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【经验分享】stm32的systick原理与应用

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STMCU小助手 发布时间：2022-1-26 23:35
  1. /* SysTick滴答定时器
  2. 一、功能
  3. SysTick定时器是一个简单的定时器，CM3\CM4内核芯片都具备此定时器。SysTick定时器常用来做延时，采用实时系统时则用来做系统时钟。无论用作延时还是用作系统心跳时钟，不需要太复杂的功能，SysTick即可胜任。
  4. 二、实现原理
  5. SysTick定时器是一个24位的倒计数，当倒计数为0时，将从RELOAD寄存器中取值作为定时器的初始值，同时可以选择在这个时候产生中断(异常号:15)。
  6. 例如从RELOAD的值为999，那么当倒计数为0时，就会从复位为999继续倒计数。
  7.         只要不把它在SysTick控制及状态寄存器中的使能位清楚，就永不停息，即使在睡眠模式下也能继续工作。
  8. 三、SysTick寄存器(在 core_cm3.h 有定义，凡是 M3 内核的单片机都是一样的) */
  9. #define SysTick             ((SysTick_Type *)       SysTick_BASE)
  10. #define SysTick_BASE        (SCS_BASE +  0x0010)
  11. #define SCS_BASE            (0xE000E000)
  12. typedef struct
  13. {
  14.     __IO uint32_t CTRL;  // 控制及状态寄存器
  15.     __IO uint32_t LOAD;   // 重装载数值寄存器
  16.     __IO uint32_t VAL; // 当前计数数值寄存器
  17.     __I  uint32_t CALIB;  // 校准寄存器
  18. } SysTick_Type;
  19. /*
  20. SysTick->CTRL: (可通过 SysTick_CLKSourceConfig() 函数设置)
  21. COUNTFLAG(16)R: 计数标志位
  22. 当SysTick数到0，则该位被硬件置 1，当读取该位时，将被硬件清零

  24. CLKSOURCE(2)R/W: 时钟源设置
  25. 1 = 外部时钟源(STCLK) (AHB总线时钟的1/8(HCLK/8))
  26. 0 = 内核时钟(FCLK)  (AHB总线时钟的频率(HCLK))

  28. TICKINT(1)R/W: 中断使能位
  29. 1 = SysTick 倒数到0时产生 SysTick 异常请求
  30. 0 = 数到 0 时无动作

  32. ENABLE(0)R/W: SysTick 定时器使能位
  33. (当中断被使能后，需要关注 void SysTick_Handler(void) 函数)
  34. SysTick_Type->LOAD: (SysTick_Config() 函数会设置该寄存器)

  36. RELOAD(23:0)R/W: 重装载数值寄存器
  37. 当SysTick数到0，将被重装载的值

  39. SysTick_Type->VAL: (SysTick_Config() 函数会设置该寄存器)
  40. CURRENT(23:0)R/Wc: 当前计数数值寄存器
  41. 读取时返回当前倒计数的值，写它则使之清零，同时还会清除在 SysTick 控制及状态寄存器中的 COUNTFLAG 标志。

  43. 四、库函数分析
  44. misc.c
  45. ---------------------------------------------------------------------------------- */
  46. #define SysTick_CLKSource_HCLK_Div8    ((uint32_t)0xFFFFFFFB)
  47. #define SysTick_CLKSource_HCLK         ((uint32_t)0x00000004)
  48. #define IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SOURCE) (((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK) || \
  49. ((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK_Div8))
  50. void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)
  51. {
  52.     /* Check the parameters */
  53.     assert_param(IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SysTick_CLKSource));
  54.     if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK)
  55.     {
  56.         SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK; // 设置 CLKSOURCE 为 1
  57.     }
  58.     else
  59.     {
  60.         SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;      // 设置 CLKSOURCE 为 0
  61.     }
  62. }

  64. core_cm3.c
  65. ----------------------------------------------------------------------------------
  66. #define SysTick_LOAD_RELOAD_Pos             0
  67. #define SysTick_LOAD_RELOAD_Msk            (0xFFFFFFul << SysTick_LOAD_RELOAD_Pos)
  68. typedef enum IRQn
  69. {
  70. //...
  71.     SysTick_IRQn                = -1,
  72. //...
  73. } IRQn_Type;
  74. #define __NVIC_PRIO_BITS          4
  75. #define SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Pos          2
  76. #define SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk         (1ul << SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Pos)

