第十章STM32CubeMX简介​


STM32CubeMX是由ST公司开发的图形化代码自动生成工具,能够快速生成初始化代码,如GPIO、时钟树、中间件等,使用户专注于业务代码的开发。现在ST主推HAL库,经典的标准外设库已经停止维护了,新产品也只提供HAL库的代码,因此,我们学习HAL库是更加有优势的,由于HAL库具有低耦合、通用、抽象了硬件层,使得开发者无需太过关注硬件驱动的实现,使得开发更加的简单快速,更容易维护,因此被越来越多的产品所使用。

本章将分为如下几个小节:

10.1 STM32CubeMX的作用

10.2 安装STM32CubeMX

10.3 使用STM32CubeMX新建工程



10.1 STM32CubeMX的作用

STM32CubeMX具有如下特性:

  1. 直观的选择MCU型号,可指定系列、封装、外设数量等条件
  2. 微控制器图形化配置
  3. 自动处理引脚冲突
  4. 动态设置时钟树,生成系统时钟配置代码
  5. 可以动态设置外围和中间件模式和初始化
  6. 功耗预测
  7. C代码工程生成器覆盖了STM32微控制器初始化编译软件,如IAR,KEIL,GCC
  8. 可以独立使用或者作为Eclipse插件使用
  9. 可作ST的固件、芯片手册等的下载引擎

这里特别说明一下STM32CubeMX和STM32Cube固件库的关系,STM32CubeMX图形工具配置生成的代码,是基于STM32Cube固件库的,并且可以在图形工具中直接下载STM32Cube固件库。也就是说,我们使用STM32CubeMX配置出来的初始化代码,兼容STM32Cube库,例如硬件抽象层代码就是使用的STM32的HAL库。不同系列的STM32芯片,会有不同系列的STM32Cube库,而STM32CubeMX图形工具只有一个,所以开发不同的STM32系列芯片,选择不同系列的STM32Cube库即可,它们的关系如下图所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程


图10.1.1 STM32CubeMX和STM32Cube固件库的关系

当然,自动生成的驱动代码我们不去仔细专研其原理的话,对学习的提升很有限,而且在出现BUG的时候难以快速定位解决,因此我们也要了解其背后的原理。

10.2安装STM32CubeMX

STM32CubeMX运行环境搭建包含两个部分,首先安装Java环境,再安装STM32CubeMX。

10.2.1安装JAVA环境

安装Java运行环境,大家可以到Java官网www.java.com下载最新的Java软件,也可以直接从光盘资料获取安装包,目录如下:A盘à6,软件资料à1,软件à3、STM32CubeMXàJava安装包,Java安装包文件下有x64x86两个文件夹,分别是64位和32位的电脑的安装包,大家根据自己电脑的位数选择即可。比如64位电脑选择x64文件夹的jre-8u301-windows-x64.exe安装包,并根据提示安装即可。安装完成之后提示界面如下图10.2.1.1所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_02


10.2.1.1安装成功提示界面

安装完Java运行环境之后,为了检测是否正常安装,我们可以打开Windows的命令输入框,输入:java version命令,如果显示Java版本信息,则安装成功。提示信息如下图10.2.1.2

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_03


10.2.1.2 查看Java版本

10.2.2安装STM32CubeMX

在安装了Java运行环境之后,接下来我们安装STM32CubeMX图形化工具。该软件可以直接从光盘资料获取,目录如下:A盘à6,软件资料à1,软件à3、STM32CubeMX,也可以直接从ST官方下载,下载网址为:https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html

接下来我们直接双击SetupSTM32CubeMX-6.3.0.exe,安装步骤如下。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_04


