任务1.2
STM32F4标准外设库工程的建立

1.2.1　任务分析

本任务要求在KeilμVision5集成开发环境下建立基于STM32F4标准外设库的工程，在工程中添加必要的文件，正确地配置、编译工程，并将其下载至开发板中运行。

本任务涉及的知识点有：

● STM32F4标准外设库中的重要文件；

● STM32F4标准外设库帮助文档的使用方法；

● 基于STM32F4标准外设库的工程的建立步骤。

1.2.2　知识链接

1.认识STM32F4标准外设库中的重要文件

通过对任务1.1的学习，我们已经了解了STM32F4标准外设库的文件结构。但如果要建立基于STM32F4标准外设库的工程，则仅了解库的文件结构是不够的，还要进一步学习库里的重要文件。

工程建立所需的文件主要位于STM32F4标准外设库的Libraries文件夹和Project文件夹中。Libraries文件夹中包含CMSIS与STM32F4xx_StdPeriph_Driver两个子文件夹。Project文件夹中包含stm32f4xx_it.c和stm32f4xx_conf.h文件。

（1）CMSIS文件夹

CMSIS文件夹的结构如图1-2-1所示。

图1-2-1中的Device和Include文件夹中存放了建立工程所需的文件，它们的介绍如下。

①stm32f4xx.h

文件路径：Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Include。

stm32f4xx.h文件包括STM32F4系列微控制器的中断优先级定义、外设寄存器的结构体类型定义和寄存器操作的宏定义等。

②system_stm32f4xx.c

文件路径：Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates。

system_stm32f4xx.c文件定义了一个重要函数，即STM32F4芯片通电后的系统时钟初始化函数——SystemInit()函数。这个函数在启动文件中用汇编语言调用，并根据相关配置参数进行系统时钟的初始化。如STM32F407ZGT6的系统时钟默认被初始化为168 MHz。

③system_stm32f4xx.h

文件路径：Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Include。

system_stm32f4xx.h文件是system_stm32f4xx.c的头文件。

④startup_stm32f40_41xx.s

文件路径：Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates\arm。

startup_stm32f40_41xx.s文件是STM32F4系列微控制器在MDK-Arm-STM32集成开发环境中的启动文件，它是用汇编语言编写的。若用户使用不同的集成开发环境，则应选择相应的启动文件。

⑤core_cm4.h、core_cmFunc.h、corecmInstr.h、core_cmSimd.h

文件路径：Libraries\CMSIS\Include。

Include文件夹中包含了遵循CMSIS标准的Cortex-M内核通用的头文件，它们为基于Cortex-M内核的SoC芯片外设提供了内核API，定义了与内核相关的寄存器。STM32F4系列微控制器的工程中需要core_cm4.h、core_cmFunc.h、corecmInstr.h、core_cmSimd.h这4个头文件。

（2）STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹

STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹的结构如图1-2-2所示。

由图1-2-2可知，STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹中有两个子文件夹，分别是inc文件夹和src文件夹。其中，src文件夹存放STM32F4系列微控制器所有外设的驱动程序源代码，inc文件夹存放外设驱动程序源代码相应的头文件。这两个文件夹里的内容是标准外设库的核心内容。

（3）中断服务程序文件stm32f4xx_it.c

STM32F4系列微控制器的中断服务程序一般在stm32f4xx_it.c文件中进行编写，相应的头文件是stm32f4xx_it.h。在ST公司官方工程模板的这个文件里已经定义了一些系统异常（特殊中断）的接口函数，我们还可在此文件中自行定义普通中断服务程序函数。上述两个文件的路径：Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates。

（4）标准外设库功能裁减文件stm32f4xx_conf.h

STM32F4系列微控制器的外设种类繁多，为了精简工程并提高编译速度，可将暂时不用的外设库文件从工程中删除，通过配置stm32f4xx_conf.h文件可实现上述功能。该文件的路径：Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates。

2.正确使用标准外设库的帮助文档

我们在使用STM32F4标准外设库进行程序设计时，经常要调用某种外设驱动的库函数。库函数的数量庞大，为了实现快速调用，我们应熟练掌握库函数的查阅方法。

STM32F4标准外设库提供了一个帮助文档，名为“stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm”，通过这个文档可以快速查阅函数原型、功能说明、参数说明、返回值及其出处。

打开帮助文档后，依次展开标签：Modules→STM32F4xx_StdPeriph_Driver，可找到各种外设（如ADC、DMA、TIM、USART等）的库函数说明，如图1-2-3所示。

