高级STM32应用开发：使用HAL库和RTOS

news2025/1/15 22:59:00

引言

STM32系列微控制器以其高性能、丰富的外设支持和低功耗特性，在工业、汽车及消费电子市场中占有显著地位。

下面我们旨在探讨STM32的高级开发技术，包括硬件抽象层（HAL）库的使用和实时操作系统（RTOS）的集成，以实现复杂功能的同时确保系统的可靠性和效率。

环境准备

硬件选择：STM32F407 Discovery Kit，具备丰富的外设和足够的处理能力。
软件需求：
- STM32CubeMX：用于配置微控制器的外设和中间件。
- STM32CubeIDE：集成开发环境，支持代码编辑、编译、调试。
- FreeRTOS：实时操作系统，用于管理多任务处理。

HAL库的应用

初始化配置

使用STM32CubeMX自动生成初始化代码，包括时钟设置、GPIO配置和外设初始化。

代码示例：时钟和GPIO初始化

#include "main.h"

void SystemClock_Config(void) {
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    /** Configure the main internal regulator output voltage */
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

    /** Initializes the RCC Oscillators */
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
    HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

    /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks */
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                                  |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
    HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5);
}

外设操作

使用HAL库函数操作外设，如ADC、UART和定时器等。

代码示例：UART发送字符串

#include "stm32f4xx_hal.h"
UART_HandleTypeDef huart2;

void UART2_Init(void) {
    huart2.Instance = USART2;
    huart2.Init.BaudRate = 115200;
    huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    HAL_UART_Init(&huart2);
}

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    if(uartHandle->Instance == USART2) {
        __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        /**USART2 GPIO Configuration
        PA2     ------> USART2_TX
        PA3     ------> USART2_RX
        */
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
        GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART2;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    }
}

void UART_SendString(char* str) {
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)str, strlen(str), HAL_MAX_DELAY);
}

RTOS集成

任务管理

使用FreeRTOS创建和管理任务，以处理并行操作和时间敏感的任务。

代码示例：创建两个任务

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

void vTask1(void *pvParameters) {
    for (;;) {
        UART_SendString("Task 1 is running\r\n");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 1-second delay
    }
}

void vTask2(void *pvParameters) {
    for (;;) {
        UART_SendString("Task 2 is running\r\n");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500)); // 500-ms delay
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    UART2_Init();

    xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 100, NULL, 1, NULL);
    xTaskCreate(vTask2, "Task 2", 100, NULL, 1, NULL);
    
    vTaskStartScheduler();
    while (1) {
    }
}