10.2.2.1启动安装

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_05


10.2.2.2接受本许可协议

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_06


10.2.2.3勾选第一项即可

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_07


10.2.2.4指定安装路径

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_08


10.2.2.5创建快捷方式

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_09


10.2.2.6安装进度提示

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_10


10.2.2.7 完成安装

10.3使用STM32CubeMX新建工程

大多数情况下,我们都只使用STM32CubeMX来生成工程的时钟系统初始化代码以及外设的初始化代码,因为用户控制逻辑代码是无法在STM32CubeMX中完成的,需要用户自己根据需求来实现。

10.3.1打开STM32CubeMX

双击桌面STM32CubeMX快捷方式图标,如图10.3.1.1所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_11


10.3.1.1 CubeMX快捷方式

打开后CubeMX主界面如图10.3.1.2所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_12


10.3.1.2 CubeMX主界面

10.3.2下载和关联的STM32Cube固件包

我们知道STM32CubeMX图形工具只有一种, STM32Cube固件包却有多种,需要选择我们工程对应的固件包。

为了方便,新建工程前,我们先来下载和关联STM32Cube固件包,点击Help->Manage embedded software packages,如图10.3.2.1所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_13


10.3.2.1 管理固件包

然后弹出管理界面,在该窗口找到STM32H7列表选项,勾选1.6.0版本。这里选择1.6.0版本是因为我们的光盘的固件包是这个版本的。关联STM32Cube固件包有两个方法,如图10.3.2.2所示.

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_14


10.3.2.2 下载和关联STM32Cube固件包

方法二:下载好之后,会自动关联,所以不需要多讲什么。

方法一:点击后,弹出下面的窗口,然后选择光盘中的对应的固件包,注意这里是压缩包的形式,如图10.3.2.3所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_15


10.3.2.3 关联本地STM32Cube固件包

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_16


10.3.2.4 等待关联

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_17


10.3.2.5 关联成功

关联好固件包我们就可以开始新建工程了。

10.3.3新建工程

使用STM32CubeMX配置工程的一般步骤为:

1,工程初步建立

2,HSE和LSE时钟源设置

3,时钟系统(时钟树)配置

4,GPIO功能引脚配置

5Cortex-M7内核基本配置(限定项)

6,生成工程源码

7,用户程序

接下来将按照这7个步骤,依次教大家使用STM32CubeMX工具生成一个完整的工程。

1工程初步建立

方法一:依次点击“File”,“New Project”即可建新工程。如果之前打开过的话,左侧最近打开的过程一列会有打开的工程列表,直接点击这些工程也可以打开。

方法二:直接点击ACCESS TO MCU SELECTOR。

具体操作如图10.3.3.1所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_18


10.3.3.1 新建工程

点击新建工程后,第一次可能会联网下载一些的文件,可能等待时间比较长,可以直接选择取消即可。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_19


10.3.3.2 启动时联网更新检测

之后都可以进入芯片选型界面,如图10.3.3.3所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_20


10.3.3.3 芯片选型界面

选择具体的芯片型号,如图10.3.3.4所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_21


10.3.3.4 选择具体的芯片型号

选择了芯片型号后,弹出主设计界面,如图10.3.3.5所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_22


10.3.3.5 主设计界面

2 HSE和LSE时钟源设置

进入工程主设计界面后,首先设置时钟源HSE和LSE。如图10.3.3.6所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_23


10.3.3.6 设置时钟源HSE和LSE

10.3.3.6中的标号3和4,我们都选择了Crystal/Ceramic Resonator,表示外部晶振作为它们的时钟源。我们开发板的外部高速晶振和外部低速晶振分别是:8MHZ32.768KHZ。所以HSE时钟频率就是8MHZ,LSE时钟频率就是32.768KHZ

选项Master Clock Output 1 用来选择是否使能MCO1引脚时钟输出,选项Master Clock Output 2用来选择是否使能MCO2引脚时钟输出,最后一个选项Audio Clock Input(I2S_CKIN)用来选择是否从I2S_CKIN(PC9)输入I2S时钟。这里大家要注意,因为选项Master Clock Output 2和选项Audio Clock Input(I2S_CKIN)都是使用的PC9引脚,所以如果我们使能了其中一个,那么另一个选项会自动显示为红色,也就是不允许配置,这就是STM32CubeMX的自动冲突检测功能。

