Přehled MCAL

Podporované rodiny STM32: G4 · H5 · H7 · L4 · U5

Standardizované softwarové rozhraní k vnitřním periferiím STM32, vytvořené pro modularitu, přenositelnost a testovatelnost.

---

Přehled

Microcontroller Abstraction Layer (MCAL) leží přímo nad hardwarovými registry a poskytuje čisté, jednotné API pro přístup k vnitřním periferiím STM32. Softwarové komponenty vyšší úrovně komunikují s hardwarem prostřednictvím této vrstvy — bez jakékoli znalosti nízkoúrovňových detailů registrů.

MCAL je součástí BSP (Board Support Package) a pro přístup na úrovni registrů využívá CMSIS a ovladače STM32 LL (Low-Layer).

Klíčový návrhový cíl: jedna periferie, jedno rozhraní. Například ovladač I2C může interně spravovat DMA, aniž by uživatel musel modul DMA konfigurovat zvlášť — veškerá obsluha závislostí je zapouzdřena přímo v ovladači.

---

Architektura

┌─────────────────────────────────────┐
│         Application Layer           │
├─────────────────────────────────────┤
│              MCAL                   │
│  (Gpio, Usart, Rcc, I2C, SPI, ...)  │
├─────────────────────────────────────┤
│   RAL — Register Abstraction Layer  │
│     (CMSIS + STM32 LL Drivers)      │
├─────────────────────────────────────┤
│         STM32 Hardware              │
└─────────────────────────────────────┘

---

Podporované periferie

Periferie	Popis
GPIO	Univerzální vstupy/výstupy
USART / UART	Sériová komunikace
SPI	Serial Peripheral Interface
I2C	Inter-Integrated Circuit (s volitelným DMA)
Časovače	Univerzální a pokročilé časovače
ADC / DAC	Analogově-digitální / digitálně-analogový převod
NVIC / EXTI	Řadič přerušení a externí přerušení
RCC	Řízení hodin a resetu
Flash	Přístup k paměti Flash
PWR	Napájení a systémová konfigurace

---

Struktura repozitáře

Každá periferie má vlastní vyhrazenou složku obsahující:

Soubor	Účel
<Peripheral>.c	Implementace ovladače
<Peripheral>.h	Deklarace veřejného API
<Peripheral>_Port.h	Konfigurace portu specifická pro hardware
<Peripheral>_Types.h	Definice typů a výčtů

Mcal/
├── Gpio/
│   ├── Gpio.c
│   ├── Gpio.h
│   ├── Gpio_Port.h
│   └── Gpio_Types.h
├── Usart/
│   ├── Usart.c
│   ├── Usart.h
│   ├── Usart_Port.h
│   └── Usart_Types.h
├── Rcc/
│   ├── Rcc.c
│   ├── Rcc.h
│   ├── Rcc_Port.h
│   └── Rcc_Types.h
├── I2c/
├── Spi/
├── Adc/
└── ...

---

Závislosti

Závislost	Účel
CMSIS	Základní rozhraní k procesoru ARM Cortex-M a systémovým periferiím
Ovladače STM32 LL	Lehký přístup k registrům s nízkou režií, bez abstrakce HAL

Obojí je převzato z balíčku STM32Cube Firmware Package a integrováno v BSP pod vrstvou RAL.

---

Průběh inicializace

Doporučená startovací sekvence:

1. NVIC  — Interrupt controller setup
2. RCC   — System clock and voltage configuration
3. GPIO  — Pin multiplexing and output configuration
4. USART / SPI / I2C / ... — Peripheral initialization
5. DMA / Timers / SysTick  — Optional, as needed

Tuto sekvenci lze provést jako součást startu systému, nebo ji aplikace může spustit na vyžádání.

---

Návrhové zásady

• Veškerý kód specifický pro hardware je zapouzdřen v MCAL — mimo tuto vrstvu se k registrům nepřistupuje
• Jednotná konvence pojmenování: <Module>_<Action> (např. Gpio_Init, Usart_Send, Rcc_SetClock)
• Tam, kde je kritický výkon, se používají makra a inline funkce
• Žádné napevno zadané hodnoty registrů — všude se používají makra CMSIS/LL
• Každý ovladač periferie je soběstačný a spravuje si vlastní interní závislosti (např. DMA)
• Všechna veřejná API jsou zdokumentována

---

Příklad použití

Inicializace GPIO

static gpioHal_PinConfig_t gpioHal_GpioConfiguration[GPIOHAL_IO_CNT] =
{
    {
        .GpioId = GPIOHAL_IO_USR_BTN,
        .ConfigStruct = {
            .PortId        = GPIO_PORT_C,
            .PinId         = GPIO_PIN_13,
            .PinMode       = GPIO_PIN_MODE_INPUT,
            .PinPull       = GPIO_PIN_PULL_NONE,
            .PinSpeed      = GPIO_PIN_SPEED_LOW,
            .PinOutType    = GPIO_PIN_OUTPUT_PUSHPULL,
            .PinAltFunction = GPIO_ALT_FUNC_CNT,
            .PinActiveLevel = GPIO_PIN_LEVEL_HIGH
        }
    }
};

void GpioHal_Init(void)
{
    for (uint16_t i = 0u; i < GPIOHAL_IO_CNT; i++)
    {
        Gpio_Init(&gpioHal_GpioConfiguration[i].ConfigStruct);
    }
}

---

Plánovaná vylepšení

• Framework pro integrační testování
• Pokrytí unit testy pro každý ovladač periferie
• Podpora dalších rodin STM32

---

Licence

Tento projekt je licencován pod licencí Creative Commons Uveďte původ–Neužívejte komerčně 4.0 Mezinárodní (CC BY-NC 4.0).

Toto dílo můžete volně používat, upravovat a sdílet pro nekomerční účely za předpokladu, že uvedete odpovídající autorství.

Úplné podmínky najdete v LICENSE.md nebo navštivte creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0.

---

Autoři

• Mr.Nobody — embedbits.com

Příspěvky jsou vítány! Otevřete prosím pull request.

---

Podpora rodin

	G4	H5	U5
Core	✅	—	✅
RCC	✅	✅	✅
GPIO	✅	✅	✅
EXTI	✅	✅	✅
NVIC	✅	✅	✅
TIM	✅	—	✅
USART	✅	✅	✅
I2C	—	✅	—
ADC	—	✅	—
CRC	—	—	✅
RNG	—	—	✅
IWDG	—	✅	—
DMA	✅	—	—
GPDMA	—	✅	✅