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《Cortex-M3權(quán)威指南-中文》-第8章最后一個(gè)小節(jié)：Systick定時(shí)器

SysTick定時(shí)器

Systick定時(shí)器，是一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器，對(duì)于CM3、CM4內(nèi)核芯片，都有Systick定時(shí)器。Systick定時(shí)器常用來做延時(shí)，或者實(shí)時(shí)系統(tǒng)的心跳時(shí)鐘。這樣可以節(jié)省MCU資源，不用浪費(fèi)一個(gè)定時(shí)器。比如UCOS中，分時(shí)復(fù)用，需要一個(gè)最小的時(shí)間戳，一般在STM32+UCOS系統(tǒng)中，都采用Systick做UCOS心跳時(shí)鐘。

Systick定時(shí)器就是系統(tǒng)滴答定時(shí)器，一個(gè)24 位的倒計(jì)數(shù)定時(shí)器，計(jì)到0 時(shí)，將從RELOAD 寄存器中自動(dòng)重裝載定時(shí)初值。只要不把它在SysTick 控制及狀態(tài)寄存器中的使能位清除，就永不停息，即使在睡眠模式下也能工作。

SysTick定時(shí)器被捆綁在NVIC中，用于產(chǎn)生SYSTICK異常（異常號(hào)：15）。Systick中斷的優(yōu)先級(jí)也可以設(shè)置。

實(shí)際上，Systick就是一個(gè)定時(shí)器而已，只是它放在了NVIC中，主要的目的是為了給操作系統(tǒng)提供一個(gè)硬件上的中斷，稱之為滴答中斷操作系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，也會(huì)有時(shí)間節(jié)拍。它會(huì)根據(jù)節(jié)拍來工作，把整個(gè)時(shí)間段分成很多小小的時(shí)間片，而每個(gè)任務(wù)每次只能運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片的時(shí)間長(zhǎng)度，超時(shí)就退出給別的任務(wù)運(yùn)行，這樣可以確保任何一個(gè)任務(wù)都不會(huì)霸占操作系統(tǒng)提供的各種定時(shí)功能，都與這個(gè)滴答定時(shí)器有關(guān)。因此，需要一個(gè)定時(shí)器來產(chǎn)生周期性的中斷，而且最好還讓用戶程序不能隨意訪問它的寄存器，以維持操作系統(tǒng)的節(jié)拍。只要不把它在SysTick控制及狀態(tài)寄存器中的使能位清除，就一直執(zhí)行。 

SysTick相關(guān)寄存器

SysTick有四個(gè)寄存器，分別為CTRL（控制與狀態(tài)寄存器）、LOAD（自動(dòng)重裝載值寄存器）、VAL（當(dāng)前值寄存器）、CALIB（校準(zhǔn)值寄存器）。

在MDK的core_m3.h文件中定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體SysTick_Type，里面也包括了這四個(gè)寄存器。

typedef struct

{

  __IO uint32_t CTRL;                         /*!< Offset: 0x00  SysTick Control and Status Register */

  __IO uint32_t LOAD;                         /*!< Offset: 0x04  SysTick Reload Value Register       */

  __IO uint32_t VAL;                          /*!< Offset: 0x08  SysTick Current Value Register      */

  __I  uint32_t CALIB;                        /*!< Offset: 0x0C  SysTick Calibration Register        */

} SysTick_Type;

它們的各位描述如下面的表格所述：

CTRL寄存器各位描述

位段 名稱 類型 復(fù)位值 描述

16 COUNTFLAG R 0

如果在上次讀取本寄存器后，SysTick已經(jīng)數(shù)到了0，是該位為1.如果讀

取該位，該位自動(dòng)清零。

2 CLKSOURCE R/W 0

0 外部時(shí)鐘源（STCLK）

1 內(nèi)核時(shí)鐘（FCLK）

1 TICKINT R/W 0

1 SysTick倒數(shù)到0時(shí)產(chǎn)生SysTick異常請(qǐng)求

0 數(shù)到0時(shí)無動(dòng)作

0 ENABLE R/W 0 SysTick定時(shí)器的使能位

對(duì)于STM32，外部時(shí)鐘源（STCLK）是HCLK（AHB總線時(shí)鐘）的1/8，內(nèi)核時(shí)鐘（FCLK）是HCLK（AHB總線時(shí)鐘）。

LOAD寄存器各位描述

位段 名稱 類型 復(fù)位值 描述

23:0 RELOAD R/W 0 當(dāng)?shù)箶?shù)至0是，將被重新裝載的值

VAL寄存器各位描述

位段 名稱 類型 復(fù)位值 描述

23:0 CORRENT R/Wc 0

讀取時(shí)返回當(dāng)前倒計(jì)數(shù)的值，寫它則使之清零，同時(shí)還會(huì)清

除在CTRL寄存器的COUNTFLAG位

SysTick相關(guān)庫函數(shù)

SysTick_CLKSourceConfig()，這是Systick的時(shí)鐘源選擇，直接配置CTRL寄存器的值。假設(shè)HCLK為72MHz，選用外部時(shí)鐘源，那么SysTick的時(shí)鐘即9MHz。這就意味著，SysTick的計(jì)數(shù)器VAL每減1代表時(shí)間過去了1/9us。

