基于串口通信的标准库函数（SPL）与基于HAL库函数的stm32编程方式的差异

男娘i 2022-12-28 00:35 140阅读 0赞

### 标准库函数（SPL）与基于HAL库函数的stm32编程方式的差异 ###

*  一、 简介
 *   *  1.1 标准外设库
     *  1.2 HAL库
     *  1.3 性能比较
 *  二、 源代码
 *  三、 编码差异
 *  四、 总结
 *  五、参考资料

> 由于学习STM32的过程中逐渐接触了标准外设库（SPL）和HAL库，而这两者库存在着明显差异。于是此次通过对串口通信的SPL库与HAL库的STM32编码差异上来分析这两者的不同。

# 一、 简介 #

ST为开发者提供了非常方便的开发库。到目前为止，有标准外设库(STD库)、HAL库、LL库 三种。本文主要是针对标准外设库(STD库)、HAL库进行对比分析。

## 1.1 标准外设库 ##

STM32标准外设库（Standard Peripherals Library，简称SPL）之前的版本也称固件函数库或简称固件库，是一个固件函数包，它由程序、数据结构和宏组成，包括了微控制器所有外设的性能特征。该函数库还包括每一个外设的驱动描述和应用实例，为开发者访问底层硬件提供了一个中间API，通过使用固件函数库，无需深入掌握底层硬件细节，开发者就可以轻松应用每一个外设。因此，**使用固态函数库可以大大减少用户的程序编写时间，进而降低开发成本**。每个外设驱动都由一组函数组成，这组函数覆盖了该外设所有功能。每个器件的开发都由一个通用API (application programming interface 应用编程界面)驱动，API对该驱动程序的结构，函数和参数名称都进行了标准化。[STM32固件库详解][STM32]

**但是，标准外设库也是针对某一系列芯片而言的，没有可移植性。**

## 1.2 HAL库 ##

HAL库是ST公司目前主力推的开发方式，全称就是Hardware Abstraction Layer（抽象印象层）。库如其名，很抽象，一眼看上去不太容易知道他的作用是什么。它的出现比标准库要晚，但其实和标准库一样，都是为了节省程序开发的时期，而且HAL库尤其的有效，如果说标准库把实现功能需要配置的寄存器集成了，那么HAL库的一些函数甚至可以做到某些特定功能的集成。也就是说，**同样的功能，标准库可能要用几句话，HAL库只需用一句话就够了。并且HAL库也很好的解决了程序移植的问题**，不同型号的stm32芯片它的标准库是不一样的，例如在F4上开发的程序移植到F3上是不能通用的，而使用HAL库，只要使用的是相通的外设，程序基本可以完全复制粘贴，注意是相通外设，意思也就是不能无中生有，例如F7比F3要多几个定时器，不能明明没有这个定时器却非要配置，但其实这种情况不多，绝大多数都可以直接复制粘贴。是而且使用ST公司研发的STMcube软件，可以通过图形化的配置功能，直接生成整个使用HAL库的工程文件，可以说是方便至极，**但是方便的同时也造成了它执行效率的低下，在各种论坛帖子真的是被吐槽的数不胜数。**[STM32 之 HAL库][STM32 _ HAL]

## 1.3 性能比较 ##

下图是官方给出的几个常用功能：GPIO 翻转、TIM PWM 输出、ADC DMA 数据采集和 DMA M2M ，使用不同库开发出来的运行结果，可供大家参考对比，做出符合自己开发项目需要的选择。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
[STM32使用HAL库、标准库、LL库和寄存器操作的性能对比][STM32_HAL_LL]

> **代码效率与移植性成反比的规律是明显的**。但与 Cube HAL 相比， **Cube LL 的效率优势还是很明显的**，几乎和直  
> 接写寄存器的效率相差无几。  
> 而且目前 STM32cubeMX 已经开始支持直接生成使用 Cube LL 的工程，对于以后追求效率的开  
> 发应用人员来说，非常值得推荐给大家使用。

# 二、 源代码 #

主要是在串口通信上进行源代码分析。

*  基于标准库的串口通信

int main(void)
     {
        		
     	u16 t;  
    	u16 len;	
    	u16 times=0;
    	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
    	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
    	uart_init(115200);	 //串口初始化为115200
     	LED_Init();			     //LED端口初始化
    	KEY_Init();          //初始化与按键连接的硬件接口
     	while(1)
    	{
        
    		if(USART_RX_STA&0x8000)
    		{
        					   
    			len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
    			printf("\r\n您发送的消息为:\r\n\r\n");
    			for(t=0;t<len;t++)
    			{
        
