HAL库驱动框架简述

参考于：HAL库学习笔记-10 HAL库外设驱动框架概述_hal库的外设句柄_Q-Stark的博客-CSDN博客

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xxx_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 Configuration
    PA9     ------> USART1_TX
    PA10     ------> 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);
  }
}