1. 初識(shí)HAL

ST 為開(kāi)發(fā)者提供了三種的開(kāi)發(fā)庫(kù)：

1. 標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)（Standard Peripheral Library, SPL庫(kù)）
2. 硬件抽象層庫(kù)（Hardware Abstraction Layer，HAL庫(kù)）
3. 底層庫(kù)（Low-Layer，底層庫(kù)）

其中，ST CubeMX軟件支持STM32全線產(chǎn)品的HAL和LL庫(kù)；SPL已經(jīng)停更，部分芯片如STM32F7xx沒(méi)有推出SPL庫(kù)。

相比標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)，STM32 HAL庫(kù)擁有更好的抽象整合水平，HAL API（HAL Application Programming Interface，HAL應(yīng)用程序接口）集中關(guān)注各個(gè)外設(shè)（Peripheral）的公共函數(shù)功能，通過(guò)定義一套通用的、用戶友好的API函數(shù)接口，支持不同STM32系列產(chǎn)品之間的輕松移植。

以點(diǎn)亮LED的工程舉例。

1.首先配置MDK的代碼補(bǔ)全

Edit Configuration Text Completion Symbols after 3 Characters。

2.代碼補(bǔ)全效果。

HAL庫(kù)函數(shù)都以HAL作為開(kāi)頭。打開(kāi)代碼自動(dòng)補(bǔ)全后，輸入HAL_GPIO即可彈出一系列支持的函數(shù)，如下圖的Init（初始化）、LockPin（鎖引腳）、ReadPin（讀引腳）、TogglePin（翻轉(zhuǎn)引腳）等。

3.HAL支持哪些函數(shù)？

如下圖所示，點(diǎn)擊MDK左側(cè)工程欄下方的Functions，點(diǎn)開(kāi)對(duì)應(yīng)的hal_xx.c文件，即可顯示出所有的HAL庫(kù)函數(shù)。

ST的HAL庫(kù)通過(guò)高度抽象化，使用統(tǒng)一的HAL API對(duì)硬件進(jìn)行操作。無(wú)論是使用STM32F1系列、L4系列、F7系列、H7系列等，對(duì)GPIO的初始化、讀、寫(xiě)、翻轉(zhuǎn)操作都是如下的統(tǒng)一接口，極大地方便了開(kāi)發(fā)者將相同的代碼移植到不同的ST系列芯片中。

• void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)
• GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
• void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
• void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

CubeMX通過(guò)圖形化界面操作，配置各個(gè)引腳、外設(shè)的工作狀態(tài)，自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)初始化代碼，方便用戶快速進(jìn)行底層功能部署，開(kāi)發(fā)者只關(guān)注CubeMX圖形化界面的配置，可以不關(guān)注寫(xiě)底層硬件寄存器，通過(guò)調(diào)用統(tǒng)一的HAL API實(shí)現(xiàn)外設(shè)各種功能，這是HAL的一個(gè)典型特點(diǎn)。

2. STM32 Manual

關(guān)于STM32L4系列的手冊(cè)，可以在https://www.st.com/zh/microcontrollers-microprocessors/stm32l4-series.html下載相關(guān)手冊(cè)。

ST系列常見(jiàn)文檔的命名規(guī)則如下：

1.AN， Application Note ，應(yīng)用手冊(cè)。一般是一些相對(duì)復(fù)雜、精細(xì)、精巧的應(yīng)用原理與結(jié)果介紹，閱讀門(mén)檻較高，建議熟悉芯片、熟悉嵌入式系統(tǒng)后，再根據(jù)具體開(kāi)發(fā)工作需求進(jìn)行查找與閱讀。
2.DS， Data Sheet ，規(guī)格書(shū)。芯片手冊(cè)，說(shuō)明芯片容量、芯片時(shí)序、芯片封裝等情況的文檔，一般用于硬件選型階段。
3.UM， User Manual ，用戶手冊(cè)，為開(kāi)發(fā)者提供HAL庫(kù)使用說(shuō)明、硬件使用說(shuō)明等情況的文檔，開(kāi)發(fā)階段可以作為參考書(shū)。瀏覽https://www.st.com/zh/embedded-software/stm32cubel4.html可以找到STM32L4系列的HAL庫(kù)UM手冊(cè)。本課程要求下載UM1884 Description of STM32L4/L4+ HAL and low-layer drivers.pdf手冊(cè)。建議將該手冊(cè)作為參考書(shū)，有需要時(shí)再查閱，不要通讀，以后該文件簡(jiǎn)稱為UM1884.pdf文件。
RM， Reference Manual ，參考手冊(cè)。說(shuō)明芯片內(nèi)部寄存器如何配置的手冊(cè)，本課程要求下載RM0394_STM32L41xxx/42xxx/43xxx/44xxx/45xxx/46xxx advanced Arm?-based 32-bit MCUs.pdf文件，對(duì)應(yīng)例程逐步深入了解。以后該文件簡(jiǎn)稱為RM0394.pdf。
4.PM， Programming Manual ，編程手冊(cè)，針對(duì)具體芯片，一般是RISC匯編指令的解讀，不推薦給初學(xué)者。
5.TN， Technical Note ，技術(shù)手冊(cè)，一般是一些芯片規(guī)格、封裝、PCB制版、Toolchains等軟硬件方面的雜項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)和進(jìn)一步解讀，不推薦給初學(xué)者。

