1.3 创建工程和执行程序

你编写和执行的第一个C语言程序将告诉STM32微控制器，让它发送一条消息给PC机或笔记本电脑。

任务四 你的第一个工程

双击Keil u Vision3的图标，启动Keil uVision3程序，你会得到图1.10所示的Keil u Vision3的IDE主界面。IDE表示Integrated Development Environment，即集成开发环境。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理及一个功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（u Visoin）将这些部分组合在一起，其软件开发逻辑结构如图1.11所示。掌握这一软件的使用，对于进行单片机或ARM系统开发者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

图1.10 Keil uVision3的IDE主界面

图1.11 Keil软件开发逻辑结构图

通过用Project菜单中的New Project命令建立项目文件（工程文件），过程如下：

（1）创建HelloRobot文件夹，将提供的library文件夹，stm32f10x_heads.h文件和HelloRobot.h文件复制到此目录下。library文件夹里面的文件是STM32库文件。

（2）单击Project，会出现图1.12所示的画面，然后选择New u Vision Project，弹出Create New Project对话框，找到刚才建立好的HelloRobot目录，如图1.13所示。

图1.12 Keil uVision3工程菜单画面

图1.13 Create New Project对话框

（3）双击HelloRobot文件夹，在文件名中输入工程文件名：HelloRobot（可不用加后缀名），保存在此目录下，如图1.14所示。之后单击“保存”出现图1.15所示的窗口。

图1.14 创建HelloRobot工程

图1.15 Select Device for Target ‘Target 1’ 对话框

（4）这里要求选择芯片的类型，双击STMicroelectronics，在弹出的下拉菜单中选择STM32F103xx（与教学开发板一致），就会出现相关介绍信息。例如选择STM32F103VB，如图1.16所示。看看选择不同的STM32F103xx单片机，所显示的资源有哪些不同。

图1.16 CPU型号选择窗口

（5）按OK确定，出现图1.17所示窗口。询问是否加载启动代码，在这里选择“否”，不加载（后面将会手工装载启动代码：cortexm3_macro.s，stm32f10x_vector.s，而不用系统提供的默认启动代码）。选择“否”后将出现图1.18所示窗口，此时项目文件，即工程文件就创建好了。

图1.17 是否加载启动代码提示窗口

图1.18 目标工程窗口

查看HelloRobot目录，你会发现HelloRobot.uv2工程文件。另外，opt文件是关于工程开发环境的参数配置和选项设置文件（Option File）。plg文件是编译日志文件（Compile Log File），存放编译器的编译结果，编译时采用的命令参数，已经编译后得到的错误和警告信息。

任务五 你的第一个程序

项目文件创建后，这时只有一个框架，紧接着需要向项目文件中添加程序文件内容。Keil uVision支持C语言程序。可以是已经建立好的程序文件，也可以是新建的程序文件。如果是建立好了的程序文件，则直接用后面的方法添加；如果是新建立的程序文件，则先将程序文件.c存盘后再添加。

首先，先添加启动代码（汇编文件）：cortexm3_macro.s，stm32f10x_vector.s。右键单击“Source Group 1”，单击“Add Files to Group‘Source Group 1’”，如图1.19所示。

图1.19 添加文件

在弹出的对话框中选择文件类型，然后选中两个启动代码，单击“Add”按钮添加进工程文件中，再单击“Close”关闭此对话框，如图1.20所示。

图1.20 添加启动代码

文件添加到项目文件中去后，这时“Source Group 1”的前面将出现一个“+”号。单击“+”，展开“Source Group 1”目录，如图1.21所示。

图1.21 加入启动文件后的工程

这时可以添加已经建立好的程序文件，如图1.22所示。如果是新建立的程序文件，则先将程序文件.c存盘后再添加。

图1.22 加入启动文件后的工程

单击按钮（或通过“File→New”操作）为该项目新建一个C语言程序文件。将该例程键入到Keil uVision IDE的编辑器中，并以文件名HelloRobot.c保存。

例程：HelloRobot.c

    #include "stm32f10x_heads.h"
    #include "HelloRobot.h"
    int main(void)
    {
      BSP_Init();                // 开发板初始化
      USART_Configuration();     // 串口1（USART1)初始化
      printf("Hello Robot!\n");
      while (1);
    }