3 时钟系统(时钟树)配置

点击Clock Configuration选项卡即可进入时钟系统配置栏,如下图10.3.3.7所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_24


10.3.3.7时钟系统配置栏

进入Clock Configuration配置栏之后可以看到,界面展现一个完整的STM32H7时钟系统框图。从这个时钟树配置图可以看出,配置的主要是外部晶振大小,分频系数,倍频系数以及选择器。在我们配置的工程中,时钟值会动态更新,如果某个时钟值在配置过程中超过允许值,那么相应的选项框会红色提示。

这里,我们将配置一个以HSE为时钟源,配置PLL1相关参数,然后系统时钟选择PLLCLK为时钟源,最终配置系统时钟为480MHz的过程。同时,还配置了AHB,APB1,APB2、APB3、APB4和Systick的相关分频系数。由于图片比较大,我们把主要的配置部分分两部分来讲解,第一部分是配置系统时钟,第二部分是配置SYSTICK、AHB、APB1、APB2、APB3和APB4的分频系数。首先我们来看看第一部分配置如下图10.3.3.8所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_25


10.3.3.8系统时钟配置图

我们把系统时钟配置分为七个步骤,分别用标号1~7表示,详细过程为:

1、时钟源参数设置:我们选择HSE为时钟源,所以我们要根据硬件实际的高速晶振频率(这里我们是8MHZ)填写。

2、时钟源选择:我们配置选择器选择HSE即可。

3、PLL1分频系数M配置。分频系数M我们设置为2

4、PLL1倍频系数N配置。倍频系数N我们设置为240

5、PLL1分频系数P配置。分频系数P我们配置为2。

6、系统时钟时钟源选择:PLL,HSI还是HSE。我们选择PLL,选择器选择PLLCLK即可。

7、经过上面配置以后此时SYSCLK=480Mhz。

经过上面的7个步骤,就会生成标准的480MHz系统时钟。接下来我们只需要配置AHB、APB1、APB2、APB3、APB4和Systick的分频系数,就可以实现sys.c文件中的sys_stm32_clock_init函数配置的部分时钟系统。配置如下图10.3.3.9所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_26


10.3.3.9 AHB、APB1、APB2、APB3和APB4总线时钟配置

AHB、APB1、APB2、APB3和APB4总线时钟以及Systick时钟的最终来源都是系统时钟SYSCLK。其中AHB总线时钟HCLK是由SYSCLK经过AHB预分频器之后的来,如果我们要设置HCLK为240MHz(最大也就240Mhz),那么我们只需要配置图中标号8的地方为2即可。得到HCLK之后,接下来我们将在图标号9~12处同样的方法依次配置APB3、APB1、APB2和APB4分频系数分别为2,2、2和2即可。注意!systick固定为480MHz,配置完成之后,那么HCLK=240MHZ,Systic=480MHz,PCLK1=120MHz,PCLK2=120MHz,PCLK3=120Mhz,PCLK4=120MHz,这和我们使用sys_stm32_clock_init函数配置的时钟是一样的。

4 GPIO功能引脚配置

本小节,我们讲解怎么使用STM32CubeMX工具配置STM32H7的GPIO口。MiniPRO STM32H750开发板的PB4、PE5和PE6引脚连接一个RGB灯,我们来学习配置这三个IO口的相关参数。这里我们回到STM32CubeMX的Pinout&Configuration选项,在搜索栏输入PB4后回车,可以在引脚图中显示位置,如下图10.3.3.10所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_27


10.3.3.10 搜索引脚位置

接下来,我们在图10.3.3.11引脚图中点击PB4,在弹出的下拉菜单中,选择IO口的功能为GPIO_Output。操作方法如下图10.3.3.11所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_28


