關(guān)鍵字：回調(diào)函數(shù)，HAL庫(kù)

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1.回調(diào)函數(shù)

2.STM32固件庫(kù)里的回調(diào)函數(shù)

3.STM32庫(kù)函數(shù)里的回調(diào)機(jī)制及觸發(fā)事件

4.常見(jiàn)問(wèn)題

01 回調(diào)函數(shù)

有人對(duì)STM32固件庫(kù)里的回調(diào)函數(shù)有些好奇甚至糾結(jié)，這里簡(jiǎn)單地介紹下，以供參考。其實(shí)從用法及功能上講他們并沒(méi)有什么特別的，跟其他函數(shù)一樣，也是實(shí)現(xiàn)特定功能的代碼段。一般來(lái)講，所謂回調(diào)函數(shù)，泛指基于事件觸發(fā)而被調(diào)用執(zhí)行的函數(shù)，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是條件滿(mǎn)足了就調(diào)用的函數(shù)，往往會(huì)跟函數(shù)指針結(jié)合起來(lái)通過(guò)函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)調(diào)用。

經(jīng)常會(huì)有人基于類(lèi)似下面的代碼介紹回調(diào)函數(shù)：

在上面代碼中，那四個(gè)有關(guān)加減乘除的函數(shù)可以看成回調(diào)函數(shù)，具體何時(shí)被調(diào)用，根據(jù)函數(shù)Compute(float a,float b,float(*Action)(float a,float b))里的函數(shù)指針的賦值情況來(lái)定，被賦予哪個(gè)回調(diào)函數(shù)的地址就調(diào)用哪個(gè)回調(diào)函數(shù)。當(dāng)然，使用函數(shù)指針并不是回調(diào)函數(shù)的核心特征，因事件驅(qū)動(dòng)而被調(diào)用才是其核心特征。

生活中我們有時(shí)會(huì)對(duì)某人說(shuō)，回頭再談、回頭再聊。潛臺(tái)詞往往就是等時(shí)機(jī)成熟了、條件滿(mǎn)足了再來(lái)具體交涉。這里就充滿(mǎn)著濃濃的回調(diào)意味。

回調(diào)函數(shù)可以理解為事件響應(yīng)函數(shù)或者說(shuō)事件驅(qū)動(dòng)函數(shù)。即使相同的事件、基于不同的場(chǎng)景可能會(huì)有不同應(yīng)對(duì)處理，從軟件代碼角度講就對(duì)應(yīng)不同的回調(diào)函數(shù)代碼。

我們不妨看個(gè)生活中的例子。生活中有人中了六合彩了，針對(duì)這一事件，中獎(jiǎng)人可能有下面諸多舉動(dòng)之一【這里簡(jiǎn)化下，多選一】。但這件事發(fā)生在不同人身上，右邊的選擇很可能不盡一樣。換言之，中獎(jiǎng)了，到底會(huì)選擇右邊哪一項(xiàng)還得結(jié)合具體的人來(lái)定。

圖1 中六合彩的可能后續(xù)行為

我們?cè)偾袚Q到STM32的嵌入式開(kāi)發(fā)中來(lái)，以UART接收完成事件為例。針對(duì)這一事件，不同的應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)對(duì)處理往往也是五花八門(mén)、五彩繽紛。

圖2 UART接收完成后可能后續(xù)動(dòng)作

顯然，特定的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)應(yīng)著特定的回調(diào)函數(shù)，一般來(lái)講，沒(méi)法簡(jiǎn)單地僅僅基于事件就擬定一段既能適用于各種場(chǎng)景而又富有針對(duì)性的代碼。

結(jié)合上面的描述，稍微小結(jié)下?；卣{(diào)函數(shù)除了具有基于事件的觸發(fā)而被調(diào)用執(zhí)行的特征外，還具有相同事件因應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景可能需要不同的回調(diào)函數(shù)之特征，即基于特定應(yīng)用場(chǎng)景的回調(diào)函數(shù)其內(nèi)容具有特定性。