从图1-2-3中可以看到，GPIO_ReadInputData()函数被选中。右侧窗格显示了函数原型、功能说明、参数说明、返回值、出处等信息。如果用户对相关的结构体类型存在疑问，可单击超链接跳至其定义处进行查看。

1.2.3　任务实施

1.建立工程文件夹

一个STM32工程通常包含多个源代码。随着对STM32学习的深入，我们建立的工程将会越来越复杂，包含的源代码数量也会越来越多。为了实现工程的科学管理，我们应对工程文件夹的命名与结构进行合理规划。

STM32工程包含的文件主要有以下几类：用户编写的应用层程序文件、硬件外设驱动程序文件、STM32F4标准外设库文件、Cortex-M4内核相关文件与启动文件等。为了使工程结构更加清晰，我们可通过建立文件夹来分门别类地存放上述文件。

先建立名为“STM32F407_Template”的工程文件夹，并在其下建立5个子文件夹。工程子文件夹的名称与用途如表1-2-1所示。

注：表中工程子文件夹的结构仅供参考，用户可根据自己的工作习惯进行调整。

2.为工程的子文件夹添加文件

工程文件夹建好以后，在新建工程前，我们应将必要的文件先加入相应的子文件夹中。

（1）USER文件夹

将stm32f4xx.h、system_stm32f4xx.c、system_stm32f4xx.h、stm32f4xx_it.c、stm32f4xx_it.h和stm32f4xx_conf.h文件复制到USER文件夹中，这些文件的具体路径见1.2.2节。另外，新建main.c文件并存入此文件夹中。

（2）HARDWARE文件夹

本工程未涉及硬件驱动程序的编写，故此文件夹暂时留空。

（3）FWLIB文件夹

将STM32F4xx_StdPeriph_Driver文件夹中的inc和src文件夹中的所有内容复制到FWLIB文件夹中，并保留原始文件架构。

（4）CORE文件夹

将startup_stm32f40_41xx.s、core_cm4.h、core_cmFunc.h、corecmInstr.h和core_cmSimd.h文件复制到CORE文件夹中，这些文件的具体路径见1.2.2节。

3.新建工程

打开KeilμVision5软件，单击“Project”菜单下的“new uVision Project”选项新建工程，保存工程名为“Template”，并将其存放在USER文件夹中。

工程保存完毕后，工程建立向导会弹出“MCU型号选择”对话框，用户可根据开发板所用的MCU型号进行配置，然后单击“OK”按钮进行保存。MCU型号选择界面如图1-2-4所示，图中选取的MCU型号为STM32F407ZGTx。

4.新建组（Group）并添加相应文件

工程建好以后，为了使工程架构更加清晰，我们应将程序文件归类分组。分组的依据是工程子文件夹的架构。我们在KeilμVision5软件开发窗口左侧的Project窗格上单击右键，在弹出的快捷菜单中选择“Manage Project Items…”选项，即可进入工程管理窗口，如图1-2-5所示。

根据工程子文件夹的架构，我们为“Groups”栏添加USER、HARDWARE、FWLIB、CORE等几个分组，并在分组中添加相应的程序文件。完成后的工程分组情况如图1-2-6所示。

5.配置文件是否加入编译

STM32F407微控制器没有FMC、DMA2D和LTDC外设，将所有的STM32F4标准外设库文件都加入工程以后，工程在编译时会出错。我们可将相应的库文件从工程中屏蔽以解决此问题，具体的操作流程如下：

（1）在要屏蔽的文件上右击；

（2）在弹出的快捷菜单中选择“Options for File…”菜单项；

（3）在弹出的配置界面中，取消“Include In Target Build”复选框的勾选；

（4）单击“OK”按钮确认。

编译选项配置的具体步骤如图1-2-7和图1-2-8所示。

6.工程配置

在工程中加入必要的文件后，还须对工程进行配置才能对其进行编译。主要配置步骤如下。

（1）晶振频率配置

晶振频率应根据开发板实际使用的MCU型号进行配置。单击KeilμVision5软件工具栏上的“魔术棒”图标，弹出“工程配置”对话框后，切换至“Target”标签。编者使用的STM32F4开发板上的晶振频率为8 MHz，所以应将Xtal（MHz）后的数字修改为“8.0”，如图1-2-9所示。

