基于STM32的三種庫函數(shù)代碼效率對比解析

前言

ST已經(jīng)推出了三種庫函數(shù)，以方便客戶快速開發(fā)STM32系列MCU。從最早的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動庫，到后來的Cube HAL，再到Cube LL以及直接操作寄存器。這幾種庫的代碼效率到底如何呢？本文將針對這個(gè)問題進(jìn)行粗略分析，并提供對比數(shù)據(jù)供大家參考。

問題分析

我們以GPIO翻轉(zhuǎn)、TIM PWM 輸出、ADCDMA 數(shù)據(jù)采集和DMA M2M這四個(gè)常用功能，通過不同的庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)相同功能，最終來對比各個(gè)庫函數(shù)的性能。四個(gè)工程代碼的內(nèi)容簡述如下：

GPIO翻轉(zhuǎn)：切換GPIO的輸出電平，其中包含了系統(tǒng)時(shí)鐘初始化和GPIO翻轉(zhuǎn)的代碼。TIM PWM輸出：通過TIM1 的通道1輸出頻率是36KHz的PWM，循環(huán)修改其占空比從25%到50%，其中包含了系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、TIM1的初始化和切換占空比的代碼。ADC DMA數(shù)據(jù)采集：通過ADC的模擬通道1，采集100次ADC的結(jié)果，并使用DMA傳輸?shù)降接脩艟彌_區(qū)，其中包含了系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、ADC初始化和DMA的初始化的代碼。DMA M2M:使用DMA1的通道1，從Flash中傳輸100字節(jié)的數(shù)據(jù)到片內(nèi)的SRAM中。其中包含了系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化和DMA的初始化代碼。

主要對比三個(gè)參數(shù)：Flash占用量、SRAM占用量和執(zhí)行代碼的效率。

Flash和SRAM的占用量可以通過查看IAR生成的*.map文件了解到。

在*.map文件中，會有如上圖的內(nèi)容，其中的readonly code memory加上readonly data memory的和，就是Flash的占用量。而Readwrite data memory的大小即為SRAM的占用量。那么上圖所示的Flash占用量即為3204=3174+30，SRAM占用量即為1032。因用戶堆（Cstack）我們設(shè)置的為1024，所以真正應(yīng)用代碼所占用的SRAM量為8=1032-1024.

代碼的運(yùn)行效率部分，我們是通過IAR提供的內(nèi)核運(yùn)行周期數(shù)（CYCLECONTER）來計(jì)算的。在功能函數(shù)的開始處和結(jié)束處分別設(shè)置斷點(diǎn)，兩次內(nèi)核運(yùn)行周期數(shù)的差值，就是此處代碼的運(yùn)行周期。

測試硬件選用了Nucleo-F302評估板。

軟件環(huán)境和庫函數(shù)詳情如下：

? IAR V7.60

? Optimizations Level High (Size)

? STM32CubeMX V4.17

? Create Project with Copy the necessary libraryfiles

? STM32CubeF3 V1.60

? STM32F30x_DSP_StdPeriph_Lib_V1.2.3

? STM32F3xx CMSIS V2.3.0

測試結(jié)果如下：[手機(jī)模式下圖片可點(diǎn)擊放大觀看]

總體來看，代碼效率與代碼的兼容性及可移植性成反比的規(guī)律是明顯的。Cube LL庫的效率明顯優(yōu)于HAL庫的，幾乎和直接寫寄存器的效率相差無幾。HAL庫函數(shù)因?yàn)橐櫦罢麄€(gè)STM32系列間的代碼高度兼容與可移植性，代碼相對龐大。對于剛接觸STM32的人來說，非常易于上手做些基本的評估和驗(yàn)證，入門快捷。LL庫的出現(xiàn)，是對HAL庫的有力補(bǔ)充。相比HAL庫用戶，LL庫用戶需要對MCU及相應(yīng)外設(shè)有更為細(xì)致的了解。

目前，STM32cubeMX不但支持基于HAL庫的初始化文件的生成，也已支持基于LL庫的初始化文件及工程的生成，對于已經(jīng)比較熟悉STM32應(yīng)用或關(guān)注代碼效率的開發(fā)人員來說，可以優(yōu)先考慮使用LL庫。

順便介紹在STM32CubeMx的圖形化界面下，如何選擇使用HAL庫還是LL庫生成初始化文件及相應(yīng)工程。

在CubeMx界面下，做好各個(gè)外設(shè)的選擇及配置后，在ProjectProject SettingAdvanced Settiing如下圖示界面上，你可以選擇要使用的庫類型：HAL/LL.

另外，偶爾人詢問及LL庫在哪里，其實(shí)LL庫函數(shù)跟HAL庫函數(shù)是在同一目錄下。以STM32F4為例，你下載STM32CubeF4解壓后，在類似如下目錄可以看見HAL函數(shù)和LL函數(shù)庫文件。

。。。DriversSTM32F4xx_HAL_DriverSrc