02

STM32固件庫(kù)里的回調(diào)函數(shù)

說(shuō)到這里，我們具體結(jié)合STM32外設(shè)固件庫(kù)里回調(diào)函數(shù)來(lái)聊聊。

首先，作為一個(gè)函數(shù)庫(kù)，除了個(gè)別初始化函數(shù)外，里面不存在現(xiàn)存的完整的回調(diào)函數(shù)。結(jié)合前面的介紹，我們知道回調(diào)函數(shù)需要結(jié)合具體場(chǎng)景而擬定，作為函數(shù)庫(kù)根本做不到這一點(diǎn)，它沒(méi)法事先知曉發(fā)生某個(gè)事件時(shí)不同的應(yīng)用會(huì)需要采取怎樣的操作。

其次，STM32庫(kù)函數(shù)的確采用了回調(diào)機(jī)制，并基于可能的各種事件為STM32開(kāi)發(fā)者預(yù)留了只有函數(shù)定義而無(wú)具體內(nèi)容的空回調(diào)函數(shù)，或者是只定義了一些基于各類(lèi)事件的函數(shù)指針，具體的回調(diào)函數(shù)需要用戶(hù)完成并將函數(shù)地址賦給相應(yīng)的函數(shù)指針而被調(diào)用。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，函數(shù)庫(kù)給我們事先預(yù)留了眾多的回調(diào)函數(shù)接口。

STM32固件庫(kù)里的回調(diào)函數(shù)采用了兩種調(diào)用方式：

第一種是legacy方式，傳統(tǒng)的回調(diào)方式，庫(kù)以weak方式定義了各種空的回調(diào)函數(shù)，像下面這些。STM32庫(kù)里都給我們準(zhǔn)備好了?！鞠旅媸怯嘘P(guān)UART部分事件的弱回調(diào)函數(shù)體，內(nèi)容為空】

圖3 UART傳輸事件相關(guān)弱回調(diào)函數(shù)定義

具體開(kāi)發(fā)時(shí)，我們根據(jù)事件和應(yīng)用場(chǎng)景基于類(lèi)似上面的weak函數(shù)進(jìn)行重寫(xiě)，重寫(xiě)時(shí)拿掉weak，庫(kù)里預(yù)留的弱定義函數(shù)盡量不用動(dòng)它。比方像下面這些都是最終的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)。

圖4 UART傳輸事件相關(guān)的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)

另外一種就是指針?lè)绞?/span>，或稱(chēng)注冊(cè)方式。即函數(shù)庫(kù)里事先基于各類(lèi)事件定義好了各種回調(diào)函數(shù)指針，具體的回調(diào)函數(shù)由用戶(hù)基于不同事件和應(yīng)用需求撰寫(xiě)，然后將函數(shù)地址賦給函數(shù)指針，這個(gè)動(dòng)作我們稱(chēng)之為回調(diào)函數(shù)進(jìn)行注冊(cè)，之后回調(diào)函數(shù)就可以通過(guò)函數(shù)指針而被適時(shí)調(diào)用。

比方下面是UART外設(shè)里定義的一些函數(shù)指針：【星號(hào)所指的是與UART傳輸完成事件有關(guān)的回調(diào)函數(shù)所用的指針】

圖5 UART傳輸事件相關(guān)的回調(diào)函數(shù)指針

當(dāng)我們將回調(diào)函數(shù)寫(xiě)好后，將函數(shù)地址賦給函數(shù)指針即可在相應(yīng)事件發(fā)生時(shí)被調(diào)用。比方類(lèi)似下面的操作代碼。紅星標(biāo)所指代碼就是在做回調(diào)函數(shù)的注冊(cè)。

圖6 UART傳輸完成事件用戶(hù)回調(diào)函數(shù)及注冊(cè)

給函數(shù)指針賦地址可以直接賦地址或通過(guò)調(diào)用庫(kù)函數(shù)xxx_RegisterCallback完成【見(jiàn)上圖星標(biāo)代碼】。