3. 熟悉GPIO HAL Driver

STM32L431RCT6芯片有GPIOA~GPIOE、GPIOH等6個(gè)IO口，其中，每個(gè)IO口都有16個(gè)引腳，從GPIOx的PIN0 ~ PIN15。

在第一個(gè)EVB MX+的GPIO例程中，我們翻轉(zhuǎn)GPIOC的引腳13，實(shí)現(xiàn)LED的點(diǎn)亮和熄滅。

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);

/* 其函數(shù)原型為 */
/**
  * @brief  Toggle the specified GPIO pin.
  * @param  GPIOx where x can be (A..H) to select the GPIO peripheral for STM32L4 family
  * @param  GPIO_Pin specifies the pin to be toggled.
  * @retval None
  */
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

我們依次認(rèn)識(shí)GPIOC和GPIO_PIN_13，從HAL庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作原理、STM32的GPIO結(jié)構(gòu)的角度，來(lái)逐步深入了解。GPIO是最基礎(chǔ)的內(nèi)容，掌握了GPIO的HAL操作原理，也就理解了USART、SPI、ADC、IIC等更復(fù)雜外設(shè)的HAL庫(kù)工作原理。

3.1 回顧指針

3.1.1 內(nèi)存中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)類型

計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，可以簡(jiǎn)單看作一條長(zhǎng)街上的一行房子，每一個(gè)房子內(nèi)能容納數(shù)據(jù)，并且每一個(gè)房子具有獨(dú)一無(wú)二的編號(hào)。

• 上圖中，每一個(gè)格子表示1個(gè)字節(jié)，一個(gè)字節(jié)的無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍是
• 為了存儲(chǔ)更大的數(shù)，我們也可以將4個(gè)字節(jié)看作一個(gè)單元，在32位計(jì)算機(jī)中，4個(gè)字節(jié)即一個(gè)字word

計(jì)算機(jī)中所有的數(shù)據(jù)都必須放在內(nèi)存中，不同類型的數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)不一樣。如 int 占用 4 個(gè)字節(jié)，char 占用 1 個(gè)字節(jié)。為了正確地訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)，必須為每個(gè)字節(jié)都編上號(hào)碼，就像門(mén)牌號(hào)、身份證號(hào)一樣，每個(gè)字節(jié)的編號(hào)是唯一的，根據(jù)編號(hào)可以準(zhǔn)確地找到某個(gè)字節(jié)。

我們將內(nèi)存中字節(jié)的編號(hào)稱為地址（Address）。地址從 0 開(kāi)始依次增加。對(duì)于32位環(huán)境，程序能夠使用的內(nèi)存為 4GB，最小的地址為0x00000000，最大的地址為0XFFFFFFFF。

下圖是 4G 內(nèi)存中每個(gè)字的編號(hào)（以十進(jìn)制表示）：

舉個(gè)簡(jiǎn)單例子：下圖表明計(jì)算機(jī)中， 5個(gè)連續(xù)的字單元中的存儲(chǔ)內(nèi)容。

• 不得不說(shuō)，如果直接通過(guò)地址編號(hào)去讀取/修改這些數(shù)據(jù)，是一件讓人為難的事情 ；
• 高級(jí)語(yǔ)言提供了解決方案，支持通過(guò)變量名進(jìn)行訪問(wèn)；
• 通過(guò)變量名來(lái)訪問(wèn)變量，對(duì)于開(kāi)發(fā)者非常友好。但是要時(shí)刻記住計(jì)算機(jī)硬件依然是通過(guò)地址來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存單元(Hardware still accesses memory locations using addresses)。