    				USART_SendData(USART1, USART_RX_BUF[t]);//向串口1发送数据
    				while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待发送结束
    			}
    			printf("\r\n\r\n");//插入换行
    			USART_RX_STA=0;
    		}else
    		{
        
    			times++;
    			if(times%5000==0)
    			{
        
    				printf("\r\n精英STM32开发板 串口实验\r\n");
    				printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n");
    			}
    			if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\r\n"); 
    			if(times%30==0){
        LED0=!LED0; LED1=!LED1;}//闪烁LED,提示系统正在运行.
    			delay_ms(10);   
    		}
    	}	 
     }

*  基于HAL库的串口通信

int main(void)
    {
        
    	u8 len;	
    	u16 times=0;
    	
        HAL_Init();                    	 	//初始化HAL库    
        Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9);   	//设置时钟,72M
    	delay_init(72);               		//初始化延时函数
    	uart_init(115200);					//初始化串口
    	LED_Init();							//初始化LED	
    	KEY_Init();							//初始化按键
    	
        while(1)
        {
        
    			
           if(USART_RX_STA&0x8000)
    		{
        					   
    			len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
    			printf("\r\n您发送的消息为:\r\n");
    			HAL_UART_Transmit(&UART1_Handler,(uint8_t*)USART_RX_BUF,len,1000);	//发送接收到的数据
    			while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UART1_Handler,UART_FLAG_TC)!=SET);		//等待发送结束
    			printf("\r\n\r\n");//插入换行
    			USART_RX_STA=0;
    		}else
    		{
        
    			times++;
    			if(times%5000==0)
    			{
        
    				printf("\r\nALIENTEK 精英STM32开发板 串口实验\r\n");
    				printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n\r\n");
    			}
    			if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\r\n");  
    			if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.
    			delay_ms(10);   
    		} 
        }
    }

> 以上代码均来源正点原子。

# 三、 编码差异 #

*  标准库向串口输出的代码

for(t=0;t<len;t++)
    			{
        
    				USART_SendData(USART1, USART_RX_BUF[t]);//向串口1发送数据
    				while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待发送结束
    			}

*  HAL库向串口输出的代码

HAL_UART_Transmit(&UART1_Handler,(uint8_t*)USART_RX_BUF,len,1000);	//发送接收到的数据

可以明显看出该部分内容下，HAL库的代码量明显少于SPL库。而且一个大工程中，使用HAL库将明显减少了开发时间。

# 四、 总结 #

通过两种库对串口通信的编码方式差异可以简单看出，HAL库使用的代码量更少，但之前性能分析中HAL库却相比较于SPL库有着较大的ROM占用量，同时执行代码效率降低。  
然而较高的可移植性，和适配STMcube软件成为了ST公司的主推的库。

综合上述，学习HAL库有较好的未来机会，但单片机的学习并不是简简单单的库函数学习，更多还是对底层知识的理解。

> 推荐文献阅读：  
> [STM32教程（三）STM32 HAL固件库介绍及使用][STM32_STM32 HAL]  
> [STM32HAL库与标准库的区别][STM32HAL]  
> [STM32标准库与HAL库比较][STM32_HAL]

# 五、参考资料 #

\[1\][STM32 之 HAL库][STM32 _ HAL]  
\[2\][STM32固件库详解][STM32]  
\[3\][STM32使用HAL库、标准库、LL库和寄存器操作的性能对比][STM32_HAL_LL]

[STM32]: https://www.cnblogs.com/emouse/archive/2011/11/29/2268441.html
[STM32 _ HAL]: https://blog.csdn.net/xuzhexing/article/details/90137754
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/afff63d3819f409ebfd45a2d36d9493f.png
[STM32_HAL_LL]: https://blog.csdn.net/u014519486/article/details/102800532
[STM32_STM32 HAL]: https://baijiahao.baidu.com/s?id=1594913825786751839&wfr=spider&for=pc
[STM32HAL]: http://www.360doc.com/content/19/1225/17/38894361_882147885.shtml
[STM32_HAL]: https://www.cnblogs.com/azxh/p/12909725.html