這種指針?lè)绞叫枰覀儗?duì)C語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)體、函數(shù)指針有相應(yīng)的了解，庫(kù)只是給我們提供了相應(yīng)的函數(shù)指針，具體的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)由用戶(hù)根據(jù)需要來(lái)編寫(xiě)，將其地址賦給相應(yīng)的函數(shù)指針以供調(diào)用。

而前面介紹的傳統(tǒng)型回調(diào)函數(shù)，庫(kù)則幫我們把可能涉及到的回調(diào)函數(shù)全部以弱定義的方式都準(zhǔn)備好了，我們按需針對(duì)性選用，去掉weak填空重寫(xiě)。使用起來(lái)相對(duì)更直觀些，無(wú)需我們對(duì)函數(shù)指針有太多了解。

目前STM32庫(kù)回調(diào)機(jī)制中，作為用戶(hù)到底使用上面的哪種回調(diào)方式呢？在每個(gè)系列的固件庫(kù)的配置頭文件中有針對(duì)各個(gè)外設(shè)事件回調(diào)函數(shù)使用方式的選擇，比方以STM32F4系列為例，這里有個(gè)stm32f4xx_hal_conf.h的頭文件，我們可以看到基于各個(gè)外設(shè)事件回調(diào)函數(shù)使用方式選擇的宏。

圖7 回調(diào)函數(shù)調(diào)用方式的選擇配置

若我們不對(duì)該頭文件的相應(yīng)外設(shè)事件的回調(diào)函數(shù)調(diào)用方式的宏定義做調(diào)整，則默認(rèn)傳統(tǒng)回調(diào)方式，即legacy方式，非指針?lè)绞健Ｈ魧⑾鄳?yīng)的宏值改為1，則該外設(shè)事件相關(guān)回調(diào)函數(shù)采用指針注冊(cè)方式。

03 STM32庫(kù)函數(shù)里的回調(diào)機(jī)制及觸發(fā)事件

整體上講，STM32外設(shè)庫(kù)里的API函數(shù)大體由三部分組成，分別是：

初始化函數(shù)

啟動(dòng)型執(zhí)行函數(shù)

回調(diào)函數(shù)【弱定義函數(shù)或回調(diào)函數(shù)指針，最終靠用戶(hù)具體完成編寫(xiě)】

這樣的安排，讓整個(gè)工程代碼結(jié)構(gòu)比較清晰，可以讓人快速了解庫(kù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)現(xiàn)存的API函數(shù)大大減少開(kāi)發(fā)工作量，預(yù)留的回調(diào)函數(shù)接口一方面給開(kāi)發(fā)者提供了便利，另一方面讓用戶(hù)基于不同應(yīng)用場(chǎng)景自由組織代碼而又不破壞整個(gè)軟件架構(gòu)。

對(duì)于回調(diào)函數(shù)，可以由哪些事件觸發(fā)呢？大致分三類(lèi)，分別是外設(shè)初始化操作、外設(shè)處理完成【中斷】事件、外設(shè)出錯(cuò)【中斷】事件。我們關(guān)注最多是外設(shè)處理完成中斷事件相關(guān)的回調(diào)函數(shù)。

圖8 回調(diào)函數(shù)觸發(fā)事件的分類(lèi)

04 常見(jiàn)問(wèn)題

4.1 STM32庫(kù)函數(shù)里的回調(diào)函數(shù)是什么，有何用？

回調(diào)函數(shù)終究乃用戶(hù)所編寫(xiě)，是用戶(hù)基于特定事件和應(yīng)用需求而編寫(xiě)的功能模塊，與其他函數(shù)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。形式上講，STM32庫(kù)預(yù)先為用戶(hù)做了回調(diào)函數(shù)的弱定義或基于事件的函數(shù)指針的定義。因基于特定條件發(fā)生后被調(diào)用執(zhí)行而被冠以回調(diào)稱(chēng)號(hào)。