下圖和代碼表示通過(guò)變量名訪問(wèn)內(nèi)存：

int a = 112, b = -1;
float c = 3.14;
int *d = &a;
float *e = &c;

在上述代碼中，變量d和e是指針，它們不是int和float類型，而分別是(int *)和(float *)類型，它們是變量，也存儲(chǔ)在內(nèi)存中。在變量d中，可以存儲(chǔ)int類型變量的地址，在變量e中，可以存儲(chǔ)float類型變量的地址。

通過(guò)前面的圖，我們已經(jīng)知道，變量a存儲(chǔ)在地址編號(hào)為100的格子中。如果需要將變量a的數(shù)值修改為200，則下面語(yǔ)句互相完全等價(jià)：

a = 200;
*d = 200; /*變量d之前的*，是指針變量的解引用操作符，derefrence,返回存儲(chǔ)在指針地址中的值*/
*( (int *)(100) ) = 200;

• 第三條語(yǔ)句是典型的C語(yǔ)言Cast，即類型轉(zhuǎn)換。
• 第三條語(yǔ)句將無(wú)符號(hào)數(shù)100強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成了(int *)的指針，然后在編號(hào)為100的地址中寫(xiě)入數(shù)據(jù)200。
• 但是，務(wù)必要注意，這種寫(xiě)法很危險(xiǎn)。我們?cè)诰幾g程序之后，一般并不知道某個(gè)變量在內(nèi)存中的存放地址，通過(guò)直接地址編號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，很容易造成程序崩潰。
• 但是，ST HAL庫(kù)對(duì)內(nèi)部寄存器操作，卻主動(dòng)采用了這種看似危險(xiǎn)的做法。后文會(huì)清晰說(shuō)明原因。

3.1.2 指針是變量

假設(shè)聲明的變量被依次存放在0x20000000UL地址開(kāi)始的單元格內(nèi)。

unsignedint  a    = 0xFFFFFFFF; /*無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)，4294967295*/
signedint    b    = -1;         /*有符號(hào)數(shù)，-1*/
unsignedint  c    = 0xFFFFFFFD; /*無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)，4294967293*/
signedint    d    = -2;         /*有符號(hào)數(shù)，-2*/
unsignedint *pa   = &a;         /*指針變量pa指向a，即，將a的地址賦值給變量pa*/
unsignedint **ppa = &pa;        /*指針變量ppa指向pa，即，將pa的地址賦值給變量ppa*/

typedefstruct{
    unsignedint a;
    signedint b;
    unsignedint c;
    signedint   d;
}User_Typedef; /*自定義某個(gè)數(shù)據(jù)類型，將其命名為User_Typedef*/

User_Typedef data     = {0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFD,0xFFFFFFFD};
User_Typedef *pdata   = &data;  /*指針變量pdata指向data*/
User_Typedef **ppdata = &pdata; /*指針變量ppdata指向pdata*/

在C語(yǔ)言中，字節(jié)對(duì)齊的情況下，結(jié)構(gòu)體所占用的內(nèi)存是連續(xù)的，且每個(gè)成員也是連續(xù)存放的。在本例中，結(jié)構(gòu)體變量data中的各個(gè)成員data.a、data.b、data.c、data.d的內(nèi)存地址是連續(xù)的。因此，雖然兩段代碼表面上完全不同，但是程序編譯和運(yùn)行后，數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的分布完全相同。

值得指出的是，結(jié)構(gòu)體指針中，存放的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)體變量第一個(gè)成員的地址。在本例中，data.a的地址，即0x20000000被賦值給了結(jié)構(gòu)體指針pdata。而pdata存放在編號(hào)為0x20000010的內(nèi)存地址中，所以該地址中存放的數(shù)據(jù)是0x20000000。

從上面的程序中可以看出：

• C語(yǔ)言是強(qiáng)類型語(yǔ)言，不僅要聲明變量，還要關(guān)注變量類型。a和b的內(nèi)存地址中存放的數(shù)據(jù)其實(shí)是一樣的，但是因?yàn)轭愋筒煌?，所以程序?qū)?shù)據(jù)的理解完全不同。
• 指針也是變量，所以也需要存儲(chǔ)在某個(gè)內(nèi)存地址中。指針并不特殊，(Type *)類型的指針變量中，只能存儲(chǔ)Type類型變量的地址。此處的Type，適用于C語(yǔ)言的基礎(chǔ)類型數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體、函數(shù)等各種類型。
• 在32位環(huán)境中，一個(gè)指針變量占用4個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間，無(wú)論該指針是何種類型。