10.3.3.11 配置GPIO模式

同样的方法,我们配置PE5和PE6选择功能为GPIO_Oput即可。设置好即可看到引脚从灰色变成绿色,标识该管脚已经启用。这里我们需要说明一下,如果我们要配置IO口为外部中断引脚或者其他复用功能,我们选择相应的选项即可。配置完IO口功能之后,还要配置IO口的速度,上下拉等参数。这些参数我们通过System Core下的GPIO选项进行配置,如图10.3.3.12所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_固件_29


10.3.3.12 GPIO选项

我们先配置PB4,PE5和PE6配置方法一样的。点击图10.3.3.12的2号框里面的PB4,配置如图10.3.3.13所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_30


10.3.3.13 配置GPIO口详细参数

GPIO output level是IO的初始值,为了开始让RGB灯熄灭,我们设置初始值输出高电平。

GPIO mode默认是推挽输出,不需要更改。

GPIO Pull-up/Pull-down默认是不上下拉,我们改为上拉。

Maximum output speed输出速度配置,默认是低速,我们设置为中速(可以不改)。

User Label用户符号,我们可以给PB4起一个别的名字。

PE5和PE6也是按照这样的方法配置即可。

5 Cortex-M7内核基本配置

这里我们主要配置Cortex-M7内核相关的参数。我们依次点击Cortex_M7 进入配置界面,操作过程如下图10.3.3.14所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_31


10.3.3.14 Cotex_M7配置

该界面一共有两个配置栏目。第一个配置栏目Cortex Interface Settings下面有两个配置项:

1) CPU ICache:使能I-Cache。

2) CPU DCache::使能D-Cache。

上面这2个参数是CM7内核相关配置。第二个配置栏目Cortex Memory Protection Unit,是用来配置内存保护单元MPU,在我们后面的实验会讲解MPU配置。

6 生成工程源码

接下来我们学习怎么设置生成一个工程,Project Manager->选项用来配置工程的选项,我们了解一下里面的信息。

Project Name:工程名称,填入工程名称(半角,不能有中文字符)

Project Location:工程保存路径,点击Browse选择保存的位置(半角,不能有中文字符)

Toolchain Folder Location:工具链文件夹位置,默认即可。

Application Structure:应用的结构,选择Basic(基础),不勾选Do not generate the main(),因为我们要其生成main函数。

Toolchain/IDE:工具链/集成开发环境,我们使用Keil,因此选择MDK-ARM,Min Version选择V5.27(最新)。

Linker Settings 链接器设置:

Minimum Heap Size 最小堆大小,默认(大工程需按需调整)。

Minimum Stack Size 最小栈大小,默认(大工程需按需调整)。

MCU and Firmware Package是 MCU及固件包设置:

MCU Reference:目标MCU系列名称。

Firmware Package Name and Version :固件包名称及版本。

勾选Use Default Firmware Location,文本框里面的路径就是固件包的存储地址,我们使用默认地址即可。(这里因为我有两个版本的固件包,所以它默认使用最新的,这个关系不大,就用新的)。 最后工程配置,如图10.3.3.15所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_32


10.3.3.15 工程配置

打开Project Manager->选项,Generated files生成文件选项,勾选Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’files per peripheral,勾选这个选项的话将会将每个外设单独分开成一组.c、.h文件,使得代码结构更加的清晰,如图10.3.3.16所示。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_33


10.3.3.16 代码生成器设置

至此工程最基础配置就已经完成,点击蓝色按钮(SENERATE CODE)就可以生成工程。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_34


10.3.3.17生成工程

在弹出来的窗口中点击Open Project就打开MDK工程。

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_35


10.3.3.18 打开工程

完整的STM32H7工程就已经生成完成。生成后的工程目录结构如下图10.3.3.19所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_36


