工程师STM32单片机学习基础手记（2）：从勉强看懂一行程序到IO口研究

　勉勉强强看懂一行程序

　　继续学习中，先把开发板自带一个例子做了些精简，以免看得吓人。。。。
　　
　　就是这个，让PORTD上接的4个LED分别点亮。
　　开始研究代码
　　int main（void）
　　{
　　Init_All_Periph（）;
　　。。.。。.
　　看到这一行，开始跟踪，于是又看到了下面的内容
　　void Init_All_Periph（void）
　　{
　　RCC_Configuration（）;
　　。。.。。.
　　继续跟踪
　　void RCC_Configuration（void）
　　{
　　SystemInit（）;
　　。。.。。.
　　这行代码在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（）;
　　}
　　这一长串的又是什么，如何来用呢？看来，偷懒是不成的了，只能回过头去研究STM32的时钟构成了。
　　相当的复杂。

　系统的时钟可以有3个来源：内部时钟HSI，外部时钟HSE，或者PLL（锁相环模块）的输出。它们由RCC_CFGR寄存器中的SW来选择。
　　SW（1：0）：系统时钟切换
　　由软件置’1’或清’0’来选择系统时钟源。 在从停止或待机模式中返回时或直接或间接作为系统时钟的HSE出现故障时，由硬件强制选择HSI作为系统时钟（如果时钟安全系统已经启动）
　　00：HSI作为系统时钟；
　　01：HSE作为系统时钟；
　　10：PLL输出作为系统时钟；
　　11：不可用。
　　////////////////////////////////////////////////////////////////////
　　PLL的输出直接送到USB模块，经过适当的分频后得到48M的频率供USB模块使用。
　　系统时钟的一路被直接送到I2S模块；另一路经过AHB分频后送出，送往各个系统，其中直接送往SDI，FMSC，AHB总线；8分频后作为系统定时器时钟；经过APB1分频分别控制PLK1、定时器TIM2~TIM7；经过APB2分频分别控制PLK2、定时器TIM1~TIM8、再经分频控制ADC；
　　由此可知，STM32F10x芯片的时钟比之于51、AVR、PIC等8位机要复杂复多，因此，我们立足于对着芯片手册来解读程序，力求知道这些程序代码如何使用，为何这么样使用，如果自己要改，可以修改哪些部分，以便自己使用时可以得心应手。
　　单步执行，看一看哪些代码被执行了。
　　/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state（for debug purpose） */
　　/* Set HSION bit */
　　RCC-》CR |= （uint32_t）0x00000001;
　　
　　这是RCC_CR寄存器，由图可见，HSION是其bit 0位。
　　HSION：内部高速时钟使能
　　由软件置’1’或清零。
　　当从待机和停止模式返回或用作系统时钟的外部4-25MHz时钟发生故障时，该位由硬件置’1’来启动内部8MHz的RC振荡器。当内部8MHz时钟被直接或间接地用作或被选择将要作为系统时钟时，该位不能被清零。
　　0：内部8MHz时钟关闭；
　　1：内部8MHz时钟开启。
　　///////////////////////////////////////////////////////////////////////
　　/* Reset SW， HPRE， PPRE1， PPRE2， ADCPRE and MCO bits */
　　#ifndef STM32F10X_CL
　　RCC-》CFGR = （uint32_t）0xF8FF0000;
　　
　　这是RCC_CFGR寄存器
　　该行程序清零了MC0［2:0］这三位，和ADCPRE［1:0］，ppre2［2:0］，PPRE1［2:0］，HPRE［3：0］，SWS［1：0］和SW［1：0］这16位。
　　/*
　　MCO： 微控制器时钟输出，由软件置’1’或清零。
　　0xx：没有时钟输出；
　　100：系统时钟（SYSCLK）输出；
　　101：内部8MHz的RC振荡器时钟输出；
　　110：外部4-25MHz振荡器时钟输出；
　　111：PLL时钟2分频后输出。
　　*/
　　/* Reset HSEON， CSSON and PLLON bits */
　　RCC-》CR = （uint32_t）0xFEF6FFFF;
　　清零了PLLON，HSEBYP，HSERDY这3位。
　　/* Reset HSEBYP bit */
　　RCC-》CR = （uint32_t）0xFFFBFFFF;
　　清零了HSEBYP位 ///？？？为什么不一次写？？
　　HSEBYP：外部高速时钟旁路，在调试模式下由软件置’1’或清零来旁路外部晶体振荡器。只有在外部4-25MHz振荡器关闭的情况下，才能写入该位。
　　0：外部4-25MHz振荡器没有旁路；
　　1：外部4-25MHz外部晶体振荡器被旁路。
　　所以要先清HSEON位，再清该位。
　　/* 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;
　　////这个暂不解读
　　SetSysClock（）;
　跟踪进入该函数，可见一连串的条件编译：