将文件保存在项目文件夹HelloRobot中，在文件类型中填写.c（这里.c为文件扩展名，表示此文件类型为C语言源文件），如图1.23所示。

图1.23 C语言源文件保存对话框

下一步就是添加该文件到目标工程项目了，其具体添加过程如下。

（1）单击“+”，展开“Source Group 1”目录，然后右键单击“Source Group 1”，在出现的菜单下选择“Add File To Group ‘Source Group 1’”，如图1.24所示。出现Add Files to Group Source‘Group1’对话框。在该对话框中选择需要添加的程序文件：HelloRobot.c，单击Add按钮，把所选文件添加到项目文件中。一次可添加多个文件。

图1.24 添加文件

（2）程序文件添加到项目文件中去后，如图1.25所示（注意：图中显示的文件名是刚才输入的文件名）。

图1.25 添加C语言文件到目标工程中

双击源文件即可显示源文件的编辑界面，如图1.26所示。

图1.26 源文件的编辑界面

下面来产生下载需要的可执行文件。图1.27表示编译的几种方式，图1.27（a）的“Translate current file”表示仅编译当前源文件；图1.27（b）的“Build target”表示编译整个工程文件，编译时仅编译修改了的或新的源文件；图1.27（c）的“Rebuild all target files”表示重新编译整个工程文件，工程中的文件不管是"否修改，编译时都将重新编译。

图1.27 编译工程文件的几种方式

一般地，我们单击Keil uVision IDE快捷工具栏中的，编译整个工程文件，如图1.28所示。Keil的C编译器根据要生成的目标文件类型对目标工程项目中的C语言源文件进行编译。编译过程中，可以观察到源文件中有没有错误产生，如果没有错误产生，在IDE主窗口的下面出现“0 Error(s)，0 Warning（s）”提示信息，表明已成功生成了可执行文件，并存储在HolloRobot目录中。

图1.28 编译过程的输出信息

查看HelloRobot目录，你会发现生成了HelloRobot.axf文件。ax（f arm excute file）是ARM芯片使用的文件格式，它包含bin代码外，还包括了调试信息。与axf文件相似，单片机系统开发经常也会用到hex文件，hex文件包括地址信息，可直接用于烧写或下载。

如要产生可执行的.hex文件，需要对目标工程“Target 1”进行编译设置，右键单击“Target 1”，选择“Option for target ‘Target 1’”。单击“Output”，选择其中的“Create HEX File”，如图1.29所示，单击OK按钮确定，关闭设置窗口。

图1.29 设置目标工程的编译输出文件类型

再次单击Keil uVision IDE快捷工具栏中的，Keil的C编译器开始根据要生成的目标文件类型对目标工程项目中的C语言源文件进行编译。这时HelloRobot目录中，你会发现生成了HelloRoBot.hex文件。

任务六 下载可执行文件到教学开发板

将ULink下载工具的一端通过USB线连接到电脑USB口上，另一端连接到教学开发板上的JTAG口上。接好后，按图1.30（a）～（c）所示过程依次配置，安装ULink驱动。

图1.30 ULink下载工具驱动的安装

将ULink和教学开发板连接好，打开教学开发板电源开关。单击Project下的Options for Target（工程属性），弹出“Options for Target”对话框。或者单击“Flash”菜单下的“Configure Flash Tools”，按照如图1.31（a）～（f）所示进行配置。

图1.31 ULink下载配置

图1.31 ULink下载配置（续）

图1.31 ULink下载配置（续）

这样ULink下载工具就配置好了。如图1.32所示，单击图标（或通过“Flash→Download”操作），程序就开始下载了，下载结束如图1.33所示。

图1.32 程序下载

图1.33 程序下载结束

下载时，先擦除上次Flash存储器中的程序，再将刚才编译好的程序下载，最后经校验无误后，下载结束。此时，按教学开发板的Reset复位键，下载的程序开始运行。

当生成的可执行文件大于Flash存储空间时，则不能被下载到Flash中。如果出现类似下面的错误，则表示生成的可执行文件大于Flash存储空间：

    Error: L6406W: No space in execution regions with .ANY selector matching Section .text(***.o).