嚴(yán)格來(lái)講，庫(kù)函數(shù)里沒(méi)有完整的回調(diào)函數(shù)，只有基于各類(lèi)事件的弱定義的不具備實(shí)際功能的空回調(diào)函數(shù)，或者是針對(duì)各類(lèi)事件而定義的各種用于調(diào)用回調(diào)函數(shù)的函數(shù)指針。我們的程序監(jiān)測(cè)相應(yīng)條件或事件往往是有的放矢，當(dāng)相應(yīng)事件出現(xiàn)時(shí)我們需要做相應(yīng)的處理，這正是回調(diào)函數(shù)要實(shí)現(xiàn)的功能，也是其功用所在。

4.2 STM32工程里的回調(diào)函數(shù)與中斷函數(shù)有什么區(qū)別？

STM32外設(shè)庫(kù)里的回調(diào)函數(shù)的確多數(shù)時(shí)候跟中斷事件及中斷服務(wù)程序息息相關(guān)，往往在中斷服務(wù)程序中基于特定事件調(diào)用相應(yīng)的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)。很多時(shí)候，我們完全可以將用戶(hù)回調(diào)函數(shù)看成中斷函數(shù)的一個(gè)調(diào)用模塊或延伸。

一個(gè)中斷服務(wù)程序里可以因不同事件而調(diào)用不同的回調(diào)函數(shù)，即一個(gè)中斷服務(wù)程序里可能包含多個(gè)不同的回調(diào)函數(shù)。比方，我們?cè)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/定時(shí)器/" target="_blank">定時(shí)器中斷服務(wù)程序里可以涉及多個(gè)事件及相應(yīng)的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)，定時(shí)器中斷服務(wù)程序可能涉及更新事件、不同通道的比較事件或捕獲事件，相應(yīng)的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)往往因應(yīng)用場(chǎng)景而異。

當(dāng)然，回調(diào)函數(shù)的調(diào)用還可以是中斷事件以外的其他事件觸發(fā)調(diào)用，比方可以基于初始化操作來(lái)調(diào)用相應(yīng)初始化回調(diào)函數(shù)。當(dāng)然，在庫(kù)里對(duì)某個(gè)外設(shè)的初始化可能有些默認(rèn)操作，但這個(gè)默認(rèn)操作很難是放之四海而皆準(zhǔn)的操作，這時(shí)我們就得根據(jù)實(shí)際應(yīng)用針對(duì)性編寫(xiě)初始化代碼，即初始化型回調(diào)函數(shù)。

4.3 STM32庫(kù)函數(shù)里的回調(diào)函數(shù)是否可以不用？

STM32庫(kù)函數(shù)里的回調(diào)機(jī)制是庫(kù)設(shè)計(jì)者為了便于軟件框架清晰、減少開(kāi)發(fā)者工作量等因素事先準(zhǔn)備的函數(shù)聲明及接口，用戶(hù)使用時(shí)只需根據(jù)具體應(yīng)用編寫(xiě)相關(guān)函數(shù)體。當(dāng)然，你如果不想理睬這些回調(diào)函數(shù)聲明及定義也是可以的，你根據(jù)具體應(yīng)用自行組織代碼完全可行。

4.4 STM32庫(kù)函數(shù)里似乎存在著類(lèi)似半成品的庫(kù)回調(diào)函數(shù)？

STM32庫(kù)函數(shù)里的確準(zhǔn)備了一些包含用戶(hù)回調(diào)函數(shù)的由庫(kù)定義的回調(diào)函數(shù)，是庫(kù)設(shè)計(jì)者基于各類(lèi)特定事件而準(zhǔn)備的回調(diào)函數(shù)，它會(huì)針對(duì)特定事件做一些基本而必要的操作，比方狀態(tài)的檢查、標(biāo)志監(jiān)測(cè)及清除，但它沒(méi)有辦法徹底寫(xiě)完整，因?yàn)樗鼰o(wú)法知道該事件發(fā)生后用戶(hù)的真實(shí)需求是什么，該如何操作，所以它終究還是需要調(diào)用真正的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)。這樣做的目的還是為了給開(kāi)發(fā)者減少開(kāi)發(fā)工作量、以及減少出錯(cuò)等。

