X-Cube-Cryptolib V4

加解密算法是实现信息安全设计的重要工具，在安全启动，安全通信等多个场景都会用到，STM32一直以来都提供支持全系列的算法库软件包X-CUBE-CRYPTOLIB，今年STM32对其加解密算法库又做了进一步的改进升级，发布了V4版本，这个版本的主要亮点有哪些？

接下来我们具体看一下V4版本的加解密库有哪些新变化。

Cryptolib V4支持的算法

新增加的算法

• 支持国密SM算法
• SM4 (CBC, CFB, CTR, ECB, OFB)
• SM3
• SM2 (密钥对生成，计算ZA，签名，验签）
• 散列算法
• 除了SM3，还增加了SHA3 (SHA3-224, SHA3-256, SHA3-384, SHA3-512) 和SHAKE
• MAC算法
• HMAC (SM3), KMAC (SHAKE)
• ECC椭圆曲线算法
• 除了SM2，还增加了ECDSA的Ed448
• ECDH算法
• 增加Curve448
• RSA算法
• 新增加PKCS#1 V2.2 以及 RSA CRT模式（包含抵御Bellcore攻击的防护）
• 随机数生成
• 增加CTR_DRBG_AES256

不再包含的算法

很多初学的小伙伴认为STM32是从main函数开始执行，其实在main之前还有一个“启动”过程，下面分享一下在启动过程的那些内容。

基础

首先，你要知道STM32启动启动流程，你就需要掌握一点汇编基础知识。

汇编语言属于机器语言，或者说低级语言，C语言属于高级语言，所以，汇编和C语言在语法上差异很大。

如果你学底层开发，汇编的一些基础知识需要掌握。不需要精通，但需要看懂常见的汇编代码。

说明

STM32的启动文件与编译器有关，不同编译器，它的启动文件不同。

虽然启动文件（汇编）代码各有不同，但它们原理类似，都属于汇编程序。

我们拿基于Keil MDK的启动文件(.s)来举例，说一下要点内容。

分配堆栈

在基于MDK的启动文件开始，有一段汇编代码是分配堆栈大小的。

这里重点知道堆栈数值大小就行。还有一段AREA（区域），表示分配一段堆栈数据段。

数值大小可以自己修改，也可以使用STM32CubeMX数值大小配置：

在IAR中，是通过工程配置堆栈大小：

向量表

相信大家都知道向量表，先看汇编代码：

这个向量表就是对应手册中的那些内容：

我们需要知道这个地方中的复位，程序上电之后，是跳到Reset_Handler这个位置。

执行代码

上面知道代码是从Reset_Handler开始执行，我们看Reset_Handler汇编代码：

在启动的时候，执行了SystemInit这个函数。

之前标准外设库在SystemInit这个函数初始化了系统时钟，后面HAL库单独把那部分代码提出来了。

执行完SystemInit函数，就跳转到我们的main函数执行了。

嵌入式初学者入门的第一个“项目”就是LED点灯，那么，本文带你看看51、STM32、Linux点灯有什么区别？

51点灯

51点灯，是很多单片机初学者的首选，难度也是相对比较低的。

准备工作：

• 51开发板（以STC51单片机为例）

• Keil C51、STC-ISP下载软件

51单片机开发，通常是直接操作寄存器，比如P1_0对应LED的IO口。

源代码：

#include <reg51.h>

sbit LED = P1^0;

void main()
{
    LED = 0;

    while(1);
}

STM32点灯

相对于51点灯，STM32点灯难度系数要大一点，因为STM32外设资源更多，启动文件更复杂，很多新手看到之后直接就放弃了。

其实，也很简单，下面分别通过寄存器和标准外设库点灯，你就知道明白了。

准备工作：

• STM32开发板

• Keil MDK、ST-LINK Utility下载软件

1.寄存器版本

直接操作寄存器，需要深入理解每个寄存器每个bit位的含义（不建议初学者一开始就学寄存器），而且，源码看起来比较多：

#include "stm32f4xx.h"

/* 主函数*/
int main(void)
{
    /*开启 GPIOH 时钟，使用外设时都要先开启它的时钟*/
    RCC_AHB1ENR |= (1<<7);

    /* LED 端口初始化 */
    /*GPIOH MODER10 清空*/
    GPIOH_MODER &= ~( 0x03<< (2*10));

    /*PH10 MODER10 = 01b 输出模式*/
    GPIOH_MODER |= (1<<2*10);

    /*GPIOH OTYPER10 清空*/
    GPIOH_OTYPER &= ~(1<<1*10);

    /*PH10 OTYPER10 = 0b 推挽模式*/
    GPIOH_OTYPER |= (0<<1*10);

    /*GPIOH OSPEEDR10 清空*/
    GPIOH_OSPEEDR &= ~(0x03<<2*10);