在第二段代碼中，可以用如下方式訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體中的各個(gè)成員，第5~7行完全等價(jià)。

User_Typedef data；/*data中的成員還沒(méi)有初始化*/
User_Typedef *pdata   = &data;  /*指針變量，pdata指向data*/
User_Typedef **ppdata = &pdata; /*指針變量，ppdata指向pdata*/

data.a       = 0xFFFFFFFF;
pdata- >a     = 0xFFFFFFFF；
(*ppdata)- >a = 0xFFFFFFFF；

3.2 初識(shí)GPIOx

在GPIOC上點(diǎn)擊右鍵，選擇Go To Definition of 'GPIOC'

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB               ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC               ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD               ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE               ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOH               ((GPIO_TypeDef *) GPIOH_BASE)

目前，先不管GPIO_TypeDef這種自定義的結(jié)構(gòu)體中含有哪些成員，但是我們可以清楚地知道，GPIOx是一個(gè)自定義的GPIO_TypeDef *類型的指針，通過(guò)GPIOx->member的方式，可以直接訪問(wèn)到各個(gè)成員。

進(jìn)一步在GPIOC_BASE上點(diǎn)擊右鍵，依次得到：

#define GPIOA_BASE            (AHB2PERIPH_BASE + 0x0000UL)
#define GPIOB_BASE            (AHB2PERIPH_BASE + 0x0400UL)
#define GPIOC_BASE            (AHB2PERIPH_BASE + 0x0800UL)
#define GPIOD_BASE            (AHB2PERIPH_BASE + 0x0C00UL)
#define GPIOE_BASE            (AHB2PERIPH_BASE + 0x1000UL)
#define GPIOH_BASE            (AHB2PERIPH_BASE + 0x1C00UL)

#define AHB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x08000000UL)

#define PERIPH_BASE           (0x40000000UL)

通過(guò)換算，GPIOA、GPIOB、GPIOC等實(shí)際上等價(jià)于：

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) (0x40800000UL))
#define GPIOB               ((GPIO_TypeDef *) (0x40800400UL))
#define GPIOC               ((GPIO_TypeDef *) (0x40800800UL))

結(jié)合C語(yǔ)言存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)體變量的特點(diǎn)，我們可以得出推論：以GPIOC為例，從地址0x40800800UL開(kāi)始，是一段連續(xù)地址空間，這段連續(xù)的空間可以完整存儲(chǔ)GPIO_TypeDef類型的數(shù)據(jù)。但是，這一段連續(xù)地址空間到底占用了多少字節(jié)？我們還需要深入了解自定義結(jié)構(gòu)體GPIO_TypeDef。

3.3 深入了解GPIO_TypeDef

認(rèn)識(shí)GPIO_TypeDef，等于認(rèn)識(shí)了ST HAL中所有外設(shè)的xxx_TypeDef。在GPIO_TypeDef上點(diǎn)擊右鍵，選擇Go To Definition of 'GPIO_TypeDef'，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，包括MODER、OTYPER等成員，每個(gè)成員都是uint32_t類型（無(wú)符號(hào)32位整型），__IO表示volatile。每個(gè)成員的作用見(jiàn)下圖的注釋部分，翻譯成中文分別是模式寄存器、輸出模式寄存器、輸出速度寄存器、上拉-下拉寄存器、輸入數(shù)據(jù)寄存器、輸出數(shù)據(jù)寄存器、置位-復(fù)位寄存器、鎖定配置寄存器、復(fù)用功能寄存器、Bit復(fù)位寄存器。

在RM0394.pdf的274 ~ 275頁(yè)，有GPIOx的寄存器布局圖，其中x表示A ~ E，H：

結(jié)合GPIOx的地址和寄存器布局圖，可以得到推論：

• 如果要設(shè)置GPIOx的各個(gè)引腳模式，需要向GPIOx的MODER寄存器中寫(xiě)入相應(yīng)數(shù)值；
• 如果要設(shè)置GPIOx的各個(gè)引腳輸出模式，需要向GPIOx的OTYPER寄存器中寫(xiě)入相應(yīng)數(shù)值；
• GPIOA MODER的地址是0x40800000UL，GPIOA OTYPER的地址是0x40800004UL；
• GPIOB MODER的地址是0x40800400UL，GPIOB OTYPER的地址是0x40800404UL；
• GPIOC MODER的地址是0x40800800UL，GPIOC OTYPER的地址是0x40800804UL。

