📚 课程目录第3章 STM32裸机工程创建

3. STM32裸机工程创建：新建标准库工程、配置时钟、GPIO与串口

好，咱们正式开始动手。这一章的目标很明确——从零搭建一个STM32的裸机工程，把时钟、GPIO和串口都跑通。别小看这一步，我见过不少朋友移植FreeRTOS时出问题，最后发现是底层工程就没搭稳。

说白了，裸机工程就是操作系统的地基。地基歪了，上面盖什么楼都得塌。咱们今天就用STM32F103系列 + 标准库来演示，这套组合我用了好多年，稳定可靠。

3.1 新建标准库工程——我的固定套路

新建工程这事儿，每个人都有自己的习惯。我个人的做法是：不依赖IDE自动生成的模板，手动搭建文件夹结构。为什么？因为这样你清楚每个文件是干什么的，出了问题能快速定位。

3.1.1 文件夹结构

我在项目里通常这样组织目录：

Project/
├── User/          # 用户代码（main.c, stm32f10x_it.c 等）
├── CMSIS/         # 内核相关文件（core_cm3.h, system_stm32f10x.c）
├── FWLIB/         # 标准库外设驱动（src + inc）
├── Startup/       # 启动文件（startup_stm32f10x_hd.s）
└── Output/        # 编译输出（hex, map 等）

嗯，这里要注意：启动文件必须选对。STM32F103C8T6是中等容量，用 startup_stm32f10x_md.s；如果是ZET6这种高容量，就用 startup_stm32f10x_hd.s。选错了，芯片可能直接跑飞。

3.1.2 添加文件到工程

在Keil里新建工程后，按上面的分组添加文件：

CMSIS组：core_cm3.c, system_stm32f10x.c
FWLIB组：你需要的库文件，比如gpio.c, usart.c, rcc.c
User组：main.c, stm32f10x_it.c, stm32f10x_conf.h

我的小技巧：stm32f10x_conf.h 这个头文件很多人忽略。它控制着哪些外设模块被编译。我习惯把所有用到的外设宏定义打开，没用的注释掉，这样编译快，也省Flash空间。

3.2 配置系统时钟——别用默认的

STM32上电默认用的是HSI（内部8MHz振荡器），精度一般，而且跑不到最高速度。咱们做项目，第一件事就是把时钟切到HSE + PLL，让主频跑到72MHz。

我曾经在一个项目中，忘了配置时钟，结果串口波特率怎么算都不对，折腾了两天才发现是时钟源没切……

3.2.1 时钟树概览

先看一眼STM32F103的时钟树结构，心里有个谱：

3.2.2 时钟配置代码

标准库提供了 SystemInit() 函数，但它默认用的是HSI。我们需要在 system_stm32f10x.c 里修改宏定义：

/* 在 system_stm32f10x.c 中找到下面这行 */
// #define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000  // 取消注释这一行

/* 或者在 main.c 中手动配置 */
void SystemClock_Config(void)
{
    ErrorStatus HSEStartUpStatus;
    
    /* 1. 复位RCC配置 */
    RCC_DeInit();
    
    /* 2. 使能HSE */
    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
    HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
    
    if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
    {
        /* 3. 配置FLASH预取指和等待周期 */
        FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
        FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
        
        /* 4. 配置AHB、APB1、APB2预分频 */
        RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);    // AHB = SYSCLK
        RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);     // APB2 = AHB
        RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);     // APB1 = AHB/2
        
        /* 5. 配置PLL：HSE 8MHz * 9 = 72MHz */
        RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
        RCC_PLLCmd(ENABLE);
        
        /* 6. 等待PLL就绪 */
        while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
        
        /* 7. 切换系统时钟到PLL */
        RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);  // 0x08表示PLL作为系统时钟
    }
    else
    {
        /* HSE启动失败，可以在这里加入错误处理 */
        while (1);  // 我习惯在这里点亮一个错误指示灯
    }
}

注意：FLASH等待周期必须根据主频设置。72MHz时用2个等待周期，否则程序会跑飞。我见过有人把等待周期设成0，结果芯片死活不工作，查了半天才发现是这里的问题。

3.3 配置GPIO——点亮LED，验证工程

时钟配好了，咱们先点亮一个LED，验证工程能不能跑。我习惯用PB0接一个LED（正极接3.3V，负极接PB0，低电平点亮）。

3.3.1 GPIO配置步骤

标准库配置GPIO分三步：

使能GPIO时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd()
定义GPIO初始化结构体：GPIO_InitTypeDef
调用初始化函数：GPIO_Init()

void LED_GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    /* 使能GPIOB时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    /* 配置PB0为推挽输出，50MHz */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    /* 默认熄灭LED（高电平） */
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
}

然后在main函数里调用：

int main(void)
{
    SystemClock_Config();   // 配置时钟
    LED_GPIO_Config();      // 配置LED引脚
    
    while (1)
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);  // 点亮
        Delay(0xFFFFF);
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);    // 熄灭
        Delay(0xFFFFF);
    }
}

看到LED闪烁，说明工程搭建成功，时钟和GPIO都正常工作了。

3.4 配置串口——调试的“眼睛”

做嵌入式开发，串口就是你的眼睛。没有串口打印，出了问题你只能靠猜。我个人的习惯是：每个工程都标配一个串口调试模块，哪怕最终产品不用，开发阶段也必须留。

3.4.1 串口配置代码

咱们用USART1，PA9(TX)和PA10(RX)，波特率115200：

void USART1_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
    /* 使能时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    /* 配置TX(PA9)为复用推挽输出 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* 配置RX(PA10)为浮空输入 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* USART1配置 */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    
    /* 使能USART1 */
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

3.4.2 实现printf重定向

有了串口，咱们还得把printf函数映射到串口上，这样调试信息打印起来方便。在工程里添加一个 retarget.c 文件：

#include <stdio.h>

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    /* 等待发送缓冲区空 */
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);
    return ch;
}

避坑指南：使用MicroLIB时，记得在Keil的Target选项里勾选"Use MicroLIB"。否则printf会占用大量Flash，而且重定向可能不生效。我曾经在一个128KB Flash的芯片上，没开MicroLIB，printf直接占掉了30KB……后来换成MicroLIB，只用了不到5KB。

3.5 验证——串口打印测试

所有配置完成后，在main函数里加入打印：

int main(void)
{
    SystemClock_Config();
    LED_GPIO_Config();
    USART1_Config();
    
    printf("STM32 Bare-metal Project Started!\r\n");
    printf("System Clock: %d MHz\r\n", SystemCoreClock / 1000000);
    
    while (1)
    {
        printf("LED Toggle\r\n");
        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
        Delay(0xFFFFF);
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
        Delay(0xFFFFF);
    }
}

打开串口助手，波特率115200，你应该能看到：

STM32 Bare-metal Project Started!
System Clock: 72 MHz
LED Toggle
LED Toggle
LED Toggle
...

看到这个输出，恭喜你——STM32裸机工程搭建完成！时钟、GPIO、串口全部就位。这个工程就是咱们后续移植FreeRTOS的基础，一定要确保它稳定可靠。

本章核心要点：

手动搭建工程结构，清楚每个文件的作用
系统时钟必须切换到HSE+PLL，主频72MHz
GPIO配置三步走：时钟使能 → 结构体定义 → 初始化
串口是调试利器，每个工程都建议标配
printf重定向用MicroLIB，省Flash空间