基于STM32的三种库函数代码效率对比解析

前言

ST已经推出了三种库函数，以方便客户快速开发STM32系列MCU。从最早的标准外设驱动库，到后来的Cube HAL，再到Cube LL以及直接操作寄存器。这几种库的代码效率到底如何呢？本文将针对这个问题进行粗略分析，并提供对比数据供大家参考。

问题分析

我们以GPIO翻转、TIM PWM 输出、ADCDMA 数据采集和DMA M2M这四个常用功能，通过不同的库函数来实现相同功能，最终来对比各个库函数的性能。四个工程代码的内容简述如下：

GPIO翻转：切换GPIO的输出电平，其中包含了系统时钟初始化和GPIO翻转的代码。TIM PWM输出：通过TIM1 的通道1输出频率是36KHz的PWM，循环修改其占空比从25%到50%，其中包含了系统时钟初始化、TIM1的初始化和切换占空比的代码。ADC DMA数据采集：通过ADC的模拟通道1，采集100次ADC的结果，并使用DMA传输到到用户缓冲区，其中包含了系统时钟初始化、ADC初始化和DMA的初始化的代码。DMA M2M:使用DMA1的通道1，从Flash中传输100字节的数据到片内的SRAM中。其中包含了系统时钟的初始化和DMA的初始化代码。

主要对比三个参数：Flash占用量、SRAM占用量和执行代码的效率。

Flash和SRAM的占用量可以通过查看IAR生成的*.map文件了解到。

在*.map文件中，会有如上图的内容，其中的readonly code memory加上readonly data memory的和，就是Flash的占用量。而Readwrite data memory的大小即为SRAM的占用量。那么上图所示的Flash占用量即为3204=3174+30，SRAM占用量即为1032。因用户堆（Cstack）我们设置的为1024，所以真正应用代码所占用的SRAM量为8=1032-1024.

代码的运行效率部分，我们是通过IAR提供的内核运行周期数（CYCLECONTER）来计算的。在功能函数的开始处和结束处分别设置断点，两次内核运行周期数的差值，就是此处代码的运行周期。

测试硬件选用了Nucleo-F302评估板。

软件环境和库函数详情如下：

• 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

测试结果如下：[手机模式下图片可点击放大观看]

总体来看，代码效率与代码的兼容性及可移植性成反比的规律是明显的。Cube LL库的效率明显优于HAL库的，几乎和直接写寄存器的效率相差无几。HAL库函数因为要顾及整个STM32系列间的代码高度兼容与可移植性，代码相对庞大。对于刚接触STM32的人来说，非常易于上手做些基本的评估和验证，入门快捷。LL库的出现，是对HAL库的有力补充。相比HAL库用户，LL库用户需要对MCU及相应外设有更为细致的了解。

目前，STM32cubeMX不但支持基于HAL库的初始化文件的生成，也已支持基于LL库的初始化文件及工程的生成，对于已经比较熟悉STM32应用或关注代码效率的开发人员来说，可以优先考虑使用LL库。

顺便介绍在STM32CubeMx的图形化界面下，如何选择使用HAL库还是LL库生成初始化文件及相应工程。

在CubeMx界面下，做好各个外设的选择及配置后，在ProjectProject SettingAdvanced Settiing如下图示界面上，你可以选择要使用的库类型：HAL/LL.

另外，偶尔人询问及LL库在哪里，其实LL库函数跟HAL库函数是在同一目录下。以STM32F4为例，你下载STM32CubeF4解压后，在类似如下目录可以看见HAL函数和LL函数库文件。

。。。DriversSTM32F4xx_HAL_DriverSrc