这时，可以对程序进行优化，例如，减小缓存尺寸，减少全局变量，少定义尺寸大的数组而多用指针等方法。此外，合理调整RealView MDK的编译和链接配置，也可以减小生成的可执行文件大小。比如，在链接脚本中指定代码的存储布局，将代码段、只读数据段、可读写数据段分别存放，以减小生成的可执行文件大小。常有下面3种解决方法。

（1）使用微库：在图1.31（a）所示的对话框中选中“USE MicroLib”，以使代码减少。

（2）修改链接脚本：在“Options For Target”对话框的“Linker”页面，将Use Memory Layout from Target Dialog前面的复选框勾上，如图1.34所示。然后在“Target”页面（图1.31（a）所示的对话框）中修改存储空间中只读部分（Read/Only Memory Areas）和可读写部分（Read/Write Memory Areas）的起始和大小，一般来说加大只读部分大小（该部分存放程序中的指令），而减小可读写部分的大小（该部分存放堆栈、局部变量等）。

图1.34 代码尺寸优化：配置“Linker”页面

（3）修改优化级别：在“Options For Target”对话框的“C/C++”页面，可使用编译选项“-Ospace”进行编译，将着重对空间进行优化，让编译器自动减小代码大小。另外，还可以选更高的选优化级别“Level 3(-O3)”，如图1.35所示。Level 3的优化等级最高，最适合下载到最终的产品芯片中，而Level 0为不优化，这种模式最适合调试，因为它不会优化掉代码。在学习时，使用“Level 0(-O0)”，以方便程序的调试。

图1.35 代码尺寸优化：配置C/C++页面

该你了！——比较一下这几种优化方法所生成的可执行文件大小

任务七 用串口调试软件查看单片机输出信息

打开串口调试软件，如图1.36所示进行设置。一般地，若台式PC机（或笔记本电脑）有串口，则选择串口“COM1”；若使用的台式PC机（或笔记本电脑）没有串口，则使用USB转串口适配器，如图1.7（b）所示。安装好对应的USB驱动程序后，在“我的电脑”上右击→属性→硬件，查看“设备管理器”中的“端口（COM和LPT）”信息，如显示“通信端口（COM5）”，则将串口号设为COM5即可。

图1.36 串口调试软件设置

单击“连接”按钮，串口连接成功，如图1.37所示。如串口没有连接成功，注意检查串口连接线是否连接正确，并关掉其他串口调试软件。

图1.37 串口连接成功

这时，你在接收区看到了什么？什么也没有！为什么呢？因为当你把执行文件成功地下载到单片机的那个时刻开始，程序就开始运行了：单片机已经向PC发送了信息。你错过了接收，再按一下教学开发板上的“Reset”按键，你将看到调试软件上的接收区显示了一条信息，如图1.38所示。

图1.38 串口调试终端显示的信息

HelloRobot.c是如何工作的？

例程中前两行代码是HelloRoBot.c所包含的头文件：“stm32f10x_heads.h”和“HelloRobot.h”。这两个头文件在本书的后续章节和任务中都要用到，“stm32f10x_heads.h”文件主要包含STM32库文件的定义，它在编译过程中用来将程序需要用到的标准数据类型和一些标准函数、中断服务函数等包括进来，生成可执行代码。头文件中可以嵌套头文件，同时也可以直接定义一些常用的功能函数。

HelloRobot.h则包含了本例程中以及后面例程中都要用到的几个重要函数的定义和实现，在后面的章节中会进一步讲解，包括：

（1）数据结构的定义；

（2）系统时钟配置函数：RCC_Configuration；

（3）GPIO模式配置函数：GPIO_Configuration；

（4）中断控制配置函数：NVIC_Configuration；

（5）串口1配置函数：USART_Configuration；

（6）将C语言printf库函数输出重定向到串口输出函数：fputc；

（7）开发板初始化函数：BSP_Init；

（8）微秒延时函数：delay_nus；

（9）毫秒延时函数：delay_nms。

main函数的第一行语句是开发板初始化函数：BSP_Init，用来配置系统时钟、GPIO模式和中断控制，分别是RCC_Configuration()、GPIO_Configuration()、NVIC_Configuration()。这几个函数将在后面的章节讲解。这行语句中“//”后的是注释。注释是一行会被编译器忽视的文字，因为注释是为了给人阅读，编译器不对其进行编译。

