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stm32中有哪些库？其中标准库和HAL库有什么区别？

article 2024/12/23 20:40:40

stm32中有哪些库？

1. STM32标准外设库（Standard Peripheral Library）

介绍：STM32 标准外设库是 STM32 官方提供的一个硬件抽象库，旨在简化对 STM32 各类外设（如 GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、PWM 等）的操作。该库是通过对外设的寄存器进行封装，提供易用的 API 函数。
特点：
- 提供了对STM32各外设的高层次接口，方便用户编程。
- 函数库结构清晰，易于理解和使用。
- 支持多种外设的初始化、配置、操作及中断管理。
使用方式：通过头文件和函数调用来控制外设。
缺点：该库虽然简单易用，但效率不如 HAL 库，且不再被官方积极更新，逐步被 HAL 库替代。

2. STM32 HAL库（Hardware Abstraction Layer）

介绍：STM32 HAL 库是 STM32 官方推出的另一种硬件抽象层库，它的目的是提供一个统一的接口，简化对外设的配置和操作，方便移植到不同的 STM32 系列芯片。
特点：
- 基于外设的抽象，提供了一组功能强大、通用性较高的 API 函数。
- 支持中断、DMA、时钟、低功耗管理等功能。
- 支持 STM32 的大部分外设，包括 GPIO、USART、SPI、I2C、ADC 等。
- 在 STM32CubeMX 中可以配置并生成初始化代码，减少开发工作量。
使用方式：通过 STM32CubeMX 配置外设，然后在代码中使用 HAL API 函数来进行操作。
优点：提供了更高层次的硬件抽象，便于快速开发和移植，但相比标准外设库，代码量较大。

3. STM32 SPL 库（STM32 SPL）

介绍：这是 STM32 的早期标准外设库，与 HAL 库类似，但更早发布。其功能更为简单，提供了对硬件外设的直接访问。
特点：
- 通过寄存器级的操作简化了硬件控制，但相对较底层。
- 相对较为简洁、轻量，性能较高。
使用方式：通过直接操作硬件寄存器来实现功能。
注意：SPL 库已经逐渐被 STM32 HAL 库取代，官方已不再积极更新 SPL 库。

4. CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）

介绍：CMSIS 是 ARM Cortex-M 处理器系列的标准化软件接口，提供了一组对 Cortex-M 处理器内核相关功能（如中断控制、NVIC、系统时钟等）进行操作的函数。
特点：
- 提供了一些底层的硬件控制函数，包含对 NVIC (中断控制器)、系统时钟、异常和中断处理等的支持。
- 适用于 ARM Cortex-M 系列处理器的通用开发。
使用方式：通过 CMSIS 提供的函数进行低层次操作，通常与 HAL 库一起使用。

5. STM32Cube库（STM32CubeMX + Cube HAL/LL）

介绍：STM32Cube 是 STM32 系列芯片的综合开发环境，包含 STM32CubeMX 配置工具和一系列的硬件抽象库（包括 HAL 和 LL 库）。其中，HAL 库是 STM32 的硬件抽象层库，而 LL 库（Low Layer）提供了更底层、更精简的外设控制方式。
特点：
- STM32CubeMX：一个图形化配置工具，支持外设配置、时钟树配置、生成初始化代码等功能，极大地简化了开发流程。
- HAL库：提供了对 STM32 外设的高层次控制，使用简单，适合快速开发。
- LL库：底层库，提供对外设的直接访问，比 HAL 库更接近硬件，适用于性能要求较高的应用。
使用方式：通过 STM32CubeMX 配置外设和系统，生成相应的代码并使用 HAL 或 LL API 开发。

6. FreeRTOS (操作系统库)

介绍：FreeRTOS 是一个开源的实时操作系统（RTOS），广泛用于 STM32 系列微控制器的多任务操作。它提供了任务管理、时间管理、内存管理、队列、信号量等功能，使得开发者可以轻松管理多个并发任务。
特点：
- 支持多任务调度和管理，支持时间管理、信号量、队列、消息传递等 RTOS 功能。
- 与 STM32 HAL 库兼容，可以与 STM32 的外设配合使用。
使用方式：将 FreeRTOS 移植到 STM32 上，并通过 RTOS 提供的 API 来实现任务管理。

7. 外部第三方库（如 FatFS、uC/OS-II、lwIP 等）

介绍：STM32 开发中还可以使用一些第三方库来扩展其功能。例如：
- FatFS：用于文件系统操作，支持读写 SD 卡、USB 存储设备等。
- uC/OS-II：另一种常见的实时操作系统，功能丰富，适用于更复杂的任务管理。
- lwIP：轻量级IP协议栈，适用于网络应用。

