工程師STM32單片機學習基礎手記（2）：從勉強看懂一行程序到IO口研究

　勉勉強強看懂一行程序

　　繼續學習中，先把開發板自帶一個例子做了些精簡，以免看得嚇人。。。。
　　
　　就是這個，讓PORTD上接的4個LED分別點亮。
　　開始研究代碼
　　int main（void）
　　{
　　Init_All_Periph（）;
　　。。.。。.
　　看到這一行，開始跟蹤，于是又看到了下面的內容
　　void Init_All_Periph（void）
　　{
　　RCC_Configuration（）;
　　。。.。。.
　　繼續跟蹤
　　void RCC_Configuration（void）
　　{
　　SystemInit（）;
　　。。.。。.
　　這行代碼在system_stm32f10x.c中找到了。
　　void SystemInit （void）
　　{
　　/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state（for debug purpose） */
　　/* Set HSION bit */
　　RCC-》CR |= （uint32_t）0x00000001;
　　/* Reset SW， HPRE， PPRE1， PPRE2， ADCPRE and MCO bits */
　　#ifndef STM32F10X_CL
　　RCC-》CFGR = （uint32_t）0xF8FF0000;
　　#else
　　RCC-》CFGR = （uint32_t）0xF0FF0000;
　　#endif /* STM32F10X_CL */
　　/* Reset HSEON， CSSON and PLLON bits */
　　RCC-》CR = （uint32_t）0xFEF6FFFF;
　　/* Reset HSEBYP bit */
　　RCC-》CR = （uint32_t）0xFFFBFFFF;
　　/* Reset PLLSRC， PLLXTPRE， PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
　　RCC-》CFGR = （uint32_t）0xFF80FFFF;
　　#ifndef STM32F10X_CL
　　/* Disable all interrupts and clear pending bits */
　　RCC-》CIR = 0x009F0000;
　　#else
　　/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
　　RCC-》CR = （uint32_t）0xEBFFFFFF;
　　/* Disable all interrupts and clear pending bits */
　　RCC-》CIR = 0x00FF0000;
　　/* Reset CFGR2 register */
　　RCC-》CFGR2 = 0x00000000;
　　#endif /* STM32F10X_CL */
　　/* Configure the System clock frequency， HCLK， PCLK2 and PCLK1 prescalers */
　　/* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
　　SetSysClock（）;
　　}
　　這一長串的又是什么，如何來用呢？看來，偷懶是不成的了，只能回過頭去研究STM32的時鐘構成了。
　　相當的復雜。

