一文初识瑞萨FSP固件库

旭日财富者 2025-07-25 4835

第9章

初识瑞萨FSP固件库

9.1瑞萨FSP库简介

FSP全称为“Flexible Software Package”，中文译为“灵活配置软件包”。

FSP旨在以较低的内存占用量提供快速高效的驱动程序和协议栈。FSP集成了中间件协议栈、独立于RTOS的硬件抽象层（HAL）驱动程序，以及最基础的板级支持包（BSP）驱动程序。FSP还支持FreeRTOS实时操作系统（RTOS）。

如图所示为FSP的软件架构。

FSP由瑞萨公司维护和提供支持，开发人员可以从集成开发环境（e2s）或FSP的GitHub仓库查看或下载FSP的源代码，从而全面地了解FSP。（您可复制下方链接至浏览器，或扫描二维码进行查看）

FSP的GitHub仓库

https://github.com/renesas/fsp

提示

FSP是使用C99（C语言标准）编写的开源软件，提供完整的源代码，但仅限用于瑞萨的硬件。

9.2瑞萨FSP库架构分析

下面简单分析一下瑞萨FSP库架构。本小节内容当中的一些概念可能会让初学者觉得较难理解，对此，建议是大概浏览然后跳过即可，这不影响后面的章节阅读，现在只需要大概、初步地了解一遍，不求甚解，等到学习到了后期再回过头来看，或对FSP库架构会有新的体会。

9.2.1FSP库层次结构

如图所示，展示了FSP库的层次划分，我们可以很直观地看到进行层次划分之后的软件结构。

RA MCU

位于最底层的是RA系列微控制器硬件。不同系列的RA微控制器之间具有非常一致、高度兼容的外设硬件，这为软件开发人员提供了极大的便利。

BSP

往上一层是板级支持包（BSP）。BSP处于FSP软件的底层，是FSP的功能基础。BSP负责MCU复位后初始化系统使程序执行进入main函数，并为上层软件提供其他服务。

BSP函数名称以R_BSP_开头，BSP宏以BSP_开头，数据类型定义以_bsp开头，以便于与FSP的其他部分区分开来。

HAL

在BSP之上是硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer（HAL）），它以较小的内存占用量为外设提供高效的设备驱动程序，实现易于使用的接口，使开发人员不必直接处理单片机的寄存器组，并使处于HAL层以上的软件更容易在整个RA产品家族中移植。它是模块（Modules）的集合，每个模块都是RA系列微控制器中可用的外设的驱动程序（比如SPI、I2C、ADC），其名称以r_开头。所有这些模块本质上均与RTOS无关。HAL层除了“模块”以外还有：“接口”、“实例”等关键概念。

HAL层的函数的名称以R_开头，格式一般为R_ _ 。默认情况下，所有驱动函数都是非阻塞的，并返回执行状态。驱动函数本身不分配任何内存，调用时需要将内存传递给函数。

操作系统和中间件

FSP库首选支持FreeRTOS，可以通过软件快速配置。FreeRTOS是非常流行的实时操作系统，支持多任务调度、任务通知、队列、互斥、信号量和软件计时器等功能，其系统开销非常小，占用的内存也很小，性能可靠，经常被用于内存资源十分有限且需要实时响应处理的操作环境。

中间件介于HAL硬件抽象层和用户应用层之间，为应用层提供服务。FSP的中间件支持包括：TCP/IP协议栈、USB协议栈、WiFi和蓝牙BLE协议栈、电容式触摸、FAT文件系统、图形库、加密等等。FSP中间件函数的名称命名格式一般为：RM_ _ 。

应用层

该层为FSP层次划分的最顶层，包含了用户的应用代码。用户通过FSP底层提供的直观、简单和统一的API接口调用下面各层，从而访问FSP的所有功能，这样用户就能以非常简单和直接的方式编写易于理解、维护简单、移植方便的代码。

9.2.2FSP库工程结构

我们再来看由软件自动生成的FSP库工程的结构究竟是什么样子的。

列表1：FSP库工程结构

左右滑动查看完整内容

Project
├─ ra
│ ├─ arm 包含 ARM CMSIS 代码
│ └─ fsp 包含 FSP 库本体
│ ├─ inc
│ │ ├─ api FSP 接口 (FSP Interfaces)（接口包含 API 定义）
│ │ └─ instances FSP 实例 (FSP Instances)（接口的实例）
│ └─src
│ ├─ bsp BSP 层 (Board Support Package)
│ │ ├─ cmsis 包含寄存器定义文件和启动文件
│ │ └─ mcu 包含 BSP 代码
│ └─ r_
 