我們不妨具體看個(gè)實(shí)例。下面的回調(diào)函數(shù)采樣的指針注冊(cè)方式，我們看看UART的DMA傳輸完成中斷里傳輸完成的回調(diào)函數(shù)的調(diào)用過(guò)程。

首先，在UART的DMA啟動(dòng)函數(shù)HAL_UART_Transmit_ DMA()里有這樣一部分內(nèi)容：

圖9 外設(shè)啟動(dòng)運(yùn)行代碼中庫(kù)回調(diào)函數(shù)的賦值

庫(kù)里就DMA傳輸事件準(zhǔn)備了幾個(gè)回調(diào)函數(shù)【傳輸完成、半完成、出錯(cuò)】，即上圖中紅線標(biāo)示出來(lái)的。其實(shí)這幾個(gè)回調(diào)函數(shù)還不算完整的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)，是庫(kù)定義的并會(huì)做一些在它看來(lái)用戶(hù)必定需要完成的一些操作，它事先幫助完成，之后才調(diào)用最終的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)。我們以傳輸完成事件為例來(lái)看看，上圖星號(hào)所標(biāo)的函數(shù)。

圖10 庫(kù)回調(diào)函數(shù)進(jìn)一步調(diào)回用戶(hù)回調(diào)函數(shù)

在這個(gè)庫(kù)定義的UART_DMATransmitCplt()函數(shù)里，它對(duì)DMA的傳輸模式做了判斷，如果是Normal模式，就將UART的傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)置為0，禁止DMA后續(xù)傳輸功能，使能UART傳輸完成中斷的使能。然后才來(lái)調(diào)用用戶(hù)回調(diào)函數(shù)【上圖中箭頭所指】。如果DMA工作在循環(huán)模式，代碼進(jìn)到UART_DMATransmitCplt()函數(shù)后就直接調(diào)用最終的用戶(hù)回調(diào)函數(shù)。也就說(shuō)這些庫(kù)定義的回調(diào)函數(shù)在用戶(hù)回調(diào)函數(shù)的基礎(chǔ)上做了些必要操作，用戶(hù)回調(diào)函數(shù)可以看成這類(lèi)庫(kù)回調(diào)函數(shù)的子集。

4.5 基于STM32庫(kù)來(lái)組織用戶(hù)回調(diào)函數(shù)要注意什么？

前面提過(guò)了，用戶(hù)回調(diào)函數(shù)主要基于初始化事件或中斷事件而組織的代碼。那些中斷事件的回調(diào)函數(shù)的調(diào)用基本都是在中斷服務(wù)程序里發(fā)生的。所以，我們?cè)诰帉?xiě)回調(diào)函數(shù)時(shí)要結(jié)合具體情況靈活地組織代碼。要考慮中斷優(yōu)先級(jí)、具體事件響應(yīng)的實(shí)時(shí)性等。具體點(diǎn)說(shuō)，我們?cè)诮M織回調(diào)函數(shù)時(shí)，要考慮是否一定要一股腦地全寫(xiě)在中斷服務(wù)程序里，會(huì)不會(huì)影響別的中斷響應(yīng)。對(duì)于有些不緊急而又耗時(shí)的事件響應(yīng)代碼，可以考慮只在回調(diào)函數(shù)里設(shè)置相應(yīng)標(biāo)志，真正的處理代碼放到主循環(huán)去完成。

還提醒一點(diǎn)，STM32庫(kù)設(shè)計(jì)者主動(dòng)給我們準(zhǔn)備了弱定義回調(diào)函數(shù)或基于各個(gè)事件的回調(diào)函數(shù)指針，盡管很豐富了，但未必能包羅萬(wàn)象，必要時(shí)我們可能還得根據(jù)具體情況來(lái)額外組織些類(lèi)似回調(diào)函數(shù)的事件/中斷響應(yīng)代碼。

關(guān)于STM32 HAL庫(kù)里的回調(diào)函數(shù)就簡(jiǎn)單介紹到這里，希望能幫到一些STM32開(kāi)發(fā)者。

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