（2）编译输出文件配置

工程编译过程将产生很多中间文件，可专门指定一个目录对它们进行存放。将“工程配置”对话框中的“Target”标签切换至“Output”标签后，选择表1-2-1中提到的OBJ文件夹，单击“Select Folder for Objects”按钮，即可对编译输出文件的存放路径进行配置。另外，如果需要编译产生“.hex”文件，可勾选“Create HEX File”复选框，如图1-2-10所示。

（3）重要宏定义与包含头文件的路径配置

STM32F4标准外设库支持F4全系列产品的编程调用，型号包括STM32F40x、STM32F41x和STM32F42X等，各型号在外设数量、Flash容量等方面均有差异。为了提高代码的易用性，STM32F4标准外设库采用预编译的方法决定源代码是否参与编译。

编者使用的STM32F4开发板上的MCU型号为STM32F407ZGT6，为了使标准外设库中相应的代码生效，需要增加“STM32F40_41xxx”宏定义，同时增加“USE_STDPERIPH_DRIVER”宏定义，代表使用标准外设库进行程序开发，如图1-2-11所示。

在使用KeilμVision5进行工程编译之前，我们需要指定“.h”头文件所在的路径，否则在编译时会出现无法找到头文件的情况。单击“Include Paths”右侧的按钮，可将需要包含的“.h”头文件所在的路径都加入其中，如图1-2-11所示。

（4）仿真器类型配置

KeilμVision5支持的仿真器类型很多。工程编译成功以后，在将程序下载到MCU中或者运行软件仿真之前，我们应根据实际所用的仿真器类型对工程进行配置。将“工程配置”对话框中的“C/C++”标签切换到“Debug”标签后，可以看到“Debug”配置界面分左右两边，左侧的内容与软件仿真有关，右侧的内容涉及程序下载与硬件在线仿真。单击右侧的下拉按钮，可以看到KeilμVision5支持13种仿真器，包括J-LINK/J-TRACE Cortex、CMSIS-DAPDebugger、ST-LinkDebugger等，如图1-2-12所示。

（5）仿真器参数配置

STM32微控制器支持通过JTAG接口或SW接口与仿真器相连进行在线调试。完整的JTAG接口为20Pin，接口体积大且占用较多的GPIO引脚资源，一般用于JLink仿真器。而SW接口只需3根连线即可实现，一般用于ST-Link仿真器。单击图1-2-12右上角的“Settings”按钮，打开“仿真器参数配置”对话框，用户可根据所使用的仿真器进行Port参数的配置，如图1-2-13所示。如果将开发板与仿真器正确连接并通电，该对话框还可显示识别到的MCU。

（6）Flash参数配置

KeilμVision5支持STM32全系列MCU的开发，各型号的Flash类型（内置或外置）或Flash容量都不尽相同，因此在程序下载前应根据MCU型号正确配置Flash参数。在“仿真器参数配置”对话框中单击“Flash Download”标签，在“Programming Algorithm”选项区可进行Flash参数的配置。

STM32F407ZGT6型号MCU的内置Flash容量为1MB，单击“Add”按钮后选择正确的选项即可。一般来说，如果在新建工程的“MCU型号选择”步骤中选择了特定型号的MCU，KeilμVision5将会自动完成Flash参数配置工作。具体配置如图1-2-14所示。

7.编译并下载工程

完成工程的所有配置之后，可对工程进行编译并下载。先编写一个简单的main()函数，在“main.c”文件中输入以下代码：

---

1  #include "stm32f4xx.h" 
2   
3  void Delay(__IO uint32_t nCount); 
4   
5  /** 
6    * @brief  Main program 
7    * @param  None 
8    * @retval None 
9    */ 
10  int main(void) 
11  {  
12      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
13      RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE); 
14      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; 
15      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; 
16      GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 
17      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; 
18      GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; 
19      GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 
20       
21      /* 无限循环 */ 
22      while (1) 
23      { 
24          GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10); 
25          Delay(0x7FFFFF); 
26          GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10); 
27          Delay(0x7FFFFF); 
28      } 
29  } 
30   
31  /** 
32    * @brief  软件延时函数 
33    * @param  None 
34    * @retval None 
35    */ 
36  void Delay(__IO uint32_t nCount) 
37  { 
38      while(nCount--){} 
39  } 

---

单击工具栏中的“Build（功能键F7）”按钮可对工程进行编译，编译无误后单击“Download（功能键F8）”按钮可将工程下载至开发板运行，如图1-2-15所示。