【星云 Orbit-F4 开发板】01. STM32F407 HAL库开发环境安装与工程模板创建

这几天规划下，计划为我的学生出一个星系列的四个开发板，所有原理图，印板图和例程源码全部开源，博客上文章配合开发板硬件电路设计，不定时发布。不忘初心，用我的执着致力点燃学生对技术的热情，培养“懂理论能实战”的嵌入式人才。愿你们所行风雨无阻，前程似锦。

核心板型号	处理器参数	学习定位	典型应用场景
极光 Orbit-C8	STC8H8K64U（51架构/24MHz）	单片机原理与应用	GPIO控制/UART通信
星火 Orbit-F1	STM32F103RET6（Cortex-M3/72MHz）	ARM应用开发实践	智能小车/物联网节点
星云 Orbit-F4	STM32F407VGT6（Cortex-M4/168MHz）	实时操作系统进阶	四轴飞控/工业网关
星界 Orbit-H7	STM32H743IIT6（双核480MHz+AI加速器）	嵌入式AI与边缘计算	机器视觉/预测性维护

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本教程将详细指导你完成 STM32F407 开发环境的安装、器件包的安装以及工程模板的创建与使用。我们将基于 Keil MDK 开发工具，详细讲解每一步操作，包括文件结构的创建、移植过程、移植文件名称及对应目录，以及 Keil 分组目录和对应文件的说明。拿到板子的同学可以先动起来。

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1️⃣ Keil MDK 开发环境安装

1.1 Keil MDK 社区版介绍

Keil MDK 社区版是 ARM 官方推出的免费版本，适用于非商业用途。它支持所有基于 Cortex-M 的微控制器，并且没有代码大小限制。

1.2 Keil MDK 下载与安装

1. 访问下载页面 打开 Keil MDK 社区版下载链接：Arm Keil | MDK-Community edition。

2. 注册账号 如果没有账号，点击 Sign up 进行注册。填写邮箱并获取验证码，完成注册。

3. 登录并下载 使用注册的账号登录，点击 Download Keil MDK 下载安装包。

4. 安装 Keil MDK

   • 右键以管理员身份运行安装包。

   • 按照提示选择安装路径（路径中不能包含中文）。

   • 填写个人信息（可随意填写）。

   • 等待安装完成。

5. 激活 Keil MDK

   • 以管理员身份运行 Keil MDK。

   • 点击 File -> License Management。

   • 点击 Get LIC via Internet，按照提示填写信息并获取激活码。

   • 将激活码粘贴到 New License ID Code (LIC) 中，点击 Add LIC 完成激活。

2️⃣ STM32F407 器件包安装

2.1 下载器件包

1. 访问 STM32 官网 打开 STM32 官网：https://www.st.com，搜索并下载 STM32F4 系列的器件包（Pack）。

2. 下载 Pack 文件 找到 STM32F4xx_DFP 器件包并下载。

2.2 安装器件包

1. 双击安装 Pack 文件 下载完成后，双击 .pack 文件进行安装。

2. 按照提示完成安装 点击 Next，等待安装完成。

3. 验证安装 打开 Keil MDK，点击 Project -> Manage -> Pack Installer，查看是否已安装 STM32F4xx_DFP。

3️⃣ 工程模板创建与使用

3.1 创建新工程

1. 新建工程文件夹 在本地创建一个文件夹，例如 STM32F40x_Project，注意路径中不能包含中文。

2. 打开 Keil MDK 并创建工程

   • 打开 Keil MDK，点击 Project -> New uVision Project。

   • 选择刚才创建的文件夹，输入工程名称，例如 STM32F40x_Template。

   • 点击 Save。

3. 选择芯片型号 在弹出的窗口中选择 STM32F407xxx（根据实际芯片型号选择），点击 OK。

4. 选择 CMSIS 固件 在弹出的窗口中选择 CMSIS -> CORE 和 Device -> Startup，点击 OK。

3.2 文件结构创建

1. 创建文件夹结构 在工程文件夹 STM32F40x_Project 中创建以下文件夹：

   • Projects：存放不同 IDE 的工程文件。

     • MDK-RAM：存放 Keil MDK 的工程文件。

     • Output：存放编译输出文件。

   • Drivers：存放所有驱动相关文件。

     • BSP：存放底层相关的支持包。

     • Module：存放各类软件模块，如定时器、状态机等。

     • CMSIS：存放 CMSIS 核心文件。

     • STM32F4xx_HAL_Driver：存放 STM32 HAL 库文件。

   • APP：存放应用程序，由用户编写，包含 main 函数。

2. 目录结构图示

STM32F40x_Project/
├── Projects/
│   ├── MDK-RAM/
│   └── Output/
├── Drivers/
│   ├── BSP/
│   ├── Module/
│   ├── CMSIS/
│   └── STM32F4xx_HAL_Driver/
└── APP/

