很久之前就聽說st出了一個新版本的庫，用於代替原來的標準庫，非常好奇，但是一直沒有機會去體驗。這次藉著做畢設的機會，嘗試著切換到新庫。

官網介紹說，hal（hardware abstract layer）是一層硬體的抽象，看到這裡，我非常激動，看來st終於意識到原來標準庫的問題了，原來的標準庫非常依賴於具體硬體細節，很難體現出使用庫的優勢，而且很難移植。同時我也非常好奇，st到底是如何把不同系列mcu的操作給封裝起來的，是不是足夠抽象，方便移植。

話不多說，直接上官網下下來再說。

上圖就是hal庫的全部內容，其中STM32F1xx_HAL_Driver中屬於hal庫的內容。

拿到庫第一步需要做的就是配置一個簡單的hello world，我在配置的時候，出現了非常多的問題。最開始非常自信，只從資料夾裡挑選自認為有用的檔案加入到工程中，結果出現了各種問題，裡面各種庫的依賴關係比較複雜，如果不是很熟悉整個架構的話，還是老老實實拷貝整個資料夾吧。

配置之前，首先要了解一下整個庫的框架，官方給的框架圖如下：

個人認為這幅圖和我理解的有些許出入，故重新畫了一張：

有幾點區別：

• cmsis我放在了驅動層的最底層，因為cmsis庫中包含的內容都是和具體cpu核心相關的東西，還有一些地址定義，這些都是非常底層的東西了，而且hal層確實是依賴於cmsis。
• hal底層我增加了一層msp，類似於bsp，全稱是mcu support package，這一層相當於hal的驅動層，與硬體相關的部分比如最終的時鐘配置，gpio配置等等提取出來，交給使用者配置。

瞭解了架構，下面我們就來配置一個簡單的工程吧。

1. 首先拷貝整個Driver目錄到工程中。
2. 新建user資料夾，新建main.c檔案。
   找到stm32f1xx_hal_conf_template.h,stm32f1xx_hal_msp_template.c，去掉"_template"放入user資料夾。
   找到stm32f1xx_it.c和stm32f1xx_it.h放入user資料夾。
3. 新建工程
   新增原始檔：

配置工程：

• 勾選Use MicroLib，因為hal使用了c標準庫。

• 新增全域性巨集定義：USE_HAL_DRIVER,STM32F103xB。關於晶片選擇，有如下表格：

  
  捕獲1.PNG
• 勾選c99支援，因為hal採用的是c99標準編寫，不勾選的話，會出現類似於uint32_t等型別不存在的編譯錯誤。
• 新增包含目錄，如下圖：

4.編寫程式碼：

配置stm32f1xx_hal_conf.h：
這裡面有許多用於配置的巨集，比如用於精準延時的晶振頻率，還有各個外設模組的開關等等。

main.c

#include "stm32f1xx_hal.h"
int main()
{
    HAL_Init();
    
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    
    GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
    gpio_initstruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    gpio_initstruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    gpio_initstruct.Pull=GPIO_NOPULL;
    gpio_initstruct.Pin=GPIO_PIN_13;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC,&gpio_initstruct);

    while(1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
        HAL_Delay(150);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
        HAL_Delay(1000);
    }
    return 0;
}

stm32f1xx_hal_msp.c

#include "stm32f1xx_hal.h"
void SystemClock_Config(void);
void HAL_MspInit(void)
{
    SystemClock_Config();
}
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_ClkInitTypeDef clkinitstruct = {0};
  RCC_OscInitTypeDef oscinitstruct = {0};
  
