目的

使用HAL库开发STM32是目前ST官方主要推荐的方式，本篇文章对HAL做个基础说明。下面文章中以STM32F4为基础进行介绍，其它系列的HAL库在设计思路上也是差不多的。

HAL库概述

STM32F4的HAL库综述在文档《UM1725 - User Manual: Description of STM32F4 HAL and LL drivers》的第二篇章《Overview of HAL drivers》（文档版本DocID025834 Rev 5 ），官方文档本身写得非常详细，这里做下简单梳理。
下文中出现的。

文件说明

库文件

上图是HAL库文件与引用包含关系，其中 ppp 用来指代外设，例如 gpio uart adc 等，箭头起始文件引用包含了箭头指向的文件，如user file引用了stm32f4xx_hal.h文件。主要文件描述如下：

文件	描述
stm32f4xx_hal_ppp.c stm32f4xx_hal_ppp.h	外设基本驱动文件
stm32f4xx_hal_ppp_ex.c stm32f4xx_hal_ppp_ex.h	外设扩展驱动文件
stm32f4xx_hal.c stm32f4xx_hal.h	包含HAL初始化、DBGMCU、系统时间相关内容
stm32f4xx_hal_def.h	公共枚举与宏定义等资源

用户文件

这里的用户文件指的是使用stm32cube生成的项目所需的文件：

文件	描述
system_stm32f4xx.c	主要包含SystemInit()，用来初始化系统时钟等
startup_stm32f4xx.s	目标芯片启动文件
stm32f4xx_hal_msp.c	外设系统级初始化与反初始化
stm32f4xx_hal_conf.h	HAL库配置，用以适配项目
stm32f4xx_it.c stm32f4xx_it.h	包含项目涉及的中断服务程序
main.c main.h	包含各类初始化以及用户程序主入口

API

分类与命名

HAL库大多数功能的外设API可以分为两类，Generic和Extension，这点从文档目录和库文件命名上就可以看出。
Generic APIs就是指普通的、通用的API，一般来说这部分API是兼容所有STM32系列芯片的，如果你的项目中只用到这部分API的话那就可以非常方便的更换MCU型号。很多时候我们也只用到这些API就可以完成项目开发了。
Extension APIs指扩展的API，这部分API涉及不同STM32系列MCU差异部分功能的操作，所以并不兼容所有STM32芯片。这部分API细分的话也可以分成两类Family specific APIs（不同系列芯片差异，比如F0、F1、F4等）和Device part number specific APIs（具体不同型号芯片差异，比如F401、F405、F429等）

命名规则见下表：

HAL库中命名还是挺统一与简单易懂的，比如使用某个GPIO口输出使用，一般就是设置输出电平，就算没有实际用过也能知道相关函数是 HAL_GPIO_xxxxx ，使用UART发送相关函数是 HAL_UART_xxxxx ，配合IDE的代码补全功能开发起来就得心应手：

基本API说明

功能分类

单个外设的API大体上可以分为四类：

类别	说明	举例
Initialization	初始化与反初始化	HAL_ADC_Init()
IO operation	启动、停止、读写、回调函数等	HAL_ADC_Start () HAL_ADC_ConvCpltCallback()
Control	相关参数设置	HAL_ADC_ConfigChannel()
State and Errors	获取状态与错误信息	HAL_ADC_GetState() HAL_ADC_GetError()

操作模型

对于外设IO中很多耗时操作HAL库提供了三种模型：轮询、中断、DMA。比如串口读写数据就有三类方式：

• 轮询：HAL_UART_Transmit() & HAL_UART_Receive()
• 中断：HAL_UART_Transmit_IT() & HAL_UART_Receive_IT()
• DMA：HAL_UART_Transmit_DMA() & HAL_UART_Receive_DMA()

轮询是一种阻塞的方式、中断和DMA是非阻塞方式（一般结合回调函数一起使用）。对于同一个外设使用时最好不要混用，不然可能会发生不可预知的问题。

回调函数

HAL库对很对操作编写了用 __weak 符号修饰的回调函数，用户可以在自己的代码中重新定义该回调函数实现具体功能，比如下面就是串口收发完成的回调函数：
HAL_UART_TxCpltCallback() & HAL_UART_RxCpltCallback()

公共资源

公共资源指全局的宏定义、枚举、结构体等，主要定义在stm32fxxx_hal_def.h文件中。
这里主要提一个HAL Status：

typedef enum 
{
  HAL_OK       = 0x00U,
  HAL_ERROR    = 0x01U,
  HAL_BUSY     = 0x02U,
  HAL_TIMEOUT  = 0x03U
} HAL_StatusTypeDef;

这个枚举类型经常出现在操作设置等的返回值中，比如HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit()，写代码时可以通过该状态知道操作是否成功等。

常用系统函数

STM32F4的HAL库系统函数介绍在文档《UM1725 - User Manual: Description of STM32F4 HAL and LL drivers》的第五篇章《HAL System Driver》（文档版本DocID025834 Rev 5 ）。这里列出在STM32CubeMX生成代码时不会用到的部分常用的函数：

• __weak uint32_t HAL_GetTick(void)
  返回从系统运行开始经过的时间，默认情况下单位为ms；
• __weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)
  延时，该延时是阻塞的，默认情况下延时单位为ms，该函数不能在等于或高于系统时钟源优先级（默认情况下为0）的中断程序中使用，不然程序就阻塞在这里不动了；
• __weak void HAL_SuspendTick(void)
  暂停系统时间运行，记得与HAL_ResumeTick()成对使用；
• __weak void HAL_ResumeTick(void)
  继续系统时间运行；
• uint32_t HAL_GetUIDw0(void)
uint32_t HAL_GetUIDw1(void)
uint32_t HAL_GetUIDw2(void)
  STM32芯片 96位全球唯一ID。

特殊函数

特殊操作一般用的不多，这里列举部分常用的：

全局中断

使用下面函数关闭/开启全局中断:
__disable_irq(); //关闭全局中断，等同于__set_PRIMASK(1);
__enable_irq(); //开启全局中断，等同于__set_PRIMASK(0);
__disable_irq()操作相当于把当前运行的代码优先级调整至0，所有其它用户中断程序将不会运行，直至重新开启全局中断。

使用下面函数也可以关闭/开启全局中断（有些系列的芯片没有该组函数）:
__disable_fault_irq(); //关闭全局中断，等同于__set_FAULTMASK(1);
__enable_fault_irq(); //开启全局中断，等同于__set_FAULTMASK(0);
__disable_fault_irq()操作相当于把当前运行的代码优先级调整至-1，硬件错误也将被屏蔽；

软复位系统

使用 NVIC_SystemReset() 函数可以软复位系统，最好配合关闭全局中断使用，以免出现意外操作。

总结

HAL整体功能组织、命名还是比较不错的。刚从标准外设库（STD）转过来的开发者可能会不太习惯，主要是两者的设计思路上有区别。了解HAL库的功能组织和命名习惯对于理解HAL库设计思路、使用HAL库进行开发还是有促进作用的。