　　单步运行，执行的是：
　　#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
　　SetSysClockTo72（）;
　　为何执行该行呢，找到SYSCLK_PREQ_**的相关定义，如下图所示。
　　
　　这样就得到了我们所要的一个结论：如果要更改系统工作频率，只需要在这里更改就可以了。
　　可以继续跟踪进入这个函数来观察如何将工作频率设定为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）;
　　//开启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确实可用，这有个标志，即RCC_CR寄存器中的HSERDY位（bit 17），这个等待不会无限长，有个超时策略，即每循环一次计数器加1，如果计数的次数超过HSEStartUp_TimeOut，就退出循环，而这个HSEStartUp_TimeOut在stm32f10x.h中定义，
　　#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;
　　}
　　///再次判断HSERDY标志位，并据此给HSEStatus变量赋值。
　　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;
　　//找到定义： #define RCC_CFGR_HPRE_DIV1 （（uint32_t）0x00000000） /*！《 SYSCLK not divided */
　　/* PCLK2 = HCLK */
　　RCC-》CFGR |= （uint32_t）RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
　　//找到定义：#define RCC_CFGR_PPRE2_DIV1 （（uint32_t）0x00000000） /*！《 HCLK not divided */
　　/* PCLK1 = HCLK */
　　RCC-》CFGR |= （uint32_t）RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;
　　//找到定义：#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 */
　　//以上是设定PLL的倍频系数为9，也就是说，这个72M是在外部晶振为8M时得到的。
　　/* 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，我们可以归纳几条：
　　（1） 时钟源有3个
　　（2） 开机时默认是HSI起作用，可以配置为所要求的任意一个时钟
　　（3） 配置时必须按一定的顺序来打开或都关闭一些位，并且各时钟起作用有一定的时间，因此要利用芯片内部的标志位来判断是否可以执行下一步。
　　（4） 如果外部时钟、PLL输出失效，系统可以自动回复到HSI（开启时钟安全系统）
　　（5） HSI的频率准确度可以达到+/- 1%，如果有必要时，还可以用程序来调整这个频率，可调的范围大致在200KHz左右。
　　最后让我们来感受一下劳动的果实吧--试着改改频率看有何反应。
　　为查看更改后的效果，先记录更改前的数据。将调试切换到仿真，在第一条：
　　Delay（0xAFFFF）;
　　指令执行前后，分别记录下Status和Sec
　　Status:2507 3606995
　　Sec:0.00022749 0.05028982
　　将振荡频率更改为36MHz，即
　　。。.
　　#define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000 //去掉该行的注释
　　/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000 */
　　/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000 */
　　/*#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000*/ //将该行加上注释
　　再次运行，结果如下：
　　Status:2506 3606994
　　Sec:0.00008478 0.10036276
　　基本上是延时时间长了一倍。改成硬件仿真，将代码写入板子，可以看到LED闪烁的频率明显变慢了。

IO研究

　　前面的例子研究了时钟，接下来就来了解一下引脚的情况
　　Main.c中，有关I/O口的配置代码如下：
　　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）;
　　这几行代码是将GPIOD的第8，9，10和11引脚配置成输出，并且还可以设定输出引脚的速度（驱动能力？），这里设定为 50MHz，这应该是常用的，还有可以设置为2MHz的。那么如何将引脚设置成输入呢？查看电路原理图，GPIOD.0～GPIO.4是接一个摇杆的5个按钮的，因此，下面尝试着将它们设置成为输入端。
　　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行那个GPIO_Mode_IN_FLOATING是在stm32f10x_gpio.h中找到的。
　　
　　当然是因为这里还有GPIO_Mode_Out_PP，所以猜测应该是它了。至于还有其他那么多的符号就不管了。
　　定义完成，编译完全通过，那就接下来准备完成下面的代码了。
　　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 */
　　}
　　。。.。。.
　　标号为1的行显然其作用是判断GPIOD.0引脚是0还是1。这个函数是在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;
　　}
　　虽然程序还有很多符号看不懂（没有去查），但凭感觉它应该是对某一个引脚的状态进行判断，因为这个函数的类型是uint8_t，估计stm32没有bit型函数（需要验证），所以就用了uint8_t型了），如果是读的端口的值，应该用uint16_t型。这一点在下面也可以得到部分的验证：
　　uint16_t GPIO_ReadInputData（GPIO_TypeDef* GPIOx）
　　uint16_t GPIO_ReadOutputData（GPIO_TypeDef* GPIOx）
　　这些函数是读引脚及输出寄存器的数据的。

　再次编译，也是顺利通过，依法炮制，将其他三个引脚输入控制LED的代码也写上，为保险起见，先用软件仿真，免得反复擦写FLASH（顺便说一句，目前还没有搞定将代码写入RAM及从RAM中执行）
　　
　　进入仿真后打开外围部件接口，单步执行，果然如同设想那样运作了，单击Pins 0后面的勾，再次运行，果然PIN8后面的勾没了。做到这里，就感觉到用keil的好处了，这块熟啊，几乎没有花时间在上面，一用就成了。