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。
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。
