《STM32F407 探索者开发指南》第十章 STM32CubeMX简介

正点原子运营

第十章 STM32CubeMX简介

1）实验平台：正点原子探索者STM32F407开发板

2) 章节摘自【正点原子】STM32F407开发指南 V1.1

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294673401

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/stm32/zdyz_stm32f407_explorerV3.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）STM32技术交流QQ群:151941872

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，如配置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库代码，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

10.4 STM32CubeMX新建工程使用建议

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      可作为ST的固件包、芯片手册等的下载引擎；

对于STM32CubeMX和STM32Cube的关系这里我们还需要特别说明一下，STM32Cube包含STM32CubeMX图形工具和STM32Cube库两个部分，使用STM32CubeMX配置生成的代码，是基于STM32Cube库的。也就是说，我们使用STM32CubeMX配置出来的初始化代码，和STM32Cube库兼容，例如硬件抽象层代码就是使用的STM32的HAL库。不同的STM32系列芯片，会有不同的STM32Cube库支持，而STM32CubeMX图形工具只有一种。所以我们配置不同的STM32系列芯片，选择不同的STM32Cube库即可。

图10.1.1 STM32CubeMX和STM32Cube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。首先是Java运行环境安装，其次是STM32CubeMX软件安装。

10.2.1 安装JAVA环境

对于Java运行环境，大家可以到Java官网www.java.com下载最新的Java软件，也可以直接从我们光盘复制安装包，目录为：A盘→6，软件资料→1，软件→3、STM32CubeMX→Java安装包，Java安装包文件下有x64和x86两个文件夹，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。

图10.2.1.1 Java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：

图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复制，目录为：A盘à6，软件资料à1，软件àSTM32CubeMX，也可以直接从ST官方下载，下载地址为：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。

图10.2.2.1 启动安装

图10.2.2.2 接受本许可协议

图10.2.2.3 勾选第一项即可

图10.2.2.4 指定安装路径

图10.2.2.5 创建快捷方式

图10.2.2.5 安装进度提示

图10.2.2.6 完成安装

10.3 使用STM32CubeMX新建工程

CubeMX建立的工程结构和本书介绍的代码风格有所差异，限于篇幅，本部分只介绍如何使用CubeMX生成MDK工程的方法。

10.3.1 打开STM32CubeMX

双击如图10.3.1.1所示的STM32CubeMX桌面快捷方式图标，打开后CubeMX主界面如图10.3.1.2所示。

图10.3.1.1 CubeMX快捷方式   

图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。

图10.3.2.1 管理固件包

然后弹出管理界面，在该窗口找到STM32F4列表选项，勾选1.26.0版本。这里选择1.26.0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.

图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。

图10.3.2.3 关联本地STM32Cube固件包

图10.3.2.4 等待关联

图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

5. Cortex-M4内核基本配置（限定项）

6. 生成工程源码

7. 用户程序

接下来我们将按照上面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。

图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。

图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。

图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。

图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。

图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。

图10.3.3.6 设置时钟源HSE和LSE

图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：8MHz和32.768KHz，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MasterClock 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：

图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STM32F4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PLL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168MHz的过程。同时，还配置了AHB，APB1，APB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和APB2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：

图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。

①     时钟源选择：我们配置选择器选择HSE即可。

②     PLL1分频系数M配置。分频系数M我们设置为8。

④  PLL1倍频系数N配置。倍频系数N我们设置为336。

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=168MHz。

经过上面的7个步骤，就配置好STM32F4的系统时钟为168MHz。接下来我们还需要配置AHB、APB1、APB2和Systick的分频系数，为STM32的片上外设或M4内核设置对应的工作时钟，为后续使用这些硬件功能做好准备。配置如下图10.3.3.9所示：

图10.3.3.9 AHB、APB1、APB2总线时钟配置

AHB、APB1和APB2总线时钟以及Systick时钟的来源于系统时钟SYSCLK。其中AHB总线时钟HCLK由SYSCLK经过AHB预分频器之后得到，如果我们要设置HCLK为168MHz (最大为168Mz)，那么我们只需要配置图中标号的地方为1即可。得到HCLK之后，接下来我们将在图标号⑨~⑪处同样的方法依次配置Systick、APB1和APB2分频系数分别为1、4和2。注意！systick固定为168MHz，配置完成之后，那么HCLK=168MHz，Systick=168MHz，PCLK1=42MHz，PCLK2=84MHz，这和之前例程配置的时钟频率是一样的。

以上方法是手动计算的方法，是为了帮助我们更好地去认识STM32时钟的配置方法，当然CubeMX也提供了更简单的方法：在图10.3.3.9的“HCLK(MHz)”位置，实际上是可以编辑的。我们直接输入我们要的时钟频率，这里是168MHz，按回车键，CubeMX会帮我们提供一种设置时钟频率和其它时钟的建议，选择是后会由软件自动配置好，当然只有启用外部的晶振后才能配置到168MHz的时钟，这里大家自己尝试一下就清楚了，我们不展开讲述了。

