HAL 库(Hardware Abstraction Layer,硬件抽象层)和标准库(Standard Peripheral Library,标准外设库,又称为 SPL)都是 STM32 微控制器的固件库。它们的主要区别在于结构和抽象级别。

1.HAL 库: HAL 库是 STMicroelectronics(ST)提供的较新的库。它提供了一套统一的 API,用于访问 STM32 系列微控制器的外设。HAL 库的目的是简化固件开发,让开发者更加关注应用层逻辑,而无需深入了解底层硬件。

HAL 库的特点:

  • 跨平台支持:支持 STM32 全系列微控制器。
  • 结构统一:为所有外设提供统一的 API 和驱动结构。
  • 易于使用:简化了许多硬件操作,使得开发者可以快速上手。
  • 与 STM32CubeMX 工具集成:STM32CubeMX 可以自动生成 HAL 库的初始代码,方便开发者配置硬件。

2.标准库(SPL): 标准库是 STMicroelectronics(ST)较早推出的库,提供了访问 STM32 外设的底层驱动。它在设计上更接近寄存器操作,为开发者提供了更多的控制权,但是相对复杂一些。

标准库的特点:

  • 针对特定平台:针对不同的 STM32 系列提供相应的库。
  • 底层驱动:为外设提供底层的驱动接口,更接近硬件操作。
  • 控制精细:提供了更多的硬件控制选项,但相应地要求开发者具备较高的硬件知识。
  • 学习曲线较陡:由于其底层性质,开发者需要花费更多的时间学习和理解。

总结: HAL 库和标准库都可以实现 STM32 的固件开发,但它们具有不同的抽象级别和设计哲学。HAL 库更加易于使用,与 STM32CubeMX 工具集成,并支持跨平台开发。相比之下,标准库提供了更底层的硬件控制,但学习曲线较陡。根据开发者的经验和项目需求,可以选择适合的库进行开发。

对于初学者来说,HAL库更容易学习。原因如下:

  • 抽象级别:HAL库提供了更高级别的抽象,封装了许多底层的硬件操作。因此,初学者可以在较短的时间内掌握库的使用方法,并集中精力在应用层逻辑的开发上。
  • 统一API:HAL库为STM32系列微控制器提供了统一的API和驱动结构。这使得初学者在学习一个系列的STM32微控制器后,可以更容易地迁移到其他系列。
  • STM32CubeMX集成:STM32CubeMX是一个图形化的工具,可以帮助初学者快速配置硬件外设,并自动生成初始代码。这大大简化了项目的启动过程,提高了开发效率。
  • 更丰富的文档和教程:由于HAL库是ST官方推荐的库,因此在网络上有大量的文档、教程和示例代码。这些资源可以帮助初学者更快地了解和学习HAL库的使用。

尽管HAL库在学习曲线上相对较平缓,但它并不是完美的。由于其抽象级别较高,某些情况下可能会遇到性能问题或者不够灵活的控制。然而,对于初学者来说,从HAL库开始学习是一个更好的选择,因为它可以让开发者更快地上手并专注于应用层逻辑。随着经验的积累,开发者可以逐渐深入了解底层硬件,以便在需要时进行更精细的控制。

HAL库的优点很多,但缺点也比较明显,由于HAL库为了硬件做了很多兼容工作,对代码的健壮性做了很多处理,因此HAL库硬件的运行效率没有标准库那么高。但通过LL库与HAL库的搭配使用,就可以解决我们对软件运行效率苛求的一些问题。

HAL属于驱动层,可以通过ST官方的CubeMX工具,通过HAL硬件抽象层接口就可以实现与中间层的第三方库耦合,进行添加和抽离。从而避免了中间层的组件直接与硬件打交道。这样大大提高了工程的复用性,可以使同一套代码在不同的硬件开发板中进行使用。

F4相对于F1芯片附带了DSP和FPU

  • DPS:数字信号处理单元
  • FPU:浮点运算单元

注:STM32单片机对于数字信号处理,是通过内核的DSP指令集来提供支持的。

  • 固件包中的文件夹
    • 1、Documentation 文件夹:说明文档,如何使用HAL库固件包。
    • 2、Drivers 文件夹:包含BSP\CMSIS\HAL_Driver这三个文件夹。其中,BSP为官方开发板的支持库包。CMSIS为前面讲述的CMSIS 标准除外设驱动外的各种接口库。HAL_Driver就是HAL库驱动包了。
    • 3、Middlewares:中间件,提供一些对硬件的服务。其中ST文件夹下为ST官方的中间件,包含emWIN图形界面库和USB主\从机接口库。Third_Party为第三方的中间件,如FatFs文件系统、FreeRTOS实时系统、LwIP网络协议栈。
    • 4、Projects:官方开发板的各种工程实例,包含各种外设如何使用,以及外设与中间件的耦合。非常有参考价值。
    • 5、Utilities:通用的一些文件,比如官方实例中用到的一些音频、视频、字库资料。不重要。