总结

STM32 提供了多种库供开发者选择，主要包括：

标准外设库（SPL）：底层控制，较旧，已逐步被 HAL 库取代。
HAL库：高层次抽象，简化外设控制，官方推荐使用。
LL库：提供底层、高效的外设控制，适用于性能敏感的应用。
CMSIS：Cortex-M 核心库，提供核心相关的功能。
STM32CubeMX：图形化配置工具，配合 HAL 或 LL 库使用。
FreeRTOS：实时操作系统，适合多任务开发。
第三方库：如 FatFS、lwIP、uC/OS 等，扩展功能。

标准库和HAL库有什么区别？

STM32 中的 标准库（Standard Peripheral Library, SPL）和 HAL库（Hardware Abstraction Layer）都是为了简化对硬件外设的控制和编程，但它们在设计理念、抽象层级、功能和使用场景上有所不同。下面是两者的主要区别：

1. 库的设计理念与目标

标准库（SPL）：
- 目标：提供对 STM32 外设的中等抽象，基于寄存器直接操作外设，但提供一些封装和便捷的 API 来简化开发。
- 设计：SPL 是较早期的 STM32 外设库，偏向较低层次的硬件抽象，开发者仍需关注硬件细节和寄存器配置，库函数对硬件的封装相对较少。
- 定位：更适合那些需要直接操作硬件寄存器或对外设配置有精细控制的场合。
HAL 库：
- 目标：提供一个更高层次的硬件抽象层，使得开发者能够更加专注于应用程序的开发，减少对硬件的关注。
- 设计：HAL 库是 STM32 官方推荐的库，设计上更多地考虑了移植性和代码重用性，提供了对硬件的高层次封装，隐藏了许多硬件细节，提供了统一的接口，简化了外设控制。
- 定位：适用于需要快速开发、简化代码复杂度和提高代码可移植性的场景。

2. 抽象层级

标准库（SPL）：
- SPL 提供了一些中等抽象的 API，虽然比直接操作硬件寄存器要高层次一些，但仍然需要开发者手动配置许多硬件参数（如时钟、外设模式等）。
- 对硬件的抽象较少，许多操作仍然需要开发者了解外设寄存器的具体配置。
HAL 库：
- HAL 是一个更高层次的硬件抽象库，隐藏了大量的底层硬件细节，提供了一套统一的 API 使得开发者能够更简单地操作 STM32 的外设。
- 在 HAL 库中，大多数外设配置、初始化和操作可以通过简单的 API 函数完成，开发者不需要过多关心寄存器级的配置。

3. 代码结构和可移植性

标准库（SPL）：
- SPL 代码较为紧凑，提供了对外设的直接控制，适合需要精细调控的应用，但在不同型号的 STM32 系列之间移植时需要较多的修改。
- SPL 并没有提供太多的移植性支持，若需要将项目移植到不同的 STM32 系列微控制器，通常需要修改外设的初始化代码和配置。
HAL 库：
- HAL 代码结构更加清晰、模块化，提供了较好的移植性，很多硬件细节被抽象成统一的 API 函数。
- 如果项目需要从一个 STM32 系列移植到另一个系列，使用 HAL 库会更方便，因为库本身就考虑了对不同 STM32 系列的支持。

4. 性能

标准库（SPL）：
- SPL 的代码更加精简，函数调用较少，直接操作硬件寄存器，性能较高。
- 对于时间敏感的应用或需要高度优化的场合，标准库可能会表现得更好，因为它提供了更少的抽象层级。
HAL 库：
- HAL 库为了提供高层次的抽象，代码量较大，函数调用层次较多，可能导致一定的性能开销。
- 对于大部分应用来说，性能上的差异不明显，但对于某些对性能要求极高的应用，HAL 库可能会比标准库稍逊色。

5. 灵活性与易用性

标准库（SPL）：
- SPL 具有较高的灵活性，开发者可以直接访问底层硬件，并根据需要精确配置外设寄存器。
- 但灵活性也意味着开发者需要更加深入地了解硬件，开发过程相对繁琐。
HAL 库：
- HAL 提供了更加易用的 API，减少了开发的复杂度，特别是对于初学者或者需要快速开发的项目，HAL 库非常有用。
- 但是相应地，灵活性有所降低，因为它隐藏了很多底层的实现细节。

6. 代码示例

标准库（SPL）代码示例：

// 初始化一个GPIO口为输出
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

HAL 库代码示例：

// 初始化一个GPIO口为输出
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

可以看到，HAL 库的代码看起来更简洁，并且通过 HAL_ 函数进一步封装了很多底层操作。

7. 发展趋势

标准库（SPL）：由于其较低的抽象层级，已经逐渐被 STM32 官方推荐的 HAL 库所替代。官方的支持和更新也逐渐减少，因此标准库已经不再是 STM32 开发的主流选择。
HAL 库：随着 STM32 系列的发展，HAL 库逐渐成为官方推荐的主流选择，得到持续更新和支持。它与 STM32CubeMX 配合使用，可以快速生成代码并配置外设。