4 GPIO功能引脚配置

本小节，我们讲解怎么使用STM32CubeMX工具配置STM32F4的GPIO口。探索者STM32F407开发板的PF9和PF10引脚各连接一个LED灯，我们来学习配置这两个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PF9后回车，可以在引脚图中显示位置，如下图10.3.3.11所示

图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PF9，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：

图10.3.3.11 配置GPIO模式

同样的方法，我们配置PF10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。

   

我们先配置PF9，PF9和PF10配置方法一样的。点击图10.3.3.12的④号框里面的PF9，配置如图10.3.3.13所示。

图10.3.3.13 配置GPIO口详细参数

GPIO outputlevel是IO的初始值，由于LED一端接VCC，另一端接GPIO，故要点亮LED灯时，使GPIO输出低电平即可。为了一开始让LED灯熄灭，我们设置初始值输出高电平。

GPIO mode我们已经在视图中配置为推挽输出了，这里不需要修改。

GPIOPull-up/Pull-down默认是无上下拉，我们这里用默认配置。

Maximum outputspeed输出速度配置，默认是低速，我们设置为高速。

User Label用户符号，我们可以给PF9起一个别名LED0。

PF10也是按照这样的方法配置,给PF10起一个别名LED1。

5 配置Debug选项

由于CubeMX默认把Debug选项关闭了，这样会给我们带来麻烦：用CubeMX生成的工程编译下载一次后，后续再次下载就会提示错误，因此我们要把Debug选项打开。这里有多种选择，我们设置成图10.3.3.14所示的情况即可。

图10.3.3.14 打开Debug选项

如果已经不小心关闭了Debug选项，那么下次下载的时候按住复位键，等到工程提示的时候松开复位键即可，因为STM32的芯片默认复位上电时的Debug引脚功能是开启的。

接下来我们学习怎么设置生成一个工程，如图10.3.3.15所示。选择Project Manager-> Project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 notgenerate 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，这里根据CubeMX的版本可能会有差异，我们默认使用V5以上的版本即可。

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 DefaultFirmware 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。这样工程生成的设置就设置好了。

图10.3.3.15 工程配置

接下来我们配置生成代码的配置选项。打开ProjectManager-> Code Generator选项，Generated files 生成文件选项，勾选Generate peripheral initialization as a pir of ‘.c/.h’ files perperipheral，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。

图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。

图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。

图10.3.3.18 打开工程

完整的STM32F4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：

图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。

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，因为我们在之前步骤生成的CubeMX工程为LED_TEST.ioc，故生成的MDK工程位置是.\MDK-ARM\Template.uvprojx，如果大家配置的CubeMX的工程名和路径名不含中文或中文字符，按上述步骤生成的工程就可以直接编译通过了。

图10.3.3.20STM32CubeMX生成的MDK工程编译通过

接下来我们中生成的工程模板的main.c文件中找到main函数，这里我们删掉了源码注释，关键源码如下：

1. int main(void)
   
2. {
   
3. HAL_Init();
   
4. SystemClock_config();
   
5.   MX_GPIO_Init();
   
6.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   
7.   while (1)
   
8.   {
   
9.     /* USER CODE END WHILE */
   
10.   }
    
11. }

复制代码

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：

1. /**
   
2.   * @brief  The application entry point.
   
3.   * @retval int
   
4.   */
   
5. int main(void)
   
6. {
   
7.   HAL_Init();
   
8. SystemClock_Config();
   
9.   MX_GPIO_Init();
   
10.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
    
11.   while (1)
    
12.   {
    
13.    HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
    
14.    HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    
15.     HAL_Delay(500);
    
16.    HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    
17.    HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_SET);
    
18.     HAL_Delay(500);
    
19.     /* USER CODE END WHILE */
    
20.   }
    
21. }

复制代码

编写好程序后，编译没有任何警告和错误。可以直接下载程序到开发板中，使用DAP下载，请注意设置MDK的下载选项，如果不清楚设置的读者可以回看本书第四章的相关知识点。下载后，可以看到LED0和LED1同时按500ms的频率亮灭，效果与其它版本的新建工程相同。

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 基础入门实验\实验0-4，新建工程实验-CubeMX版本”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

① 使用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；

②本书以新建工程-HAL库版本为基准来展开，不对CubeMX的使用过多讲解。使用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，毕竟无法使用一套通用设计来满足不同用户的需求；

③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工程路径里面有中文可能会报以下的错误：

图10.4.1 直接编译报错

造成错误的原因是CubeMX对中文的支持不友好，且生成的MDK工程默认通过工程中的CMSIS那个绿色的控件选择启动文件而不是直接添加启动文件(startup_xxx.s)到我们的工程中，而有中文路径时就会找不到，有两个解决办法：

1)    用CubeMX生成的工程不要放置在包含中文路径的文件夹下；

2)    添加启动文件到我们的工程中，我们新建一个Application/MDK-ARM分组，把startup_stm32f407xx.s添加到这个分组，如图10.4.2所示：

图10.4.2 STM32CubeMX生成的工程目录结构

3)    关于配置的文件CubeMX工程(.ioc后缀)名字有中文的情况，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。