顯然，對(duì)于GPIOA ~ GPIOH，所有寄存器的布局是相同的，寄存器地址依次偏移4個(gè)字節(jié)，圖示如下：

• 圖中，每個(gè)地址都是32位的，每個(gè)地址中能容納的數(shù)據(jù)也是32位。
• 向地址0x40800000UL中寫(xiě)入一個(gè)32位的數(shù)據(jù)，等價(jià)于向GPIOA的MODER寄存器中寫(xiě)入一個(gè)32位的數(shù)據(jù)，顯然，地址編號(hào)不如寄存器名稱方便。
• 在C語(yǔ)言中，字節(jié)對(duì)齊的情況下，結(jié)構(gòu)體所占用的內(nèi)存是連續(xù)的，且每個(gè)成員也是連續(xù)存放的。利用C語(yǔ)言的特性，HAL庫(kù)中聲明了一個(gè)自定義的結(jié)構(gòu)體GPIO_TypeDef，該結(jié)構(gòu)體的各個(gè)成員嚴(yán)格按照STM32L4xx系列的GPIOx各寄存器順序進(jìn)行排序，且每個(gè)成員都能容納（存儲(chǔ)）一個(gè)32位的數(shù)據(jù)。
• 在STM32中，還有諸如USART、IIC、SPI、CAN、ADC等各種不同的外設(shè)，自然也就有對(duì)應(yīng)的xxx_Typedef的自定義結(jié)構(gòu)體類型。下圖給出了USART_TypeDef的結(jié)構(gòu)體定義，我們無(wú)需查看手冊(cè)就知道在STM32處理器中，控制USART外設(shè)工作需要向CR1、CR2等系列寄存器寫(xiě)入符合芯片RM手冊(cè)中規(guī)定的數(shù)據(jù)即可。USART_TypeDef的聲明如下圖所示：

3.4 進(jìn)一步了解GPIOx

#define GPIOC   ((GPIO_TypeDef *) (0x40800800UL))

define是一個(gè)宏，表示GPIOC等價(jià)于((GPIO_TypeDef *) (0x40800800UL))。因此，GPIOC本質(zhì)上是GPIO_TypeDef *類型的指針。

Q&A

Q1： 如何對(duì)GPIOA的MODER寄存器執(zhí)行寫(xiě)操作？如何對(duì)GPIOC的OTYPER寄存器執(zhí)行寫(xiě)操作？

A1： ->是C語(yǔ)言中的指向結(jié)構(gòu)體成員運(yùn)算符，用于使用指向某種結(jié)構(gòu)的指針來(lái)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)內(nèi)的成員。使用GPIOA->MODE = 0x1234; GPIOC->OTYPER= 0x789A;即可完成GPIOA和GPIOC對(duì)應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)寫(xiě)入。

Q2： (0x40800800UL)是一個(gè)整形數(shù)據(jù)，也能轉(zhuǎn)化為指針嗎？

A2： 通過(guò)前文，已經(jīng)知道GPIOx的所有寄存器在STM32的內(nèi)存中，是連續(xù)存放的。而C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體在字節(jié)對(duì)齊的情況下，內(nèi)部成員也是連續(xù)存放的，且結(jié)構(gòu)體指針指向結(jié)構(gòu)體第一個(gè)成員的地址。利用這個(gè)特點(diǎn)，將數(shù)據(jù)0x40800800UL強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為(GPIO_TypeDef *)類型的指針，那么，從0x40800800UL到0x40800828UL地址段，每4個(gè)字節(jié)就對(duì)應(yīng)GPIOx中的一個(gè)寄存器，完美構(gòu)建了軟件與硬件的溝通橋梁。

Q3： 如果不用宏表示GPIOC，那么GPIOC->OTYPER = 0x1234應(yīng)該用什么形式實(shí)現(xiàn)？

A3： ( (GPIO_TypeDef *) (0x40800800UL) )->OTYPER = 0x1234;，意味著，程序?qū)⒃L問(wèn)0x40800800UL開(kāi)始的地址空間內(nèi)的OTYPER成員，即將32位的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)0x1234寫(xiě)入地址0x40800804UL。顯然，這種寫(xiě)法很難看，不如GPIOC->OTYPER 直觀。

