HAL库外设设计思想
- HAL库和Cube MX相结合
一、对外设的封装——句柄结构体
二、外设初始化
- 初始化结构体
- 初始化的逻辑
三、外设使用逻辑
- 通用接口函数
- - 初始化函数
  - I/O操作函数
  - 控制函数
  - 状态参数
- 扩展接口函数
总结

HAL库外设设计思想

HAL库借鉴面向对象的设计思想，将外设驱动封装为对象。

采用此种开发方式有以下特点：

屏蔽底层硬件：只需了解相关接口函数的功能和参数要求即可
提高开发效率：开发难度较小，开发周期较短，后期的维护升级、以及硬件平台的移植等工作量小
程序执行效率：由于考虑了程序的稳健性、扩充性和可移植性，程序代码比较繁琐和臃肿，执行效率较低

HAL库和Cube MX相结合

一、对外设的封装——句柄结构体

围绕着芯片设计的外设多种多样，功能也越来越多，为了能够统一管理这些外设，HAL库设计了统一的外设句柄数据类型PPP_HandleTypeDef(PPP代表外设名称)。如定时器句柄：

/*** @brief  TIM Time Base Handle Structure definition*/
typedef struct
{TIM_TypeDef                 *Instance;     /*!< Register base address             */TIM_Base_InitTypeDef        Init;          /*!< TIM Time Base required parameters */HAL_TIM_ActiveChannel       Channel;       /*!< Active channel                    */DMA_HandleTypeDef           *hdma[7];      /*!< DMA Handlers array This array is accessed by a @ref DMA_Handle_index */HAL_LockTypeDef             Lock;          /*!< Locking object                    */__IO HAL_TIM_StateTypeDef   State;         /*!< TIM operation state               */
} TIM_HandleTypeDef;

保护锁是HAL库提供的一种安全机制，以避免对外设的并发访问。

二、外设初始化

由上述的句柄结构体可知，我们需要定义一个外设句柄指针，并向其中填充参数，其中最重要的就是初始化参数，为此HAL库为不同的外设定义了不同的初始化结构体，且相同外设的不同功能也有不同的初始化结构，如定时器，有时基单元初始化结构体、输入初始化结构体和输出初始化结构体等，分别用于输入捕获和输出比较等不同功能。
初始化这一步骤使用CubeMX配置，可自动生成初始化代码，大大减少了开发难度。如下的初始化函数代码即由CubeMX自动生成的，带有MX前缀。

初始化结构体

代码如下（示例）：

/*** @brief  TIM Time base Configuration Structure definition*/
typedef struct
{uint32_t Prescaler;         uint32_t CounterMode;  uint32_t Period;           uint32_t ClockDivision;    uint32_t RepetitionCounter;  uint32_t AutoReloadPreload;
} TIM_Base_InitTypeDef;
/*** @brief  TIM Input Capture Configuration Structure definition*/
typedef struct
{uint32_t  ICPolarity;  uint32_t ICSelection;  uint32_t ICPrescaler;  uint32_t ICFilter;
} TIM_IC_InitTypeDef;
/*** @brief  TIM Output Compare Configuration Structure definition*/
typedef struct
{uint32_t OCMode;   uint32_t Pulse;        uint32_t OCPolarity;    uint32_t OCNPolarity;   uint32_t OCFastMode;   uint32_t OCIdleState;   uint32_t OCNIdleState;
} TIM_OC_InitTypeDef;

初始化的逻辑

如我们在串口笔记中讲到的串口初始化过程，在HAL_PPP_Init()初始化函数中，将句柄结构中的初始化参数存入寄存器，即进行相关参数的传入赋值，然后调用HAL_PPP_MspInit()函数完成具体的时钟、引脚等资源初始化，完成围绕具体MCU的配置；MSP函数调用完成后，回到HAL_PPP_Init()函数调用现场，根据返回值情况进入下一步，最后完成外设初始化。
以串口为例：
代码如下（示例）：

UART_HandleTypeDef huart1;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;void MX_USART1_UART_Init(void)
{huart1.Instance = USART1;huart1.Init.BaudRate = 115200;huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;huart1.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;huart1.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT;if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK){Error_Handler();}
}void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(uartHandle->Instance==USART1){/* USART1 clock enable */__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/**USART1 GPIO ConfigurationPA9     ------> USART1_TXPA10     ------> USART1_RX*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);/* USART1 DMA Init *//* USART1_RX Init */hdma_usart1_rx.Instance = DMA1_Channel5;hdma_usart1_rx.Init.Request = DMA_REQUEST_2;hdma_usart1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;hdma_usart1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;hdma_usart1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;hdma_usart1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;hdma_usart1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;hdma_usart1_rx.Init.Mode = DMA_NORMAL;hdma_usart1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx) != HAL_OK){Error_Handler();}__HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmarx,hdma_usart1_rx);/* USART1_TX Init */hdma_usart1_tx.Instance = DMA1_Channel4;hdma_usart1_tx.Init.Request = DMA_REQUEST_2;hdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;hdma_usart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx) != HAL_OK){Error_Handler();}__HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmatx,hdma_usart1_tx);/* USART1 interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);}
}

三、外设使用逻辑

通用接口函数

初始化函数

通过上述的初始化步骤完成调用。

I/O操作函数

根据不同的功能使用，设计了三种不同的编程模型：轮询、中断和DMA。
以后缀区分，入口参数均为外设句柄的指针，其中轮询模式还需要传入超时时间参数。三种不同编程模型的具体实现可参考串口的三篇笔记。

控制函数

可以在使用中，动态的调节外设的参数，如中断及时钟。

状态参数

可以清除和查询一些标志位，获取外设的运行状态以及出错信息。

扩展接口函数

设计扩展接口函数可以兼顾STM32各产品系列的特有功能和扩展功能，兼顾同一个产品系列中不同芯片的特有功能。通过单独定义后续为ex的文件来实现。如stm32fxxx_hal_ppp_ex.h和stm32fxxx_hal_ppp_ex.c

总结

HAL库外设的使用步骤总结如下：

定义并填充PPP外设句柄结构体
如果遵循HAL库规范，通过HAL_MspInit()函数，实现外设底层资源的初始化，包括但不限于GPIO、时钟、DMA、中断等资源的初始化
调用HAL库的对应外设初始化函数，形如：HAL_PPP_Init()
初始化完成，开始使用外设
使用方法具体查看对应外设的HAL库驱动包中的说明：##### How to use this driver#####

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