1.1: STM32简介及工程架构

一、STM32 简介

1.1 什么是 STM32

• ARM Cortex-M 内核：基于 ARM Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7 架构的 32 位微控制器
• STMicroelectronics 产品：由意法半导体（ST）设计生产
• 丰富产品线：涵盖 STM32F0/F1/F3/F4/F7/H7 等多个系列，满足不同性能需求
• 广泛应用：工业控制、物联网、消费电子、汽车电子等领域

1.2 核心特点

• 高性能：主频从 16MHz 到 550MHz（H7 系列）
• 低功耗：多种低功耗模式（Sleep/Stop/Standby）
• 丰富外设：ADC/DAC、定时器、USART、SPI、I2C、USB、CAN 等
• 开发友好：完善的生态系统和工具链支持

二、开发环境准备

2.1 常用开发工具

2.2 必备组件

1. STM32Cube 软件包（HAL/LL 库）
2. ST-Link Utility（编程调试工具）
3. 对应系列的标准外设库（如标准库已逐步淘汰，推荐使用 HAL 库）

三、STM32 工程架构

3.1 典型工程目录结构

Project/
├── Drivers/
│ ├── CMSIS/ # ARM Cortex 微控制器软件接口标准
│ └── STM32F4xx_HAL_Driver/ # HAL 库文件
├── Inc/ # 头文件
├── Src/ # 源文件
├── Startup/ # 启动文件（.s 汇编文件）
├── Middlewares/ # 中间件（FreeRTOS、FatFS 等）
└── STM32CubeMX/ # CubeMX 生成文件

3.2 核心组成部分

1. 启动文件 (Startup)

   • 包含复位处理、中断向量表
   • 不同型号对应不同文件（如 startup_stm32f407xx.s）

2. 系统初始化

   • system_stm32f4xx.c：系统时钟配置
   • stm32f4xx_hal_msp.c：硬件抽象层初始化

3. 外设驱动层

   • 使用 HAL（Hardware Abstraction Layer）库：

     HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
     

4. 用户应用层
   • main.c: 程序入口
   • 用户自定义模块（按键处理、传感器驱动等）

四、工程创建流程（以 STM32CubeMX 为例）

4.1 新建工程步骤

1. 选择芯片型号
2. 配置时钟树（HCLK、PLL 等）
3. 配置外设参数（GPIO 模式、通信波特率等）
4. 生成工程代码（选择 IDE 类型）

4.2 代码结构示例

/* main.c */
int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();

  while (1) {
    HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
    HAL_Delay(500);
  }
}

五、编译与调试

5.1 构建流程

1. 编译生成 .elf 文件
2. 转换为 .hex 或 .bin 格式
3. 通过 ST-Link/J-Link 下载到芯片

5.2 调试技巧

• 使用 printf 重定向到串口：

  int _write(int fd, char *ptr, int len) {
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)ptr, len, 1000);
  return len;
  }
  

六、最佳实践建议

1. 模块化编程：将不同功能封装为独立 .c/.h 文件
2. 版本控制：使用 Git 管理工程
3. 低功耗设计：合理使用 STOP/SLEEP 模式
4. 安全考虑：启用看门狗（IWDG/WWDG）
5. 性能优化：根据需求选择 HAL 库或 LL（Low Layer）库