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2用STM32 点亮一个LED

对比着51 点亮LED 的方法，我们先用操作寄存器的方法用STM32 点亮一个LED，然后再一步步完善代码，构建最简单的库函数，让我们知道库是怎么建立起来的。

在写代码之前，我们先建一个工程。大家要注意的是，虽然51 跟STM32 用的都是keil，但是针对的MCU 是不一样，软件在安装的时候要安装在不同的目录且不能安装在英文目录，不然会起冲突。我们这里用的是keil5，MDK5.15 版本。

▶▶1 新建工程

用KEIL5 新建一个工程，把工程放在一个事先建好的文件夹内，工程命名为REG 后保存。然后在工程目录下添加启动文件：startup_stm32f10x_hd.s，该文件可以从KEIL5 安装目录找到，也可以从ST 库里面找到，然后把启动文件添加到工程里面。

▶▶2 启动文件—startup_stm32f10x_hd.s

启动文件由汇编语言编写，具体功能跟51 里面的启动文件：STARTUP.A51 差不多。STM32 的启动文件主要实现了：

1、设置初始SP 。

2、设置初始PC=Reset_Handler

3、设置向量表入口地址，并初始化向量表。

4、调用库函数SystemInit，把系统时钟配置成72M，SystemInit 在库文件system_stm32f10.c 定义。5、跳转到标号_mian，最终来到C 的世界。这里我们先去除繁枝细节，挑重点的讲，主要理解第四和第五点，在启动文件的147~155 行，是复位处理函数，代码如下：

这里我们简单介绍下这10 行代码。

第一行是程序注释，在汇编里面注释用的是“;”，跟C 语言不一样。

第二行是定义了一个子程序：Reset_Handler。PROC 是子程序定义伪指令。一般用法为：

其中NEAR 和FAR 是属性词。NEAR 属性(段内近调用): 调用程序和子程序在同一代码段中,只能被相同代码段的其他程序调用。FAR 属性(段间远调用): 调用程序和子程序不在同一代码段中,可以被相同或不同代码段的程序调用。

第三行EXPORT 表示Reset_Handler 这个子程序可供其他模块调用。

关键字[WEAK] 表示弱定义，如果编译器发现在别处定义了同名的函数，则在链接时用别处的地址进行链接，如果其它地方没有定义，编译器也不报错，以此处地址进行链接。

第四行和第五行IMPORT 说明SystemInit 和__main 这两个标号在其他文件，在链接的时候需要到其他文件去寻找。

SystemInit 在库文件system_stm32f10x.c 实现，用来初始化STM32 的一系列时钟，把系统时钟设置为72MHZ。STM32 的时钟比51 单片机复杂，需要经过一系列的配置才能达到稳定运行的状态。

__main 其实不是我们定义的，当编译器编译时，只要遇到这个标号就会定义这个函数，该函数的主要功能是：负责初始化栈、堆，配置系统环境，并在最后跳转到用户自定义的main 函数，从此来到C 的世界。

第六行把SystemInit 的地址加载到寄存器R0。

第七行程序跳转到R0 中的地址执行程序，之后系统的时钟就被设置成72MHZ。

第八行把_main 的地址加载到寄存器R0。

第九行程序跳转到R0 中的地址执行程序，执行完毕之后就去到我们熟知的C 世界。

第十行表示子程序的结束。

总结下就是，Reset_Handler 这个函数执行了两个函数调用，一个是SystemInit，把系统时钟设置成72M，令一个是__main，初始化好系统环境，最终调用C 的main，从此去到C 的世界。等下我们点亮LED 的时候采用最简单的方法，直接使用内部的LSI 时钟（8MHZ）作为主时钟即可，不使用外部时钟LSE。__main 函数由编译器生成，负责初始化栈、堆等，并在最后跳转到用户自定义的main()函数，来到C 的世界。

▶▶3 新建main.c

用记事本新建一个main.c 文件放到工程目录下，然后把main.c 添加到工程中。现在我们就可以开始编写程序了，我们先编写一个main 函数，里面啥都没有，暂时为空。这时跟编写51 程序时是不是很像。

现在我们可以编译看看，看看有啥现象。这时候出现如下错误：

错误提示说SystemInit 没有定义。从分析启动文件时我们知道，Reset_Handler 调用了该函数用来初始化系统时钟，而该函数是在库文件system_stm32f10x.c 中实现的。我们重新写一个这样的函数也可以，把功能完整实现一遍，但是为了简单起见，我们在main 文件里面定义一个SystemInit 空函数，为的是骗过编译器，把这个错误去掉。关于配置系统时钟我们在后面再写简单的代码。

这时我们再编译就没有错了，完美解决。还有一个方法就是在启动文件中把有关SystemInit 的代码注释掉也可以，代码如下所示：

▶▶4 控制IO 口

下面我们从三个方面来讲解STM32 的IO 在控制LED 时跟51 的区别。有关STM32 的IO 的寄存器介绍，我们可以看《STM32 中文参考手册》的第八章即可，下面涉及到的IO寄存器均来自这一章的第二小节：8.2 GPIO 寄存器描述