main函数的第二行语句是串口1初始化配置函数：USART_Configuration，用来规定单片机串口是如何与PC通信的。串口配置函数将在后面的章节讲解。第三行语句是printf函数：它是单片机通过串口向PC机发送一条信息：Hello Robot!。

main函数的第四行语句是“while(1)；”。编译好后的可执行文件是下载到单片机Flash存储器上的，并且是从头开始往下加载的。当你把可执行文件加载上去的时候，填满了整个Flash空间吗？当然没有！那么，当程序执行完printf函数之后，它还将向下继续执行，但后面的空间并没有存放程序代码，这时程序后会乱运行，也就发生了“跑飞”现象。加上while(1);语句，让程序一直停止在这里，就是为了防止程序跑飞。

C语言中的两种文件

在教材各章节中，会多次使用以“#”号开头的预处理命令，如包含命令#include，宏定义命令#define等。一般都放在源文件的前面，称为预处理部分。所谓预处理是指在进行编译的第一遍扫描（词法扫描和语法分析）之前所做的工作。预处理是C语言的一个重要功能，它由预处理程序负责完成。当对一个源文件进行编译时，将首先对源程序中的预处理部分作处理，处理完毕后再对源程序进行编译。

常用的预处理命令有：

（1）宏定义

在C语言源程序中允许用一个标识符来表示一个字符串，称为“宏”。“define”为宏定义命令，被定义为“宏”的标识符称为“宏名”。在编译预处理时，对程序中所有出现的“宏名”，都用宏定义中的字符串去代换，这称为“宏代换”或“宏展开”。

（2）文件包含

文件包含是C预处理程序的另一个重要功能。文件包含命令的功能是把指定的文件插入该命令行位置取代该命令行，从而把指定的文件和当前的源程序文件连成一个源文件。

在程序设计中，文件包含是很有用的。一个大的程序可以分为多个模块，由多个程序员分别编程。有些公用的符号常量或宏定义等可单独组成一个文件，在其他文件的开头用包含命令包含该文件即可使用。这样，可避免在每个文件开头都去书写那些公用量，从而节省时间，并减少出错。

包含命令中的文件名可以用双引号（“”）括起来，也可以用尖括号（< >）括起来。使用尖括号表示在包含安装软件的目录中去查找（这个目录是安装软件时，设置的安装路径），而不在源文件目录去查找，一般是安装路径（如C:\Keil MDK***）下的Include目录；使用双引号则表示首先在当前的源文件目录中查找（即当前的HelloRobot目录），若未找到才到包含安装软件的目录中去查找。用户编程时可根据自己文件所在的目录来选择某一种命令形式。如“stm32f10x_heads.h”和“HelloRobot.h”2个文件表示在当前源文件所在目录。

一个include命令只能指定一个被包含文件，若有多个文件要包含，则需用多个include命令。文件包含允许嵌套，即在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。

任务八 做完实验关断电源

把电源从教学开发板上断开很重要，原因有几点：首先，如果系统在不使用时没有消耗电能，电池可以用的更久；其次，在以后的学习中，你将在教学开发板上的面包板上搭建电路，搭建电路时，应使面包板断电。如果是在教室，老师可能会有额外的要求，如断开串口电缆，把教学开发板存放到安全的地方等。总之，你做完实验后最重要的一步是断开电源。断开电源比较容易，只要三位开关拨到左边的0位即可，如图1.9（a）所示。

提倡节约用电，实践低碳生活。

通过创建第一个程序，你可能感觉到了学习基于ARM Cortex-M3内核的STM32单片机不是很容易！确实不错，要学好单片机，还要有一定的C语言基础，嵌入式系统的开发确实是一项非常具有挑战性的任务。即使是一个简单的程序，也需要进行大量的准备，学习大量的计算机知识。万事开头难！