标准库、HAL库、LL库

举例理解

概念理解

标准库（Standard Peripheral Library，SPL）

2. HAL库（Hardware Abstraction Layer）

3. LL库（Low-Layer Library）

总结区别

如何选择

实际应用中的结合使用

代码理解

1. 标准库（SPL）的使用方式

2. HAL库的使用方式

3. LL库的使用方式

总结

在单片机（微控制器）开发中，标准库、HAL库和LL库是常用的三种软件库，它们用于简化硬件外设的编程和控制。

举例理解

标准库（SPL）：就像开自动挡车，你只需掌握基础操作，很多细节是自动处理的，适合入门和简单应用。

HAL库：就像开带有智能驾驶辅助功能的车，大部分事情车会帮你搞定，适合那些想省力并快速到达目标的人。

LL库：就像开手动挡车，你能完全掌控，但需要更多技术和时间，适合那些想最大化性能并精确控制的人。

概念理解

标准库（Standard Peripheral Library，SPL）

定义：

标准库是由芯片厂商提供的用于操作微控制器外设的中间层库。以STMicroelectronics的STM32系列为例，标准外设库提供了一组函数，用于简化外设（如GPIO、USART、SPI等）的配置和操作。

特点：

抽象层次适中：提供了相对高级别的API，简化了外设配置。

易于使用：对于初学者或快速开发项目较为友好。

兼容性：通常与特定系列的微控制器紧密结合，不具备跨系列的通用性。

缺点：

灵活性有限：由于是中间层抽象，某些复杂或特殊的外设操作可能不够灵活。

性能开销：相比直接寄存器操作，可能存在一定的性能损失。

2. HAL库（Hardware Abstraction Layer）

定义：

HAL库也是由芯片厂商提供，旨在提供更高层次的硬件抽象，使得代码更具可移植性。以STM32的HAL库为例，它封装了更多的硬件细节，提供了一致的接口来操作不同的外设。

特点：

高抽象层次：隐藏了更多的硬件细节，使得开发者无需深入了解底层寄存器。

良好的可移植性：在不同型号或系列的微控制器之间具有较好的代码兼容性。

丰富的功能支持：通常包含更多的外设支持和高级功能。

缺点：

性能开销较大：由于抽象层次更高，可能引入更多的函数调用和资源占用，影响实时性要求高的应用。

灵活性不足：对于需要精细控制硬件的场景，可能无法满足需求。

3. LL库（Low-Layer Library）

定义：

LL库（低层库）提供了对硬件外设的更底层的访问接口，允许开发者直接操作寄存器，但仍保留了一定的封装以简化常见操作。以STM32的LL库为例，它旨在提供接近寄存器级别的控制，同时保持一定的易用性。

特点：

低抽象层次：提供接近寄存器级别的API，允许更精细的硬件控制。

高性能：由于更少的抽象和函数调用，适合对性能和实时性有较高要求的应用。

灵活性强：开发者可以根据需求灵活配置和操作外设。

缺点：

学习曲线较陡：需要开发者具备更深入的硬件知识，理解寄存器操作。

开发效率较低：相比高层库，编写代码可能更繁琐。

总结区别

如何选择

快速开发或初学者：选择标准库或HAL库，因为它们提供了更高层次的抽象，简化了外设操作。

对性能和资源有严格要求：选择LL库，以获得更高的执行效率和更精细的控制。

需要跨系列或跨平台的代码：选择HAL库，其良好的可移植性有助于代码在不同微控制器之间复用。

实际应用中的结合使用

在实际项目中，开发者常常会根据具体需求结合使用不同的库。例如，主要功能模块使用HAL库以提高开发效率，而对性能要求较高的部分则采用LL库进行优化。

代码理解

为了更好地理解标准库、HAL库和LL库的区别，阮某通过一个简单的例子来进行解释：控制一个LED灯的亮灭。假设我们要用一个微控制器（比如STM32）来控制GPIO引脚，让LED灯亮灭，看看这三种库是如何处理的。

1. 标准库（SPL）的使用方式

在标准库中，开发者需要配置GPIO（通用输入输出）端口，控制其输出高低电平来实现LED的亮灭。代码相对简洁，但仍需要了解一定的硬件细节。

#include "stm32f10x.h" // 标准外设库头文件int main(void) {// 1. 初始化GPIO
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); // 使能GPIOC时钟    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; // 使用PC13引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 配置为推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 速度50MHzGPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIO// 2. 控制LEDwhile (1) {GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 设置引脚为高电平，LED熄灭for (int i = 0; i < 1000000; i++); // 延时GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 设置引脚为低电平，LED点亮for (int i = 0; i < 1000000; i++); // 延时}
}

特点：

操作相对简单，开发者只需掌握GPIO配置和控制即可。
代码结构清晰，配置和操作步骤相对独立。

2. HAL库的使用方式

HAL库提供了更高层次的抽象，隐藏了更多硬件细节，开发者可以更轻松地控制外设。HAL库的代码可移植性更高，适合跨平台使用。

#include "stm32f1xx_hal.h" // HAL库头文件int main(void) {
    HAL_Init(); // 初始化HAL库    // 1. 初始化GPIO
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOC时钟    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出模式
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);    // 2. 控制LED
    while (1) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET); // LED熄灭
        HAL_Delay(500); // 延时500ms
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET); // LED点亮
        HAL_Delay(500); // 延时500ms
    }
}

特点：

更加简单，几乎不需要直接操作外设寄存器。
HAL库自带延时函数和GPIO操作函数，代码简洁且易于理解。
适合快速开发，且具备较好的跨平台可移植性。

3. LL库的使用方式

LL库提供更底层的操作，接近于直接操作寄存器。开发者需要对硬件有更深入的了解，代码复杂度更高，但性能更好。

#include "stm32f1xx_ll_gpio.h" // LL库头文件
#include "stm32f1xx_ll_bus.h"int main(void) {// 1. 初始化GPIOLL_APB2_GRP1_EnableClock(LL_APB2_GRP1_PERIPH_GPIOC); // 使能GPIOC时钟    LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_13;
    GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_OUTPUT;
    GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_LOW;LL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);// 2. 控制LEDwhile (1) {LL_GPIO_SetOutputPin(GPIOC, LL_GPIO_PIN_13); // LED熄灭for (int i = 0; i < 1000000; i++); // 延时LL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOC, LL_GPIO_PIN_13); // LED点亮for (int i = 0; i < 1000000; i++); // 延时}
}