  /* Configure PLL ------------------------------------------------------*/
  /* PLL configuration: PLLCLK = (HSI / 2) * PLLMUL = (8 / 2) * 16 = 64 MHz */
  /* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLLCLK / HSEPredivValue = 64 / 1 = 64 MHz */
  /* Enable HSI and activate PLL with HSi_DIV2 as source */
  oscinitstruct.OscillatorType  = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;//RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  oscinitstruct.HSEState        = RCC_HSE_ON;//RCC_HSE_OFF;
  oscinitstruct.LSEState        = RCC_LSE_OFF;
  oscinitstruct.HSIState        = RCC_HSI_OFF;//RCC_HSI_ON;
  oscinitstruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  oscinitstruct.HSEPredivValue    = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  oscinitstruct.PLL.PLLState    = RCC_PLL_ON;
  oscinitstruct.PLL.PLLSource   = RCC_PLLSOURCE_HSE;//RCC_PLLSOURCE_HSI_DIV2;
  oscinitstruct.PLL.PLLMUL      = RCC_PLL_MUL9;//RCC_PLL_MUL16;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&oscinitstruct)!= HAL_OK)
  {
    /* Initialization Error */
    while(1); 
  }

  /* Select PLL as system clock source and configure the HCLK, PCLK1 and PCLK2 
     clocks dividers */
  clkinitstruct.ClockType = (RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
  clkinitstruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  clkinitstruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  clkinitstruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  clkinitstruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;  
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&clkinitstruct, FLASH_LATENCY_2)!= HAL_OK)
  {
    /* Initialization Error */
    while(1); 
  }
}

整個程式設計步驟就是，hal庫初始化->開外設時鐘->外設初始化->使用者程式，然後在msp.c檔案裡實現其他平臺相關的雜七雜八的操作，需要呼叫的時候會自動呼叫，我這裡只實現了一個點亮led的功能，故只實現了HAL_MspInit()函式。如果我們要使用uart、adc等其他更復雜的外設，我們需要在msp.c檔案裡重寫HAL_UART_MspInit()、HAL_ADC_MspInit()等函式，當我們呼叫HAL_PPP_Init()時，他們都會自動被呼叫。

說到這裡，我要說一下這裡其實使用了一個c語言的技巧，實現了類似於c++的過載功能。比如我們來看UART的原始檔：

/**
  * @brief  USART MSP Init.
  * @param  husart: Pointer to a USART_HandleTypeDef structure that contains
  *                 the configuration information for the specified USART module.
  * @retval None
  */
 __weak void HAL_USART_MspInit(USART_HandleTypeDef *husart)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(husart);
  /* NOTE: This function should not be modified, when the callback is needed,
           the HAL_USART_MspInit can be implemented in the user file
   */ 
}

函式被__weak修飾了，意思就是，如果別處沒定義，這個函式就是他，如果別處重定義了，就用新的函式，這樣就實現了過載。這有一個很大的好處，就是實現oo思想中的差異化程式設計，hal實現所有硬體通用的功能，而把不通用的部分通過可過載的函式開放給使用者修改。

體現oo的還有個地方，每個函式中，都會接收到一個handle指標，這其實和this指標非常類似，每個函式都不用知道自己到底是在操作某一個具體的物件，只需要根據handle的指向來操作就可以了。

回到上面的過載。在hal庫中有一點比較大的改變是，中斷都是通過回撥函式來開放給使用者的，具體使用方式也是過載相關回調函式，不像標準庫是直接在stm32fxxx_it.c裡填寫相關中斷處理函式。這樣做的好處是，hal幫我們處理了一些中斷來臨時的雜務，只把我們感興趣的事件開放給使用者。

但是個人覺得這個改變需要再徹底一點，因為這並沒有解決程式碼耦合性的痛點，每一次我們需要寫中斷函式的時候，總是要去改底層程式碼，而如果st給我們實現一個註冊回撥的介面，那麼上層和下層之前就完全分離了，應用層各個模組之間也不會產生耦合。

總結：
總體而言，hal相比於標準庫，層次架構更加清晰了，對平臺更加抽象，但是還遠遠不夠，依然非常依賴於具體的硬體，如果能實現Qt的那種抽象就完美了。使用者使用的時候，只用包含hal.h而不用去管是hal_f1還是hal_f2或是什麼其他系列的標頭檔案，所有系列的程式碼打包在一起，通過條件編譯來實現真正的跨平臺，而如果需要使用某款mcu的特色功能時，就再包含一個hal_f1extend.h。如果這些st都實現了，那麼微控制器程式設計將會變得和應用程式設計一樣簡單方便！