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LチカをHALとHALbedで書いてみる ​

HALbedは、STM32のHAL（Hardware Abstraction Layer）ライブラリを
さらに抽象化・リネームしたラッパー関数群です。

ただし、mbedのように「すべてを隠してくれる」わけではなく、
中身はそのままHAL なので、仕組みを理解していないと意図通りに動かないことがあります。

そこでまずは基本中の基本である
LEDを点滅させる（Lチカ） をHALで直接書いてみましょう。

Lチカとは？ ​

Lチカとは

  • LEDを点ける（ON）
  • 少し待つ
  • LEDを消す（OFF）
  • また待つ

これを繰り返すだけのプログラムです。

マイコンでは最初の動作確認としてよく使われます。 Hello, World!のようなものですね。

事前に必要な知識 ​

GPIOとは ​

GPIO（General Purpose Input Output）は
マイコンのピンを入出力として使う機能です。

今回やること：

  • ピンを「出力モード」にする
  • 電圧を出す（LED ON）
  • 電圧を止める（LED OFF）

処理の流れ（重要） ​

Lチカの流れは以下の通りです：

  1. HALの初期化
  2. クロック設定
  3. GPIOの設定（ここが重要）
  4. 無限ループでON/OFFを繰り返す

とりあえず動かしてみる ​

STM32CubeIDEでプロジェクトを作成したら、まずはGPIOの設定をしてみましょう。

GPIOの設定 ​

使うピンをGPIOの出力モードに設定します。 LED を繋いだ適当なピンを選んでください。

image

設定したあと、保存してコードを生成します。

プログラム ​

今回は main.c に直接書いてみます。 main.cの中の一部分を以下のように書き換えてください。HALbedライブラリを使う場合のapp_main()は呼び出しません

c
int main(void)
{

// ....
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    for (int i = 0; i < 20; i++){
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);  // 点滅
        HAL_Delay(500);
    }
    for (int i = 0; i < 20; i++){
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);  // 点灯
        HAL_Delay(100);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);  // 消灯
        HAL_Delay(100);
    }
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

LEDが繋がっているピンに合わせて、GPIOAや GPIO_PIN_5 の部分を変更してください。

動作

  1. 初めのforループは、HAL_GPIO_TogglePin()を使ってLEDを点滅させます。
    ゆっくりした点滅です。
  2. 次のforループは、HAL_GPIO_WritePin()を使ってLEDを点灯・消灯させます。
    速い点滅です。
  3. HAL_Delay(500)は500ミリ秒（0.5秒）待つ関数です。
  4. 無限ループの中でこれらの動作を繰り返すので、LEDはずっと点滅し続けます。

呼び出している関数は違いますが、どちらもLEDを点滅させるための関数です。

各関数の説明 ​

HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_PORT, GPIO_PIN) ​

  • もしピンが現在HIGH（ON）なら、LOW（OFF）にします。
  • もしピンが現在LOW（OFF）なら、HIGH（ON）にします。

HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, GPIO_PIN, GPIO_PinState) ​

  • 指定したピンを指定した状態にします。
cpp
typedef enum
{
  GPIO_PIN_RESET = 0U,
  GPIO_PIN_SET
} GPIO_PinState;
  • GPIO_PinStateは、GPIO_PIN_SET（ON）か GPIO_PIN_RESET（OFF）を指定します。

HALbed で書いてみる ​

上のコードはHALの関数を直接呼び出していますが、HALbedを使うともっとわかりやすく書けます。 main.c の中でapp_main()を呼び出すようにして、以下のように書き換えてみましょう。

c
#include "main.h"
#include "../../Library/HALbed/Inc/HALbed.hpp"

using namespace HALbed;
DigitalOut LED(PA_5);

extern "C" void app_main(void) {
    while (1)
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++){
            LED.toggle();  // 点滅
            HAL_Delay(500);
        }
        for (int i = 0; i < 20; i++){
            LED = 1;  // 点灯
            HAL_Delay(100);
            LED = 0;  // 消灯
            HAL_Delay(100);
        }
        for (int i = 0; i < 40; i++){
            LED.write(!LED.read());
            HAL_Delay(50);
        }
    }
}

色々な書き方ができますが、どれも同じようにLEDを点滅させることができます。 HALbedを使うと、GPIOの操作がより直感的に書けるようになりますね。 細かい仕様はDigitalOutクラスのドキュメント を参照してください。

まとめ ​

今回はDigitalOutクラスを使って、LEDを点滅させるプログラムを書いてみました。 Lチカでは、あまり実感できませんが、HALを直接使うと細かい設定などを反映させることができます。 また、HALで書くと関数名が長かったり、引数が多かったりして、コードが少し見づらくなります。 HALbedは、HALの機能を活かしつつ、より簡単にHALを使えるようになっていると感じてもらえると嬉しいです。

HAL本体も理解しつつ、STMマイコンを使いこなしていきましょう！

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