　系統的時鐘可以有3個來源：內部時鐘HSI，外部時鐘HSE，或者PLL（鎖相環模塊）的輸出。它們由RCC_CFGR寄存器中的SW來選擇。
　　SW（1：0）：系統時鐘切換
　　由軟件置’1’或清’0’來選擇系統時鐘源。 在從停止或待機模式中返回時或直接或間接作為系統時鐘的HSE出現故障時，由硬件強制選擇HSI作為系統時鐘（如果時鐘安全系統已經啟動）
　　00：HSI作為系統時鐘；
　　01：HSE作為系統時鐘；
　　10：PLL輸出作為系統時鐘；
　　11：不可用。
　　////////////////////////////////////////////////////////////////////
　　PLL的輸出直接送到USB模塊，經過適當的分頻后得到48M的頻率供USB模塊使用。
　　系統時鐘的一路被直接送到I2S模塊；另一路經過AHB分頻后送出，送往各個系統，其中直接送往SDI，FMSC，AHB總線；8分頻后作為系統定時器時鐘；經過APB1分頻分別控制PLK1、定時器TIM2~TIM7；經過APB2分頻分別控制PLK2、定時器TIM1~TIM8、再經分頻控制ADC；
　　由此可知，STM32F10x芯片的時鐘比之于51、AVR、PIC等8位機要復雜復多，因此，我們立足于對著芯片手冊來解讀程序，力求知道這些程序代碼如何使用，為何這么樣使用，如果自己要改，可以修改哪些部分，以便自己使用時可以得心應手。
　　單步執行，看一看哪些代碼被執行了。
　　/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state（for debug purpose） */
　　/* Set HSION bit */
　　RCC-》CR |= （uint32_t）0x00000001;
　　
　　這是RCC_CR寄存器，由圖可見，HSION是其bit 0位。
　　HSION：內部高速時鐘使能
　　由軟件置’1’或清零。
　　當從待機和停止模式返回或用作系統時鐘的外部4-25MHz時鐘發生故障時，該位由硬件置’1’來啟動內部8MHz的RC振蕩器。當內部8MHz時鐘被直接或間接地用作或被選擇將要作為系統時鐘時，該位不能被清零。
　　0：內部8MHz時鐘關閉；
　　1：內部8MHz時鐘開啟。
　　///////////////////////////////////////////////////////////////////////
　　/* Reset SW， HPRE， PPRE1， PPRE2， ADCPRE and MCO bits */
　　#ifndef STM32F10X_CL
　　RCC-》CFGR = （uint32_t）0xF8FF0000;
　　
　　這是RCC_CFGR寄存器
　　該行程序清零了MC0［2:0］這三位，和ADCPRE［1:0］，ppre2［2:0］，PPRE1［2:0］，HPRE［3：0］，SWS［1：0］和SW［1：0］這16位。
　　/*
　　MCO： 微控制器時鐘輸出，由軟件置’1’或清零。
　　0xx：沒有時鐘輸出；
　　100：系統時鐘（SYSCLK）輸出；
　　101：內部8MHz的RC振蕩器時鐘輸出；
　　110：外部4-25MHz振蕩器時鐘輸出；
　　111：PLL時鐘2分頻后輸出。
　　*/
　　/* Reset HSEON， CSSON and PLLON bits */
　　RCC-》CR = （uint32_t）0xFEF6FFFF;
　　清零了PLLON，HSEBYP，HSERDY這3位。
　　/* Reset HSEBYP bit */
　　RCC-》CR = （uint32_t）0xFFFBFFFF;
　　清零了HSEBYP位 ///？？？為什么不一次寫？？
　　HSEBYP：外部高速時鐘旁路，在調試模式下由軟件置’1’或清零來旁路外部晶體振蕩器。只有在外部4-25MHz振蕩器關閉的情況下，才能寫入該位。
　　0：外部4-25MHz振蕩器沒有旁路；
　　1：外部4-25MHz外部晶體振蕩器被旁路。
　　所以要先清HSEON位，再清該位。
　　/* Reset PLLSRC， PLLXTPRE， PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
　　RCC-》CFGR = （uint32_t）0xFF80FFFF;
　　清零了：USBPRE，PLLMUL，PLLXTPR，PLLSRC共7位
　　/* Disable all interrupts and clear pending bits */
　　RCC-》CIR = 0x009F0000;
　　////這個暫不解讀
　　SetSysClock（）;
　跟蹤進入該函數，可見一連串的條件編譯：