1. 复制库文件与启动文件 从 STM32 HAL 库中复制以下文件到对应文件夹：

   • Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32F4xx/Include：复制到 Drivers/CMSIS/Inc。

   • Drivers/CMSIS/Device/ST/STM32F4xx/Source/Templates：复制到 Drivers/CMSIS/Src。

   • Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Inc：复制到 Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Inc。

   • Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Src：复制到 Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Src。

3.3 Keil 分组目录与对应文件

1. 在 Keil 中添加分组

   • 右键 Target 1，选择 Add Group，创建以下分组：

     • CMSIS

     • STM32F4xx_HAL_Driver

     • BSP

     • Module

     • APP

2. 添加文件到分组

   • CMSIS 分组：添加 Drivers/CMSIS/Src 文件夹中的 core_cm4.c 和 system_stm32f4xx.c。

   • STM32F4xx_HAL_Driver 分组：添加 Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Src 文件夹中的所有 .c 文件。

   • BSP 分组：添加 Drivers/BSP 文件夹中的文件。

   • Module 分组：添加 Drivers/Module 文件夹中的文件。

   • APP 分组：添加 APP 文件夹中的文件。

3. 添加头文件路径

   • 点击 Project -> Options for Target -> C/C++。

   • 在 Include Paths 中添加以下路径：

     • Drivers/BSP

     • Drivers/Module

     • Drivers/CMSIS/Inc

     • Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Inc

     • APP

3.4 编写主程序

1. 创建 main.c 文件

   • 右键 APP 分组，选择 Add New Item to Group，创建 main.c 文件。

2. 编写代码 在 main.c 中添加以下代码：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "bsp_init.h"
​
void Delay(uint32_t count) {
    while (count--);
}
​
int main(void) {
    // 板子初始化
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    Board_Init();
​
    // 使能 GPIOC 时钟
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
​
    // 配置 GPIOC Pin 13 为推挽输出
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
​
    while (1) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET); // 点亮 LED
        Delay(1000000);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);   // 熄灭 LED
        Delay(1000000);
    }
}

1. 编写 bsp_init.h 和 bsp_init.c 文件

   • 创建 bsp_init.h 文件 在 Drivers/BSP 文件夹中创建 bsp_init.h 文件，内容如下：

#ifndef __BSP_INIT_H
#define __BSP_INIT_H
​
#include "stm32f4xx_hal.h"
​
void Board_Init(void);
​
#endif /* __BSP_INIT_H */

• 创建 bsp_init.c 文件 在 Drivers/BSP 文件夹中创建 bsp_init.c 文件，内容如下：

#include "bsp_init.h"
​
void SystemClock_Config(void) {
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
​
    /** 初始化HSE振荡器
    */
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) {
        Error_Handler();
    }
​
    /** 初始化CPU、AHB和APB总线时钟
    */
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                                  | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
​
    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK) {
        Error_Handler();
    }
}
​
void Board_Init(void) {
    // 初始化HAL库
    HAL_Init();
​
    // 配置系统时钟
    SystemClock_Config();
}

1. 编写 Error_Handler 函数

   • 创建 error_handler.c 文件 在 APP 文件夹中创建 error_handler.c 文件，内容如下：

#include "stm32f4xx_hal.h"
​
void Error_Handler(void) {
    while (1) {
        // 错误处理代码
    }
}

1. 在 main.c 中包含 error_handler.c

   • 在 main.c 文件的顶部添加以下代码：

#include "error_handler.h"

3.5 编译与下载

1. 编译工程 点击 Build 按钮（或按 F7），确保没有错误和警告。

2. 下载程序 连接开发板，点击 Download 按钮（或按 F8），将程序下载到开发板。

4️⃣ 使用例程或模板

4.1 复制模板工程

1. 从 STM32CubeMX 生成模板工程

   • 打开 STM32CubeMX，选择 STM32F407VGT6 芯片。

   • 配置所需的外设（如GPIO、定时器等）。

   • 生成 Keil 项目文件。

2. 打开生成的工程 在 Keil MDK 中打开生成的工程文件（.uvprojx）。

4.2 修改头文件路径

1. 调整头文件路径 点击 Project -> Options for Target -> C/C++，修改头文件路径为相对路径。

4.3 编译与下载

1. 编译工程 点击 Build 按钮，确保没有错误和警告。

2. 下载程序 连接开发板，点击 Download 按钮，将程序下载到开发板。

5️⃣ 总结

通过本教程，你已经完成了 STM32F407 开发环境的安装、器件包的安装以及工程模板的创建与使用。接下来，你可以基于模板开发自己的应用程序，探索 STM32F407 的更多功能！

希望这些步骤能帮助你顺利搭建 STM32F407 的开发环境并开始你的嵌入式开发之旅。如果有任何问题，请随时提问！发之旅。如果有任何问题，请随时提问！