    /*PH10 OSPEEDR10 = 0b 速率 2MHz*/
    GPIOH_OSPEEDR |= (0<<2*10);

    /*GPIOH PUPDR10 清空*/
    GPIOH_PUPDR &= ~(0x03<<2*10);

    /*PH10 PUPDR10 = 01b 上拉模式*/
    GPIOH_PUPDR |= (1<<2*10);

    /*PH10 BSRR 寄存器的 BR10 置 1，使引脚输出低电平*/
    GPIOH_BSRR |= (1<<16<<10);  //点灯

    while (1);
}

.标准外设库版本

标准外设库，就是ST官方已经把寄存器进行封装过一次，你直接调用函数借口即可。

#include "stm32f10x.h"

/*  LED时钟端口、引脚定义*/
#define LED_PORT       GPIOC   
#define LED_PIN       GPIO_Pin_0
#define LED_PORT_RCC            RCC_APB2Periph_GPIOC

void LED_Init()
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;        //定义结构体变量

    RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_PORT_RCC, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED_PIN;                //选择你要设置的IO口
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;      //设置推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;       //设置传输速率
    GPIO_Init(LED_PORT,&GPIO_InitStructure);              //初始化GPIO 

    GPIO_SetBits(LED_PORT, LED_PIN);                       //将LED端口拉高，熄灭LED
}

int main()
{  
  LED_Init();
  GPIO_ResetBits(LED_PORT,GPIO_Pin_0);//点灯

    while(1);
}

Linux点灯

Linux点灯，相对来说就更复杂了。当然，有一些已经搭建好的环境，就相对简单一点，也比较容易。如果自己一步一步移植系统、写驱动···就很复杂。

1.树莓派

我们这里以【开源库wiringPi】为例：

1、下载U-boot源码，配置、编译；

2、下载Linux内核、配置、编译（一般开发板都会有现成的配置文件）；

3、制作跟文件系统；（以上三个步骤，如果没有一定的Linux基础，可以使用一键烧写）

4、移植开源库WiringPi；

5、查看电路图找到LED对应的引脚，程序需要用到引脚号；

6、编码、交叉编译；

7、下载运行。

准备工作做好之后，点灯的源码就比较简单：

#include <wiringPi.h>

int main(void)
{
    wiringPiSetup() ;
    pinMode (7, OUTPUT);
    gitalWrite(7, HIGH);
    while(1);
}

2.Linux驱动点灯

在所有的点灯方法中，这个方法难度系数极高，涵盖了嵌入式开发从上层应用到底层驱动。步骤涉及了驱动代码编写、Linux内核模块添加、移植操作系统、Linux应用程序编写。

这里分享一下mini2440经典LED驱动源码：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/gpio.h> 
#include <mach/regs-gpio.h> 
#include "led.h" 

static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{  
    s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB(5), S3C2410_GPIO_OUTPUT);
    s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(5), 1);   
    return 0;
} 

static int led_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{  
    switch (cmd) {  
        case LED_ON:    
            s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(5), 0);    
            return 0;  
        case LED_OFF:    
            s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(5), 1);    
            return 0;  
        default:    
            return -EINVAL;  
        }
} 

static struct file_operations led_fops = {  
    .owner = THIS_MODULE,  
    .open = led_open,  
    .ioctl = led_ioctl,
}; 

static struct miscdevice led_misc = {  
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,  
    .name = "led",  
    .fops = &led_fops,
}; 

static int led_init(void){  
    return misc_register(&led_misc);
} 

static void led_exit(void){  
    misc_deregister(&led_misc);
} 

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

驱动写了，然后就是应用层代码：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include "led.h" 

int main(void){        
    int fd;         
    fd = open("/dev/led", O_RDWR);         
    if (fd < 0) {                
        printf("No such device!\n");                
        return -1;        
    }         
    while (1) {                
        ioctl(fd, LED_ON);                
        sleep(1);                
        ioctl(fd, LED_OFF);                
        sleep(1);        
        }         

    close(fd);         
    return 0;
}

最后

点灯是基础，如果你从事嵌入式开发，我觉得这些点灯是最基础的第一步。

可能第一步很难，但走过第一步，相信下一步就会变得更容易。

GPIO是通用输入/输出端口的简称，是STM32可控制的引脚。GPIO的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。

STM32F103ZET6芯片为144脚芯片，包括7个通用目的的输入/输出口（GPIO）组，分别为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG，同时每组GPIO口组有16个GPIO口。通常简略称为PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15。

STM32的大部分引脚除了当GPIO使用之外，还可以复用为外设功能引脚，比如串口。

GPIO基本结构

每个GPIO内部都有这样的一个电路结构，这个结构在本文下面会具体介绍。

保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。

P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。

TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。

这里需要注意的是，在查看《STM32中文参考手册V10》中的GPIO的表格时，会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的。如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。
STM32的GPIO工作方式