具體的定義在misc.c文件中。

void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)

{

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SysTick_CLKSource));

  if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK)

  {

    SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK;

  }

  else

  {

    SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;

  }

}

SysTick_Config(uint32_t ticks) ，這是SysTick的初始化函數(shù)，時(shí)鐘為HCLK，并開啟SysTick中斷。其中函數(shù)的參數(shù)表示兩次中斷之間時(shí)間間隔期間的SysTick周期，即兩次中斷之間有多少個(gè)SysTick周期。

具體的定義在core_cm3.h文件中。

static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)

{ 

  if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            /* Reload value impossible */

  SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;      /* set reload register */

  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  /* set Priority for Cortex-M0 System Interrupts */

  SysTick->VAL   = 0;                                          /* Load the SysTick Counter Value */

  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | 

                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   | 

                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */

  return (0);                                                  /* Function successful */

}

void SysTick_Handler(void)，這是SysTick的中斷服務(wù)函數(shù)。我們舉一個(gè)例子，利用中斷的方式實(shí)現(xiàn)delay延時(shí)函數(shù)，見下面的程序：

static __IO uint32_t TimingDelay;

void Delay(__IO uint32_t nTime)

{ 

   TimingDelay = nTime;

   while(TimingDelay != 0);

}

void SysTick_Handler(void)

{

    if (TimingDelay != 0x00) 

     { 

       TimingDelay--;

     }

}

 int main(void)

 {  …

    if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)) //systick時(shí)鐘為HCLK，中斷時(shí)間間隔1ms

     {

     while (1);

     }

    while(1)

     { Delay(200);//200ms

     … 

     }

}

Delay延時(shí)函數(shù)講解

之前利用中斷實(shí)現(xiàn)延時(shí)函數(shù)，但是一直使用中斷會(huì)造成資源的浪費(fèi)，不建議這樣實(shí)現(xiàn)，我們利用查詢的方式實(shí)現(xiàn)delay延時(shí)。下面主要介紹Delay延時(shí)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：

delay_init()

首先是delay_init()，延時(shí)初始化函數(shù)。利用Syst_CLKSourceConfig()函數(shù)選擇SysTick時(shí)鐘源，選擇外部時(shí)鐘（HCLK的1/8）；同時(shí)初始化fac_us和fac_ms兩個(gè)變量。

void delay_init()

{

SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //選擇外部時(shí)鐘  HCLK/8

fac_us=SystemCoreClock/8000000;       //為系統(tǒng)時(shí)鐘的1/8，實(shí)際上也就是在計(jì)算1usSysTick的VAL減的數(shù)目

fac_ms=(u16)fac_us*1000; //代表每個(gè)ms需要的systick時(shí)鐘數(shù)，即每毫秒SysTick的VAL減的數(shù)目   

}

delay_ms()

其次，delay_ms()，此函數(shù)用來延時(shí)指定的ms。

此時(shí)要注意nms的范圍，SysTick->LOAD為24位寄存器，所以最大延時(shí)為：nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK；SYSCLK單位為Hz，nms單位為ms。對(duì)72M條件下，nms<=1864。如果超出這個(gè)值，建議多次調(diào)用此函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

void delay_ms(u16 nms)

{     

u32 temp;    

SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms; //時(shí)間加載(SysTick->LOAD為24bit)

SysTick->VAL =0x00;           //清空計(jì)數(shù)器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;          //開始倒數(shù)  

do

{

temp=SysTick->CTRL;

}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待時(shí)間到達(dá)，看CTRL的第16位（COUNTFLAG）是否為1，看STRL的第0位（ENABLE）是否為1   

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;       //關(guān)閉計(jì)數(shù)器

SysTick->VAL =0X00;       //清空計(jì)數(shù)器       

} 

這段代碼其實(shí)就是先把延時(shí)的時(shí)間換算成SysTick的時(shí)鐘周期數(shù)，然后寫入LOAD寄存器。然后清空當(dāng)前寄存器VAL的內(nèi)容，再開啟倒數(shù)功能。等倒數(shù)結(jié)束即延時(shí)了nms、最后關(guān)閉SysTick，清空VAL的值，實(shí)現(xiàn)一次延時(shí)的操作。

這里特別說一下，temp&0x01，這一句用來判斷SysTick定時(shí)器是否還處在開啟的狀態(tài)，可以防止SysTick被意外關(guān)閉導(dǎo)致的死循環(huán)。

delay_us()

最后，delay_us()，此函數(shù)用來延時(shí)指定的us。具體的邏輯和上面一個(gè)函數(shù)類似，就不介紹了。

void delay_us(u32 nus)

{

u32 temp;      

SysTick->LOAD=nus*fac_us; //時(shí)間加載    

SysTick->VAL=0x00;        //清空計(jì)數(shù)器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;          //開始倒數(shù)   

do

{

temp=SysTick->CTRL;

}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待時(shí)間到達(dá)   

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;       //關(guān)閉計(jì)數(shù)器

SysTick->VAL =0X00;       //清空計(jì)數(shù)器  

}

delay延時(shí)的相關(guān)函數(shù)在SYSTEM文件夾下的delay子文件夾，在使用delay_ms()或者delay_us()函數(shù)之前一定不要忘記先初始化delay_init()。