两种方式的点灯
目录
前言
我实现学习的软件开发，再学习硬件开发的，之前从事后端开发的过程，大多是与高级语言（Java、Python、JS）以及各种设计模式、数据分析、架构关系等内容打交道。
在那个行业里，无数的工具在生态中极其丰富，完善到几乎不是在编程，借用一个 AI 科学家的话来说：
在2025年开发 Web 应用，有点像组装宜家家具。你必须拼凑和配置许多单独的服务：前端、后端、cdn、https、数据库、身份验证、付款......
你的工作不是写代码，而是配置、管道、编排、工作流、最佳实践。-- Andrej Karpath
人们慢慢进入到了 AI 编程的时代，一切都像组装积木一样拼拼凑凑，这也是我在业余时间打算学习硬件开发的原因：不要离开底层技术太久，那会忘记我们从何处开始的，迷失在了这个繁荣的，靠组装搬和运代码为生的时代。
我打算为 STM32F103C8T6 编写一整个系列的文章，记录我从零开始学习，直到掌握它，并且作出一个硬件成品的历程（这个成品大概会是一个手表）。
很多时候，我都难以逃脱本身作为软件开发者这个职业的视角来看待硬件技术，但我觉得这为我提供了更多的想法以及思路。
硬件
- STM32F103C8T6 开发板（Blue Pill）
- ST-LINK V2 或者 JLink
库
我打算以两种方式来点亮板载的 PC13 LED，一种使用操作寄存器的方式，另一种使用 HAL 库的方式，这两种方式几乎是两种极端，前者是最原始的方式（就像手写 Socket 连接发送 HTTP 请求），后者则是封装性和抽象性较高的方式（就像是直接使用线程的 HTTP 框架发送请求）。
在学习 STM32 的过程中，接触到了这几个库：CMSIS、SPL、LL、HAL。
CMSIS
CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）是 ARM 公司制定的一套嵌入式软件开发标准，旨在提供一致的编程接口和软件支持工具集，以简化 ARM Cortex 的软件开发，因为 STM32 使用的是 Arm 公司的 Cortex M3 芯片，所以这个库相当于是核心中的核心，用于控制和封装底层内核。
SPL
SPL（Standard Peripheral Library）是 ST 公司早些时候开发的框架，为了方便程序员不用再去记忆和操纵那丑陋的寄存器地址而诞生，但是现在 ST 公司已经决定停止开发这款软件，新版本的芯片不再支持它，但大部分的教程还在用这个库，还有很多很多的过去的历史项目都离不开它（就像后端开发里的 Java 8 + SpringBoot 2.x + CentOS7.x 组合哈哈哈）。
LL
LL（Low-layer）ST 开发的框架，提供比 HAL 更接近底层的 API，执行效率更高，控制更加精细，适用于对性能要求较高的场景，例如实时控制、低功耗应用。
HAL
HAL（Hardware Abstraction Layer）ST 官方推荐的主流开发库，适用于 STM32 所有系列，具有更高的抽象层次，提供较为通用的 API，可移植性强，配合 STM32CubeMX 生成的代码，便于图形化配置。
按照我的个人理解，CMSIS 是最核心的，它是 ARM 公司为了 Cortex 内核开发的库，ST 公司开发的 LL、HAL、SPL 都会间接依赖于这个库。
而 SPL 被官方 Deprecated 了，官方主推 HAL 库，但是配置各种初始化的外设功能依然麻烦，每次初始化工程，都要手敲很麻烦，所以 ST 公司搞了个 STM32CubeMX 的可视化工具，通过点点鼠标来生成初始化代码（很熟悉，就像 Spring 朝着 Spring Boot 发展，手写 SQL 慢慢被可视化的各种 Code Generator 所取代）。
学到这里，发现软件硬件都是差不多的，核心的思想都是分层架构：最底层代表了最原始、最直接、功能最多、权限最大，但同时也是复杂度最高，最难记忆和理解，底层更贴近机器，但对人类不友好。而上层通过抽象和封装，牺牲了机器执行效率以换取人类的开发效率，远离机器的同时，通过可视化和代码生成，更加人性化。
Bare Metal
在这里，只有一台装着最基本的代码编辑器，代码编译器的电脑，一个连接着电脑的 Blue Pill，一些关于 Cortex M3 和 STM32 的技术手册，以及一个绝望的你。
没有花里胡哨的 IDE、没有代码生成工具，没有互联网的示例供你直接复制粘贴运行，你必须直面裸金属，直面混乱丑陋的十六进制的寄存器地址。
在实践里，很少有人会直接使用寄存器编程，虽然这是它的本质（目前，我是这么理解的）：通过配置和操作寄存器来控制外设（如 GPIO、UART、SPI、I2C、定时器、ADC 等），所有的操作，本质上都是对寄存器进行修改。
按照过去软件的学习经验来说，譬如 Python，肯定是先学习它的语法，编写 py 文件，了解虚拟环境，了解多个文件如何处理依赖关系，模块、包的种种概念，了然于胸之后，再去使用 Pycharm 之类的高级 IDE 编写工程代码，。
所以，就算以后要用 Keli、STM32CubeIDE 之类的高级工具，但依然要先从一个最简单的代码编辑器 + 代码编译器开始。
这里选用的是 Vim + arm-none-eabi 工具链。
上电启动过程
由于没有一个完整的操作系统来帮我们启动硬件，不得不去仔细了解下 STM32 上电后的启动过程。
这个启动过程不是说上电以后，直接就跳转到我们写的 main 函数里面运行，而是包含了很多步骤，需要了解以下概念：
- 内存模型和内存映射
- 启动文件和链接文件
- 中断向量表