　　單步運行，執行的是：
　　#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
　　SetSysClockTo72（）;
　　為何執行該行呢，找到SYSCLK_PREQ_**的相關定義，如下圖所示。
　　
　　這樣就得到了我們所要的一個結論：如果要更改系統工作頻率，只需要在這里更改就可以了。
　　可以繼續跟蹤進入這個函數來觀察如何將工作頻率設定為72MHz的。
　　static void SetSysClockTo72（void）
　　{
　　__IO uint32_t StartUpCounter = 0， HSEStatus = 0;
　　/* SYSCLK， HCLK， PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/
　　/* Enable HSE */
　　RCC-》CR |= （（uint32_t）RCC_CR_HSEON）;
　　//開啟HSE
　　/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
　　do
　　{
　　HSEStatus = RCC-》CR RCC_CR_HSERDY;
　　StartUpCounter++;
　　} while（（HSEStatus == 0） （StartUpCounter ！= HSEStartUp_TimeOut））;
　　//等待HSE確實可用，這有個標志，即RCC_CR寄存器中的HSERDY位（bit 17），這個等待不會無限長，有個超時策略，即每循環一次計數器加1，如果計數的次數超過HSEStartUp_TimeOut，就退出循環，而這個HSEStartUp_TimeOut在stm32f10x.h中定義，
　　#define HSEStartUp_TimeOut （（uint16_t）0x0500） /*！《 Time out for HSE start up */
　　///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
　　if （（RCC-》CR RCC_CR_HSERDY） ！= RESET）
　　{
　　HSEStatus = （uint32_t）0x01;
　　}
　　else
　　{
　　HSEStatus = （uint32_t）0x00;
　　}
　　///再次判斷HSERDY標志位，并據此給HSEStatus變量賦值。
　　if （HSEStatus == （uint32_t）0x01）
　　{
　　/* Enable Prefetch Buffer */
　　FLASH-》ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;
　　/* Flash 2 wait state */
　　FLASH-》ACR = （uint32_t）（（uint32_t）~FLASH_ACR_LATENCY）;
　　FLASH-》ACR |= （uint32_t）FLASH_ACR_LATENCY_2;
　　/* HCLK = SYSCLK */
　　RCC-》CFGR |= （uint32_t）RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
　　//找到定義： #define RCC_CFGR_HPRE_DIV1 （（uint32_t）0x00000000） /*！《 SYSCLK not divided */
　　/* PCLK2 = HCLK */
　　RCC-》CFGR |= （uint32_t）RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
　　//找到定義：#define RCC_CFGR_PPRE2_DIV1 （（uint32_t）0x00000000） /*！《 HCLK not divided */
　　/* PCLK1 = HCLK */
　　RCC-》CFGR |= （uint32_t）RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;
　　//找到定義：#define RCC_CFGR_PPRE1_DIV2 （（uint32_t）0x00000400） /*！《 HCLK divided by 2 */
　　#ifdef STM32F10X_CL
　　……
　　#else
　　/* PLL configuration： PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
　　RCC-》CFGR = （uint32_t）（（uint32_t）~（RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
　　RCC_CFGR_PLLMULL））;
　　RCC-》CFGR |= （uint32_t）（RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9）;
　　#endif /* STM32F10X_CL */
　　//以上是設定PLL的倍頻系數為9，也就是說，這個72M是在外部晶振為8M時得到的。
　　/* Enable PLL */
　　RCC-》CR |= RCC_CR_PLLON;
　　/* Wait till PLL is ready */
　　while（（RCC-》CR RCC_CR_PLLRDY） == 0）
　　{
　　}
　　/* Select PLL as system clock source */
　　RCC-》CFGR = （uint32_t）（（uint32_t）~（RCC_CFGR_SW））;
　　RCC-》CFGR |= （uint32_t）RCC_CFGR_SW_PLL;
　　/* Wait till PLL is used as system clock source */
　　while （（RCC-》CFGR （uint32_t）RCC_CFGR_SWS） ！= （uint32_t）0x08）
　　{
　　}
　　}
　　else
　　{ /* If HSE fails to start-up， the application will have wrong clock
　　configuration. User can add here some code to deal with this error */
　　/* Go to infinite loop */
　　while （1）
　　{
　　}
　　}
　　}

　　至此，我們可以歸納幾條：
　　（1） 時鐘源有3個
　　（2） 開機時默認是HSI起作用，可以配置為所要求的任意一個時鐘
　　（3） 配置時必須按一定的順序來打開或都關閉一些位，并且各時鐘起作用有一定的時間，因此要利用芯片內部的標志位來判斷是否可以執行下一步。
　　（4） 如果外部時鐘、PLL輸出失效，系統可以自動回復到HSI（開啟時鐘安全系統）
　　（5） HSI的頻率準確度可以達到+/- 1%，如果有必要時，還可以用程序來調整這個頻率，可調的范圍大致在200KHz左右。
　　最后讓我們來感受一下勞動的果實吧--試著改改頻率看有何反應。
　　為查看更改后的效果，先記錄更改前的數據。將調試切換到仿真，在第一條：
　　Delay（0xAFFFF）;
　　指令執行前后，分別記錄下Status和Sec
　　Status:2507 3606995
　　Sec:0.00022749 0.05028982
　　將振蕩頻率更改為36MHz，即
　　。。.
　　#define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000 //去掉該行的注釋
　　/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000 */
　　/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000 */
　　/*#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000*/ //將該行加上注釋
　　再次運行，結果如下：
　　Status:2506 3606994
　　Sec:0.00008478 0.10036276
　　基本上是延時時間長了一倍。改成硬件仿真，將代碼寫入板子，可以看到LED閃爍的頻率明顯變慢了。

