STM32固件库的CMSIS简析（摘自网络2011-02）
CMSIS软件层次CMSIS可以分为多个软件层次，分别由ARM公司、芯片供应商提供。
1、ARM Cortex™ 微控制器软件接口标准(CMSIS：Cortex Microcontroller Software Interface Standard)
是 Cortex-M 处理器系列的与供应商无关的硬件抽象层。 使用CMSIS，可以为处理器和外设实现一致且简单的软件接口，从而简化软件的重用、缩短微控制器新开发人员的学习过程，并缩短新设备的上市时间。软件的创建被嵌入式行业公认为主要成本系数。通过在所有Cortex-M 芯片供应商产品中标准化软件接口，这一成本会明显降低，尤其是在创建新项目或将现有软件迁移到新设备时。最新版本的CMSIS[2]为3.5。
2结构
CMSIS是ARM公司与多家不同的芯片和软件供应商一起紧密合作定义的，提供了内核与外设、实时操作系统和中间设备之间的通用接口。
CMSIS软件层次
CMSIS可以分为多个软件层次，分别由ARM公司、芯片供应商提供。
其中ARM提供了下列部分，可用于多种编译器：
● 内核设备访问层：包含了用来访问内核的寄存器设备的名称定义，地址定义和助手函数。同时也为RTOS(实时操作系统)定义了独立于微控制器的接口，该接口包括调试通道定义。
● 中间设备访问层：为软件提供了访问外设的通用方法。芯片供应商应当修改中间设备访问层，以适应中间设备组件用到的微控制器上的外设。目前中间设备访问层仍处于开发过程中，本文不做详述。 芯片供应商扩展下列软件层：
● 微控制器外设访问层：提供片上所有外设的定义。
● 外设的访问函数(可选)：为外设提供额外的助手函数。CMSIS为Cortex-Mx微控制器系统定义了：
● 访问外设寄存器的通用方法和定义异常向量的通用方法。
● 内核设备的寄存器名称和内核异常向量的名称。
● 独立于微控制器的RTOS接口，带调试通道。
● 中间设备组件接口(TCP/IP协议栈，闪存文件系统)。
CMSIS包含的组件
1、外围寄存器和中断定义： 适用于设备寄存器和中断的一致接口
2、内核外设函数：特定处理器功能和内核外设的访问函数
3、DSP 库：优化的信号处理算法，并为 SIMD 指令提供Cortex-M4 支持
4、系统视图说明(SVD)：描述设备外设和中断的XML 文件。
该标准完全可扩展，可确保其适合于所有 Cortex-M处理器系列微控制器，从最小的8 KB 设备到具有复杂通信外设（如以太网或USB）的设备。（内核外设函数的内存要求少于1 KB 代码，少于10 字节RAM）。
基于CMSIS应用程序的基本结构CMSIS-外设访问层的文件
基于CMSIS应用程序的基本结构[3]
独立于编译器的文件：
● Cortex-M3内核及其设备文件(core_cm3.h + core_cm3.c)
─ 访问Cortex-M3内核及其设备：NVIC，SysTick等
─ 访问Cortex-M3的CPU寄存器和内核外设的函数
● 微控制器专用头文件(device.h)
─ 指定中断号码(与启动文件一致)
─ 外设寄存器定义(寄存器的基地址和布局)
─ 控制微控制器其他特有的功能的函数(可选)
● 微控制器专用系统文件(system_device.c)
─ 函数SystemInit，用来初始化微控制器
─ 函数Sysem_ExtMemCtl，用来配置外部存储器控制器。它位于文件
startup_stm32f10x_xx.s /.c，在跳转到main前调用
─SystemFrequncy，该值代表系统时钟频率
─ 微控制器的其他功能(可选)
编译器供应商+微控制器专用启动文件
● 编译器启动代码(汇编或者C)(startup_device.s)
─ 微控制器专用的中断处理程序列表(与头文件一致)
─ 弱定义(Weak)的中断处理程序默认函数(可以被用户代码覆盖)
CMSIS软件包详细目录
下载的CMSIS软件包含有Cortex M3核的支持文件以及基于Cortex M3核处理器的启动代码和库引导文件。
使用步骤以STM32F10XX序列处理为例，介绍CMSIS的使用步骤。
1、从ST官方网站下载3.0以上版本的标准外设库。
2、基于开发软件新建工程，建立相应的文件目录，注意询问是否加入启动文件时，选择“否”。
3、根据所选芯片，把Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\arm中的启动代码加到工程中。
4、根据处理器FLASH容量的大小，选择启动代码。stm32f10x.h 的66-73 行表明了启动代码的类型。例如STM32F10X_HD 行表示大容量的，如果不需要直接注释掉即可。
5、选择是否启用标准外设库。stm32f10x.h的105行的USE_STDPERIPH_DRIVER用于确定是否启用，如果不启用直接注释掉。
6、确定处理器的频率。system_stm32f10x.c的110-115行用于确定处理器的频率，注释掉不需要的即可。例如处理器的频率为是36MHz，注释SYSCLK_FREQ_72MHz，去掉SYSCLK_FREQ_36MHz注释。
STM32的V3.5.0库，内有CMSIS的文件夹为arm Cortex微控制器软件接口标准，现将实际工作中应用作一个简要分析：
1.选择启动文件：