GPIO支持的输入输出模式：

• GPIO_Mode_AIN 模拟输入

• GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入

• GPIO_Mode_IPD 下拉输入

• GPIO_Mode_IPU 上拉输入

• GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出

• GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出

• GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出

• GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出

每个I/O口可以自由编程，但I/O口寄存器必须按32位字被访问。

下面将具体介绍GPIO的这八种工作方式：

浮空输入模式

浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

上拉输入模式

上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平。

下拉输入模式

下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平。

模拟输入模式

模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等等。

开漏输出模式

开漏输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平。

开漏复用输出模式

开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

推挽输出模式

推挽输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经P-MOS管和N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意P-MOS管和N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，P-MOS管处于开启状态，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定：高电平；当设置输出的值为低电平的时候，P-MOS管处于关闭状态，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定：低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，此时I/O端口的电平一定是输出的电平。

推挽复用输出模式

推挽复用输出模式，与推挽输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

总结与分析

什么是推挽结构和推挽电路？

推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或MOS管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管或MOS管导通的时候另一个截止。高低电平由输出电平决定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。
开漏输出和推挽输出的区别？

开漏输出：只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极。适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。

推挽输出:可以输出强高、低电平，连接数字器件。

关于推挽输出和开漏输出，最后用一幅最简单的图形来概括：

该图中左边的便是推挽输出模式，其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。

在STM32中选用怎样选择I/O模式？

• 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1

• 带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入

• 带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入

• 模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电

• 开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能

• 推挽输出_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的
  

• 复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL、SDA）

• 复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1、MOSI、MISO.SCK.SS）

新建工程文件夹

建立名字为LED的文件夹存放工程文件，其中再建立两个文件夹，Listing文件夹用于存放编译器编译时候产生的C语言、汇编、链接文件，Output文件夹用于存放编译产生的调试信息、hex文件、预览信息、封装库等。

文件夹建好之后，在LED文件夹下存放startup_stm32f10x_hd.s、stm32f10x.h、main.c文件。前两个文件可以在STM32F1xx的固件库中找到，第三个文件是空文件。

在Keil5中新建工程的步骤

如下图所示，Project-New，新建工程，工程名为Led，点击保存。

点击保存之后，弹出如下窗口，选择芯片型号。根据你开发板使用的芯片具体的型号来选择。如果这里没有出现你想要的CPU型号，或者一个型号都没有，那么肯定是你的KEIL5没有添加Device库，关于如何添加请往下看。

安装Device库

下载KEIL MDK5以后是没有安装device的，如果此时创建工程会找不到目标芯片，如下图所示：

此时我们就要安装自己需要的芯片系列，比如STM32F1系列。首先选择Project-Manage-Pack Installer，此时出现下面如下界面：

选择菜单栏中的Packs，点击Check for Updates，此时就会出现最新的支持的CPU系列，更新完毕之后会出现如下界面：

我们选择需要安装的芯片厂商，这里因为要安装STM32F1系列，所以选择ST公司，然后在右侧出现了STM系列的芯片，如上图右侧箭头所示，此时点击需要安装的STM32系列，这里我需要安装的是STM32F1系列，点击安装，此时软件会下载对应的芯片包，如下图所示：

这个下载过程比较慢，耐心等待，安装完毕之后，关闭KEIL5，重新打开KEIL5，此时新建工程，就出现了需要的芯片。

用寄存器控制 STM32 时我们不需要在线添加库文件，如关掉下图窗口。

向工程中添加文件

在新建的工程中添加文件，文件从本地建好的工程文件夹下获取，双击组文件夹就会出现添加文件的路径，然后选择文件即可，如下图所示。

Keil5软件配置

配置魔术棒

如下图所示，Target中选中微库“Use MicroLib”，为了编写串口驱动时可以使用printf函数。

Output 选项卡中把输出文件夹定位到我们工程目录下的 output 文件夹，如果想在编译的过程中生成 hex 文件，那么那 Create HEX File 选项勾上。

点击Listing选项卡中的Select Folder for Listings，把输出文件夹定位到先前创建的Listings文件夹。

配置下载器

在仿真器连接好电脑和开发板且开发板供电正常的情况下，打开KEIL5软件，在魔术棒选项卡里面选择所用仿真器的型号，如下图所示。

在Utilities中勾选Use Debug Driver，如下图所示。

点击Debug中的Settings，选择相应仿真器，勾选SW，Clock选为5MHz，Reset选择Autodetect。

在Flash Download中做如下图所示的配置，勾选Reset and run，程序下载后自动运行，不用先手动复位。

Keil5下载程序

如上，在Keil5中新建了工程，并对软件进行了正确配置之后，就可以点击下图1处的Rebuild按钮编译，再点击2处的LOAD下载到开发板上运行。