3.5 HAL API的設(shè)計(jì)

在C語(yǔ)言中，指針是最核心的內(nèi)容，也是難點(diǎn)。通過(guò)前文分析，我們已經(jīng)知道指針只是變量而已，并不復(fù)雜，HAL庫(kù)中所用的指針很簡(jiǎn)單。

現(xiàn)在對(duì)比兩種不同方式設(shè)計(jì)的HAL_GPIO_TogglePin函數(shù)，其中，方式1是ST HAL官方庫(kù)的正確設(shè)計(jì)，方式2是不合理方案。

/* 方式1：HAL庫(kù)官方方案*/
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
/* 方式2：不合理方案*/    
GPIO_TypeDef HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

/* 方式1：HAL庫(kù)官方方案進(jìn)行函數(shù)調(diào)用*/
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
/* 方式2：不合理方案進(jìn)行函數(shù)調(diào)用*/
*(GPIOC) = HAL_GPIO_TogglePin(*(GPIOC), GPIO_PIN_13);

C 語(yǔ)言使用傳值調(diào)用方法來(lái)傳遞參數(shù)，即將形參的值復(fù)制給實(shí)參。在發(fā)生函數(shù)調(diào)用時(shí)，形參的存放地址空間來(lái)源于堆棧。

方式1：HAL庫(kù)官方方案進(jìn)行函數(shù)調(diào)用：

• 第一個(gè)實(shí)參的值，GPIOC，即0x40800800UL 被復(fù)制給了形參GPIOx，占用4個(gè)字節(jié)；
• 第二個(gè)實(shí)參的值，GPIO_PIN_13，被復(fù)制給了形參GPIO_Pin，占用4個(gè)字節(jié)。
• 堆棧在形參上的開(kāi)銷至少是8個(gè)字節(jié)。
• 傳遞指針GPIOC的值給了臨時(shí)變量GPIOx，臨時(shí)變量GPIOx存放的具體地址不明，但是，可直接通過(guò)GPIOx->MODE = xx的方式，即( (GPIO_TypeDef *) (0x40800800UL) )->MODE = xx，以地址訪問(wèn)的形式直接修改了GPIOC MODE寄存器所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存，從而成功修改寄存器的值。

方式2：不合理方案進(jìn)行函數(shù)調(diào)用：

• 第一個(gè)實(shí)參的值，*GPIOC，即從0x40800800UL到0x40800828UL地址空間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，被復(fù)制給了形參GPIOx，合計(jì)占用44字節(jié)；
• 第二個(gè)實(shí)參的值，GPIO_PIN_13，被復(fù)制給了形參GPIO_Pin，占用4個(gè)字節(jié)。
• 堆棧在形參上的開(kāi)銷至少是48個(gè)字節(jié)。
• 由于GPIOx是個(gè)GPIO_TypeDef類型的臨時(shí)變量，存放的具體地址不明，即使在程序中使用GPIOx.MODE修改了GPIOx成員MODE的數(shù)值，也不會(huì)真正影響GPIOC->MODE。GPIOC->MODE表示地址0x40800800UL，而GPIOx.MODE肯定不存放在該地址，修改GPIOx.MODE中存放的數(shù)值，自然不可能影響到內(nèi)存地址0x40800800UL，必須通過(guò)函數(shù)返回值進(jìn)行賦值，而這又會(huì)帶來(lái)一系列堆棧開(kāi)銷。

綜上，對(duì)比兩種設(shè)計(jì)方法，毫無(wú)疑問(wèn)是HAL庫(kù)提供的方式1效果更加，更加高效，占用內(nèi)存更少。HAL庫(kù)中，都是通過(guò)傳遞指針來(lái)進(jìn)行API函數(shù)設(shè)計(jì)的。

4. 小結(jié)

1. HAL的精髓在于Abstract抽象。
2. STM32的RM、UM手冊(cè)是基礎(chǔ)，AN手冊(cè)是進(jìn)階。
3. 指針到底是什么？指針是變量。
4. 指向int指針和指向結(jié)構(gòu)體的指針的相同點(diǎn)在于，在32位環(huán)境中占用4個(gè)字節(jié)；不同點(diǎn)是存儲(chǔ)不同類型變量的地址。
5. HAL的GPIO_TypeDef之類的xxx_TypeDef是嚴(yán)格與RM手冊(cè)中的寄存器分布一一對(duì)應(yīng)的。
6. HAL庫(kù)通過(guò)封裝xxx_TypeDef類型的指針，利用C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)了典型的面向?qū)ο缶幊痰乃悸贰?/li>