根据自己所用的芯片的型号，选择正确的启动文件。这个根据数据手册上的划分。例如STM32F103VBT6，就选择startup_stm32f10x_md.s，在这个文件里，首选要定义自已的堆和栈的大小，这个根据自已的需要确定。文件中已经定义好了中断向量的位置及堆和栈的初始化操作。
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT __main
IMPORT SystemInit
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
END
下面对上面的一段汇编进行解释，相同的就省略解释。
Reset_Handler PROC //0x0复位入口
EXPORT Reset_Handler [WEAK] // EXPORT或者GLOBAL：制定某标号代表的程序可为其它文件调用，即是声明一个全局标号，[WEAK]选项声明其他的同名标号优先于该标号被引用。声明一个可全局引用的标号Reset_Handler
IMPORT __main //通知编译器当前文件要引用标号__main，但__main在其他源文件中定义
IMPORT SystemInit //通知编译器当前文件要引用标号SystemInit ，但SystemInit 在其他源文件中定义
LDR R0, =SystemInit //
BLX R0 //BLX指令进行ARM/Thumb状态切换并且保存返回地址的转移指令，放回地址（BLX指令指向下一条指令地址）保存链接寄存器R14中
LDR R0, =__main //向通用寄存器传输任意不大于232的立即数，即__main，立即数用=32位立即数，等同于MOV R0,#_main
BX R0 //BX指令进行ARM/Thumb状态切换但不保存返回地址的转移指令，R0为包含目标指令绝对地址的寄存器
END //结束
从上面这段文字中，可以看到，在系统复位后，先执行SystemInit()，再进入main()函数。SystemInit()在文件system_stm32f10x.c中定义，我们稍后再说。
2.stm32f10x.h：这个头文件包含了STM32的大部份定义：
a.定义芯片的类型，如#define STM32F10x_MD
b.定义是否包含标准库，#define USE_STDPERIPH_DRIVER
c.定义外部振荡器频率，#define HSE_VALUE
上面三个定义，建议在main.c文件中刚开始就定义好，或者是在编译器选项中定义好，这样就可以不修改这个文件了。
d.定义中断号stm32f10x_it.c stm32f10x_it.h
e.包含 core_cm3.h，system_stm32f10x.h
f.定义数据类型，u8，s8等为了兼容以前的库所定义的数据，建议程序中用标准的uint8_t这样的类型。此外还定义了bool，FlagStatus，alStatus及ErrorStatus
g.定义外设结构体，地址及用到的数据常量。
h.包含stm32f10x_conf.h来配置外设
i.定义位操作的宏
3.system_stm32f10x.h和.c，这两个文件中：
a.定义一个全局变量 uint32_t SystemCoreClock: 系统时钟频率与你选择有关
b.SystemInit():这个函数就是启动文件中调用的函数
(1) 在system_stm32f10x.c的开始部份，选择相关的系统时钟频率，
如#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000
(2) 通过SystemInit()函数，就将SYSCLK = HCLK = PCLK1=PCLK2=PLL输出24MHz。注意：这个频率为HSE为8MHz时为条件，如果HSE不为8MHz或用HSI时，就会有问题。
c.SystemCoreClockUpdate()：更新SystemCoreClock的值，与系统频率一致。
可能看到，这个文件中的RCC设置很有局限性，所以在程序中，可以不用它，而用标准库存中的stm32f10x_rcc中的函数进行设置。
4.stm32f10x_conf.h
a.配置需要的标准外设库，需要用到的外设，把相应头文件包含进去就可以。
b.定义assert_Param的模式，选择#define USE_FULL_ASSERT时，断言输出问题所在的位置，在调试时很有用，在正式版本时，把它注释掉即可。
5.core_cm3：与CM3内核相关的操作，重点如下：
a. 在MDK中，开总中断：__enable_irq(); 关总中断：__disable_irq();
b. 中断处理程序：
(1) NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup);
设置中断组，这里的值只能是0~7，在STM32中，只能用8位中的前4位来设置组，可以分为两部份：抢占优先级和亚优先级。这个数值就是亚优先级开始的位。它前面的位是抢占式优先级的位。例如：NVIC_SetPriorityGrouping(5)，那么D7，D6表示抢占式优先级（0~3），D5，D4表示亚优先级（0~3）。优先级数值越小，优先级越高。抢占式优先级高的中断可以打断抢占式优先级低的中断。抢占式优先级相同，亚优先级不同的两个中断，如果同时到来，先执行亚优先级高的中断，再执行亚优先级低的中断，但不能打断。