   FSP 模块 (FSP Modules)（接口由模块实现，模块通过接口提供通
用功能）
├─ ra_cfg 包含 FSP 库的配置（包括 BSP 和 HAL 层的配置）
├─ ra_gen 包含用户的 FSP 配置数据（包括
  时钟、引脚、各个外设、中断向量等
配置数据）
├─ Debug/Release 包含编译后生成的中间文件和最终可执行文件等
└─src
└─hal_entry.c包含了用户裸机应用程序的入口函数 hal_entry。
当没有使用 RTOS 的时候，hal_entry 函数由 C 语言main函数
调用，
所以其作用基本等同于main

上面的FSP库工程的结构其实非常的简单。只要我们把“Project”下的内容分为三部分：

第一部分为FSP库及其配置，包括ra、ra_cfg、ra_gen这3个文件夹，它们由软件生成。

第二部分为用户代码，包括src文件夹。

第三部分为编译输出文件，包括Debug或Release文件夹。

那么，我们便不需要深入地理解FSP库的架构也可以很好的上手FSP库进行开发，因为我们在配置FSP库的时候，是通过软件的图形界面（FSP配置器）来配置的。

警告

注意：任何由软件生成的文件用户都不应该去编辑！因为在每次进行FSP配置之后单击“生成项目内容（Generate Project Content）”图标按钮时，软件都会自动重新创建这些文件，因此任何的更改都将被覆盖。

对于想要深入理解FSP库的读者，可以尝试阅读其源码。同时，要想清晰地理解FSP库的架构，需要掌握以下几个相关的重要概念。

1.模块（Modules）：模块可以是外设驱动程序、纯软件或介于这两者之间，并且是FSP的构建模块。模块通常是独立的单元，但它们可能依赖于其他模块。可以通过组合多个模块来构建应用程序，为用户提供所需功能。

2.模块实例（Module Instance）：模块的单个、独立实例化（模块配置）。例如，USB端口可能需要使用r_dmac模块的两个实例与其他端口之间来回传输数据；又例如，当应用程序需要使用两个GPT定时器时，每一个这个定时器都是r_gpt模块的实例。

3.接口（Interfaces）：接口包含API定义，具有相似功能的模块可以共用这些API定义。模块通过这些定义提供通用功能。通过这些API定义，使用相同接口的模块可以互换使用。可以将接口视为两个模块之间的合同，两个模块均同意使用合同中达成一致的信息进行协作。接口只是定义，并不会增加代码的大小。

4.实例（Instances）：接口规定所提供的功能，而接口的实例则真正实现了这些功能。每个实例都与特定的接口关联，并使用接口中的枚举、数据结构和API原型。这样，应用程序便可以在需要时交换实例。

5.堆叠（Stacks）：FSP架构所采用的设计方式是，模块可以堆叠起来协同工作，从而形成了一个FSP堆。将一个模块所能提供的功能与另一个模块所需要的功能相匹配，这就是堆叠过程。堆由顶层模块及其所有依赖项组成。

6.应用程序（Application）：归用户所有并由用户维护的代码。

7.回调函数（Callback Functions）：当有事件发生时（例如，USB接收到一些数据时），中断服务程序（ISR）将调用这些函数。中断回调函数是应用程序的组成部分，如果是在中断使用，应尽量简短，因为它们将在中断服务程序内运行，会阻碍其他中断执行。

关于接口与实例的概念：接口规定所提供的功能，而实例则真正实现了这些功能。每个实例都与特定的接口关联，并使用接口中的枚举、数据结构和API原型。这样，使用接口的应用程序便可以根据需要交换实例，从而在需要更改代码或所用外设时节省大量的时间。在RA产品家族MCU上，一些外设（例如IIC）将具有一对一的映射关系（只映射到IIC接口），而其他外设（例如SCI）将具有一对多的映射关系（实现三个接口：IIC、UART、SPI）。如下图所示展示了这种映射关系。

相关文章