin_All，這些都是庫預先定義好的宏。speed 也被封裝成一個結構體：
1 typedef enum { 2 GPIO_Speed_10MHz = 1, 3 GPIO_Speed_2MHz, 4 GPIO_Speed_50MHz 5 } GPIOSpeed_TypeDef;
速度可以是10M，2M 或者50M，這個由端口配置寄存器的MODE 位控制，速度是針對IO 口輸出的時候而言，在輸入的時候可以不用設置。mode 也被封裝成一個結構體：
1 typedef enum { 2 GPIO_Mode_AIN = 0x0, // 模擬輸入 3 GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, // 浮空輸入（復位后的狀態） 4 GPIO_Mode_IPD = 0x28, // 下拉輸入 5 GPIO_Mode_IPU = 0x48, // 上拉輸入 6 GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, // 通用開漏輸出 7 GPIO_Mode_Out_PP = 0x10, // 通用推挽輸出 8 GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, // 復用開漏輸出 9 GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 // 復用推挽輸出 10 } GPIOMode_TypeDef;
IO 口的模式有8 種，輸入輸出各4 種，由端口配置寄存器的CNF 配置。平時用的最多的就是通用推挽輸出，可以輸出高低電平，驅動能力大，一般用於接數字器件。至於剩下的七種模式的用法和電路原理，我們在后面的GPIO 章節再詳細講解。
最終用固件庫實現就變成這樣：
1 // 定義一個GPIO_InitTypeDef 類型的結構體 2 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 3 4// 選擇要控制的IO 口 5 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; 6 7// 設置引腳為推挽輸出 8 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 9 10 // 設置引腳速率為50MHz 11 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; 12 13 /*調用庫函數，初始化GPIOB0*/ 14 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
倘若同一端口下不同引腳有不同的模式配置，每次對每個引腳配置完成后都要調用GPIO初始化函數，代碼如下：
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15 ; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉輸入 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 ; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO 輸出控制
GPIO 輸出控制，可以通過端口數據輸出寄存器ODR、端口位設置/清除寄存器BSRR和端口位清除寄存器BRR 這三個來控制。端口輸出寄存器ODR 是一個32 位的寄存器，低16 位有效，對應着IO0~IO15，只能以字的形式操作，一般使用寄存器操作。
// PB0 輸出高電平，點亮LED GPIOB->ODR = 1<<0;
端口位清除寄存器BRR 是一個32 位的寄存器，低十六位有效，對應着IO0~IO15，只能以字的形式操作，可以單獨對某一個位操作，寫1 清0。
// PB0 輸出低電平，點亮LED GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
BSRR 是一個32 位的寄存器，低16 位用於置位，寫1 有效，高16 位用於復位，寫1有效，相當於BRR 寄存器。高16 位我們一般不用，而是操作BRR 這個寄存器，所以BSRR 這個寄存器一般用來置位操作。
// PB0 輸出高電平，熄滅LED GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
綜上：固件庫LED GPIO 初始化函數
1 void LED_GPIO_Config(void) 2 { 3 // 定義一個GPIO_InitTypeDef 類型的結構體 4 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 5 6// 開啟GPIOB 的時鍾 7 RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 8 9// 選擇要控制的IO 口 10 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; 11 12 // 設置引腳為推挽輸出 13 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 14 15 // 設置引腳速率為50MHz 16 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 17 18 /*調用庫函數，初始化GPIOB0*/ 19 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 20 21 // 關閉LED 22 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); 23 }
主函數
1 #include "stm32f10x.h" 2 3 void SOFT_Delay(__IO uint32_t nCount); 4 void LED_GPIO_Config(void); 5 6int main(void) 7 { 8 // 程序來到main 函數之前，啟動文件：statup_stm32f10x_hd.s 已經調用 9 // SystemInit()函數把系統時鍾初始化成72MHZ 10 // SystemInit()在system_stm32f10x.c 中定義 11 // 如果用戶想修改系統時鍾，可自行編寫程序修改 12 13 LED_GPIO_Config(); 14 15 while ( 1 ) { 16 // 點亮LED 17 GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); 18 Time_Delay(0x0FFFFF); 19 20 // 熄滅LED 21 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); 22 Time_Delay(0x0FFFFF); 23 } 24 } 25// 簡陋的軟件延時函數 26 void Time_Delay(volatile uint32_t Count) 27 { 28 for (; Count != 0; Count--); 29 }
注意void Time_Delay(volatile uint32_t Count)只是一個簡陋的軟件延時函數，如果小伙伴們有興趣可以看一看MultiTimer，它是一個軟件定時器擴展模塊，可無限擴展所需的定時器任務，取代傳統的標志位判斷方式， 更優雅更便捷地管理程序的時間觸發時序。
本文分享自華為雲社區《【嵌入式】層層遞進，了解庫開發》，原文作者：LongYorke。