可以理解为抢占式多任务。
(2) NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn); 使能一个中断EnableIRQ
(3) NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn); 禁止一个中断DisableIRQ
(4) NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn,uint32 priority); 设置一个中断的优先级
(5)NVIC_EncodePriority(uint32_t PriorityGroup,uint32_t PreemptPriority,uint32_t SubPriority);
(4)和(5)通常一起使用，这样设置更直观，例如要将外部中断0设为抢占式优先级为0,亚优先级为2,则：
NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,NVIC_EncodePriority(5,0,2));
注意PriorityGroup的参数应与(1)中设置的一致。
除了这种方式设置中断外，也可以使用标准库中的misc中的中断设置函数来操作。
c. SysTick_Config(uint32_t ticks)：设置系统嘀嗒时钟并使能中断
在STM32中与CM3内核描述不太一样，这个时钟源有两个选择：AHB/8和AHB，在该函数中是选择了HCLK(SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk)，所以定时时间=ticks / HCLK，当要定时10ms，而HCLK为24MHz时，ticks = 10000 * 24 = 240000。
如果需要选择HCLK/8，可以直接修改这个函数，或在这个函数后跟随misc中的SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)来设置。
d.NVIC_SystemReset()：复位芯片。
6. stm32f10x_it中断实现，在这里编写相应的中断服务函数。
7.还需要注意的一点是：进入main函数后，除了设置嘀嗒时钟和中断外，在操作各外设之前，需要调用：
RCC_AHBPeriphClockCmd(),RCC_APB1PeriphClockCmd(),RCC_APB2PeriphClockCmd()，启动相应的时钟，否则外设就不能正常工作。
在这里简单介绍一下NVIC
NVIC嵌套向量中断控制器 Nested Vectored Interrupt Controller
系统中断管理。——管理系统内部的中断，负责打开和关闭中断。
基础应用1，中断的初始化函数，包括设置中断向量表位置，和开启所需的中断两部分。所有程序中必须的。
用法：void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;//中断管理恢复默认参数
#ifdef VECT_TAB_RAM
//如果C/C++ Compiler\Preprocessor\Defined symbols中的定义了VECT_TAB_RAM（见程序库更改内容的表格）
NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_RAM, 0x0); //则在RAM调试
#else //如果没有定义VECT_TAB_RAM
NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x0);//则在Flash里调试
#endif //结束判断语句
//以下为中断的开启过程，不是所有程序必须的。
//NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
//设置NVIC优先级分组，方式。
//注：一共16个优先级，分为抢占式和响应式。两种优先级所占的数量由此代码确定，NVIC_PriorityGroup_x可以是0、1、 2、3、4，分别代表抢占优先级有1、2、4、8、16个和响应优先级有16、8、4、2、1个。规定两种优先级的数量后，所有的中断级别必须在其中选择，抢占级别高的会打断其他中断优先执行，而响应级别高的会在其他中断执行完优先执行。
//NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = 中断通道名;
//开中断，中断名称见函数库
//NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
//抢占优先级
//NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
//响应优先级
//NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//启动此通道的中断
//NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //中断初始化
}