电平控制

51 单片机的IO 口如果要输出1 和0，可以直接赋值，不用控制其他寄存器。而STM32 的IO 口比较复杂，如果要输出1 和0，则要通过控制：端口输出数据寄存器ODR 来实现，ODR 是：Output data register 的简写，在STM32 里面，其寄存器的命名名称都是英文的简写，很容易记住。从手册上我们知道ODR 是一个32 位的寄存器，低16位有效，高16 位保留。低16 位对应着IO0~IO16，只要往相应的位置写入0 或者1 就可以输出低或者高电平。

PB0 输出低电平，代码如下：

这时候编译，我们会发现有个错误，说GPIOB_ODR 没有定义，不过我们确实没有定义。在51 单片机中，我们可以直接往P0 口赋值，那是因为在reg51.h 这个头文件中实现了P0 口这个寄存器的映像，用的是51 特有的关键字SFR 来定义的。

STM32 跟51 不一样，没有SFR，只能用其他的方式来实现寄存器映像。因为寄存器实际上就是具有特殊功能的内存，那么我们可以通过宏定义来实现寄存器映像，其实ST的库函数中用的也是这种方法。

从手册中我们看到ODR 寄存器的地址偏移是：0CH，这个偏移地址是基于端口的起始地址而言的。在STM32 中，每个外设都有一个起始地址，叫做外设基地址，外设的寄存器就以这个基地址为标准按照顺序排列，跟结构体里面的成员差不多。在手册中的第二章：存储器和总线构架的2.3：存储器映像小节中可以查看到所有外设的基地址，如下：

图5 STM32 寄存器组起始地址

其中GPIOB 的起始地址是：0X4001 0C00，这样就可以算出GPIOB_ODR 寄存器的地址是：0X4001 0C00 + 0X0C = 0X4001 0C0C。现在我们就可以定义GPIOB_ODR 这个寄存器了，代码如下：

有了这个寄存器定义，我们就可以直接操作GPIOB_ODR 了。

方向控制  

虽然配置了ODR 寄存器，但是这个时候还不能点亮LED，因为STM32 的IO 口还要配置方向，这个由端口配置寄存器来控制。端口配置寄存器分为高低两个，每4bit 控制一个IO 口，所以端口配置低寄存器：CRL 控制这IO 口的低8 位，端口配置高寄存器：CRH控制这IO 口的高8bit。在4 位一组的控制位中，CNFy[1:0] 用来控制端口的输入输出，MODEy[1:0]用来控制输出模式的速率，即输出时，IO 电平翻转的速度。输入有三种模式，输出有4 中模式，我们在控制LED 的时候选择通用推挽输出。

输出速率有三种模式：2M、10M、50M，这里我们选择2M。同GPIOB_ODR 一样，我们也可以算出GPIO_CRL 的地址为：0x40010C00。那么设置PB0 为通用推挽输出，输出速率为2M 的代码则如下所示：

时钟控制

当我们设置了IO 口的方向，并在相应的输出寄存器里面输入了值的时候，以为现在总算可以点亮LED 了吧，其实还差最后一步。

STM32 外设很多，为了降低功耗，每个外设都对应着一个时钟，在系统复位的时候这些时钟都是被关闭的，如果想要外设工作，必须把相应的时钟打开。STM32 的所有外设的时钟由一个专门的外设来管理，叫RCC（reset and clockcontrol），RCC 在STM32 中文参考手册的第六章。

STM32 的外设因为速率的不同，分别挂载到三条总系上：AHB、APB2、APB1，APB为高速总线，APB2 次之，APB1 再次之。所以的IO 口都挂载到APB2 总线上，属于高速外设。时钟由APB2 外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)来控制，其中PB 端口的时钟由该寄存器的位3 写1 使能。

同ODR 和CRL，我们可以算出RCC_APB2ENR 的地址为：0x40021018。那么使能PB 口的时钟代码则如下所示：

如果你足够细心，你会发现我们虽然开了端口时钟，那这个时钟到底是多大？时钟到底是从哪里来的？

如果我们用的是库，那么有个库函数SystemInit，会帮我们把系统时钟设置成72M。现在我们没有使用库，那现在时钟是多少？答案是8M，当外部HSE 没有开启或者出现故障的时候，系统时钟由内部低速时钟LSI 提供，现在我们是没有开启HSE，所以系统默认的时钟是LSI=8M。至于更深入的细节我们在后面的RCC 时钟树中再详细分析。如果你想自己先尝鲜，那么看RCC 外设中的：时钟控制寄存器(RCC_CR)和时钟配置寄存器(RCC_CFGR)这两个寄存器即可。

水到渠成

控制了电平，配置了方向，开启了时钟，经过这三步，我们总算可以控制一个LED了。比起51 直接输出电平，控制STM32 的IO 多了两步：即配置方向可开启时钟。比起AVR 和PIC 这两种单片机则多了开启时钟这一步。现在我们完整组织下用STM32 控制一个LED 的代码：

很多人说学习STM32 很难，一堆的寄存器，不知道怎么操作，特别是那些刚学习完51 的朋友，不知道怎么过度。这里我们对比了51 的编程方法，写了个简单的用STM32 寄存器点亮LED 的方法，希望可以起到抛砖引玉的作用。

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