10.3.3.19 STM32CubeMX生成的工程目录结构

Drivers文件夹存放的是HAL库文件和CMSIS相关文件。

Inc文件夹存放的是工程必须的部分头文件。

MDK-ARM下面存放的是MDK工程文件。

Src文件夹下面存放的是工程必须的部分源文件。

Template.ioc是STM32CubeMX工程文件,双击该文件就会在STM32CubeMX中打开。

7 用户程序

在编写用户程序之前,首先我们打开生成的工程模板进行编译,发现没有任何错误和警告。

接下来我们看看生成的工程模板的main函数,这里我们删掉了源码注释,关键源码如下:

int main(void)​
{​
SCB_EnableICache();​
SCB_EnableDCache();​
HAL_Init();​
SystemClock_Config();​
MX_GPIO_Init();​
while (1)​
{​
}​
}

大家需要注意,STM32CubeMX生成的main.c文件中,有很多地方有“/* USER CODE BEGIN X */”和“/* USER CODE END X */”格式的注释,我们在这些注释的BEGIN和END之间编写代码,那么重新生成工程之后,这些代码会保留而不会被覆盖

我们编写一个跑马灯的用户程序,程序具体如下:

/**​
* @brief The application entry point.​
* @retval int​
*/​
int main(void)​
{​
SCB_EnableICache();​
SCB_EnableDCache();​
HAL_Init();​
SystemClock_Config();​
MX_GPIO_Init();​
while (1)​
{​
/* USER CODE BEGIN 3 */​
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET); /* PB4置1 */ ​
HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET); /* PE5置0 */ ​
HAL_Delay(500);​
HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET); /* PE5置1 */​
HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET); /* PE6置0 */​
HAL_Delay(500);​
HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET); /* PE6置1 */​
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET); /* PB4置0 */​
HAL_Delay(500);​
}​
/* USER CODE END 3 */​
}

编写好程序后,编译没有任何警告和错误。可以直接下载程序MiniPRO STM32H750开发板中(使用DAP下载,请注意配置MDK),算法只需要128K的算法就可以了。

本小节使用STM32CubeMX新建的工程模板在我们光盘目录:“4,程序源码\标准例程-库函数版本\实验0-4工程模板-使用STM32CubeMX配置 ”中有存放,大家在编写用户代码过程中可以参考该工程的main.c文件。

10.4 STM32CubeMX新建工程使用建议

使CubeMX的环境搭建工程,工程文件夹路径、文件名不要带任何中文及中文字符,否则会遇到各种报错;

书以新建工程-HAL库版本为基准来展开,不对CubeMX的使用多讲解。使CubeMX可以帮助我们快速搭建工程,使用户专注于应用开发,但STM32的开发与硬件密切相关,对STM32开发来说,抛开底层只专注做应用并不实际,毕竟无使用一套通用设计来满足不同用户的需求

关于新建CubeMX的工程路径中有中文的情况的解决:

如果我们配置的CubeMX工程路径里面有文可能会报下的错误:

《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_新建工程_37


10.4.1 直接编译报错

造成错误的原因是CubeMX中文的支持友好,且生成的MDK工程默认通过工程中的CMSIS那绿色的控选择启动文件不是直接添加启动文件(startup_xxx.s)到我们的工程中,而有中文路径会找不到,两个解决办法

  1. CubeMX生成的工程要放置在包含中文路径文件夹

2、添加启动文件我们的工程中,我们新建一个Application/MDK-ARM组,把startup_stm32h750xx.s添加到这个分如图10.4.2所示:


《MiniPRO H750开发指南》第十章 STM32CubeMX简介_引脚_38


10.4.2 STM32CubeMX生成的工程目录结构

关于配置的文件CubeMX工程(.ioc后缀)名字有中文情况,我们建议重新新建工程或者把生成的工程文件重命名为英文。因为带中文的CubeMX工程生成的MDK的Output目录有中文,MDK也会报错,尽管可以重新设置MDK工程的Output目录和添加③所描述步骤的启动文件,使本次编译通过,但下次重新用CubeMX生成工程时,仍旧需要重复修改配置。