IO研究

　　前面的例子研究了時鐘，接下來就來了解一下引腳的情況
　　Main.c中，有關I/O口的配置代碼如下：
　　void GPIO_Configuration（void）
　　{
　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
　　/* Configure IO connected to LD1， LD2， LD3 and LD4 leds *********************/
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
　　GPIO_Init（GPIOD， GPIO_InitStructure）;
　　這幾行代碼是將GPIOD的第8，9，10和11引腳配置成輸出，并且還可以設定輸出引腳的速度（驅動能力？），這里設定為 50MHz，這應該是常用的，還有可以設置為2MHz的。那么如何將引腳設置成輸入呢？查看電路原理圖，GPIOD.0～GPIO.4是接一個搖桿的5個按鈕的，因此，下面嘗試著將它們設置成為輸入端。
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
　　GPIO_Init（GPIOD， GPIO_InitStructure）;
　　第1行和第3行完全是照抄，第2行那個GPIO_Mode_IN_FLOATING是在stm32f10x_gpio.h中找到的。
　　
　　當然是因為這里還有GPIO_Mode_Out_PP，所以猜測應該是它了。至于還有其他那么多的符號就不管了。
　　定義完成，編譯完全通過，那就接下來準備完成下面的代碼了。
　　int main（void）
　　{
　　Init_All_Periph（）;
　　while（1）
　　{ if（ GPIO_ReadInputDataBit（GPIOD，GPIO_Pin_0）） //1
　　{ GPIO_ResetBits（GPIOD， GPIO_Pin_8）;
　　}
　　else
　　{ /* Turn on LD1 */
　　GPIO_SetBits（GPIOD， GPIO_Pin_8）;
　　/* Insert delay */
　　}
　　。。.。。.
　　標號為1的行顯然其作用是判斷GPIOD.0引腳是0還是1。這個函數是在stm32f10x_gpio.c中找到的。
　　uint8_t GPIO_ReadInputDataBit（GPIO_TypeDef* GPIOx， uint16_t GPIO_Pin）
　　{
　　uint8_t bitstatus = 0x00;
　　/* Check the parameters */
　　assert_param（IS_GPIO_ALL_PERIPH（GPIOx））;
　　assert_param（IS_GET_GPIO_PIN（GPIO_Pin））;
　　if （（GPIOx-》IDR GPIO_Pin） ！= （uint32_t）Bit_RESET）
　　{
　　bitstatus = （uint8_t）Bit_SET;
　　}
　　else
　　{
　　bitstatus = （uint8_t）Bit_RESET;
　　}
　　return bitstatus;
　　}
　　雖然程序還有很多符號看不懂（沒有去查），但憑感覺它應該是對某一個引腳的狀態進行判斷，因為這個函數的類型是uint8_t，估計stm32沒有bit型函數（需要驗證），所以就用了uint8_t型了），如果是讀的端口的值，應該用uint16_t型。這一點在下面也可以得到部分的驗證：
　　uint16_t GPIO_ReadInputData（GPIO_TypeDef* GPIOx）
　　uint16_t GPIO_ReadOutputData（GPIO_TypeDef* GPIOx）
　　這些函數是讀引腳及輸出寄存器的數據的。

　再次編譯，也是順利通過，依法炮制，將其他三個引腳輸入控制LED的代碼也寫上，為保險起見，先用軟件仿真，免得反復擦寫FLASH（順便說一句，目前還沒有搞定將代碼寫入RAM及從RAM中執行）
　　
　　進入仿真后打開外圍部件接口，單步執行，果然如同設想那樣運作了，單擊Pins 0后面的勾，再次運行，果然PIN8后面的勾沒了。做到這里，就感覺到用keil的好處了，這塊熟啊，幾乎沒有花時間在上面，一用就成了。