  78. #define SysTick_CTRL_TICKINT_Pos            1
  79. #define SysTick_CTRL_TICKINT_Msk           (1ul << SysTick_CTRL_TICKINT_Pos)

  81. #define SysTick_CTRL_ENABLE_Pos             0
  82. #define SysTick_CTRL_ENABLE_Msk            (1ul << SysTick_CTRL_ENABLE_Pos)

  84. static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
  85. {
  86.     if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            /* Reload value impossible */
  87.     // 设置计数值为 ticks - 1
  88.     // 原因1：视频说是执行这些代码需要时间，所以减少一个节拍
  89.     // 原因2：我认为是因为 SysTick 的倒计数到 0，例如设置 1000 ，那么范围就应该是 999 ~ 0。
  90.     SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;
  91.     // 设置中断优先级
  92.     NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
  93.     SysTick->VAL   = 0;
  94.     // 设置时钟源为外部时钟源，同时开启中断、并使能 SysTick 定时器
  95.     SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
  96.                      SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
  97.                      SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
  98.     return (0);
  99. }
  100. /* 五、延时应用
  101. 1、中断方式 */
  102. static __IO uint32_t TimingDelay;
  103. void Delay(__IO uint32_t nTime)
  104. {
  105.     TimingDelay = nTime;
  106.     while(TimingDelay != 0);
  107. }
  108. /* 中断服务函数 */
  109. void SysTick_Handler(void)
  110. {
  111.     if (TimingDelay != 0x00)
  112.     {
  113.         TimingDelay--;
  114.     }
  115. }
  116. int main(void)
  117. {
  118. // ...
  119.     if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)) // 注意，这里systick时钟为HCLK，中断时间间隔1ms
  120.     {
  121.         while (1);
  122.     }
  123.     while(1)
  124.     {
  125.         Delay(200);//2ms
  126. // ...
  127.     }
  128. }
  129. /* SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000): (原代码这里假设是采用时钟源为 HCLK)
  130. 这里设置的是 72000000Hz / 1000 = 72000 ticks，也就是说 SysTick 从 (72000-1) 开始倒数。
  131. 每倒数完 72000 个节拍就触发一次中断。
  132. 一个节拍的时间为：72000000 / 72000 = 1000us == 1ms
  133. SysTick_Config((SystemCoreClock / 8000000) * 1000 * 1):
  134. SysTick_Config() 会设置时钟源为 HCLK/8 所以实际应用中不能按照上述代码的参数。
  135. SystemCoreClock / 8000000: 1us 的节拍数
  136. 1us的节拍数 * 1000: 则为 1ms 的节拍数
  137. 1ms 的节拍数 * 1: 设置 1ms 一个SysTick中断，即从 ((SystemCoreClock / 8000000) * 1000 * 1) - 1 开始倒数。
  138. 2、轮询方式 */
  139. static u8  fac_us=0; //us延时倍乘数
  140. static u16 fac_ms=0; //ms延时倍乘数
  141. void delay_init()
  142. {
  143.     SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //选择外部时钟  HCLK/8
  144.     fac_us = SystemCoreClock/8000000;         // 为系统时钟的1/8  1us = 72000000 / 8000000 =  9 个节拍
  145.     fac_ms = (u16)fac_us*1000; // 1ms 需要 9 * 1000 = 9000 个节拍
  146. }
  147. //延时 nus 微秒
  148. void delay_us(u32 nus)
  149. {
  150.     u32 temp;
  151.     SysTick->LOAD=nus*fac_us;  //时间加载
  152.     SysTick->VAL=0x00;          //清空计数器
  153.     SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;                //开始倒数
  154.     do
  155.     {
  156.         temp=SysTick->CTRL;
  157.     }
  158.     while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));  //等待时间到达
  159.     SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//关闭计数器
  160.     SysTick->VAL =0X00;                     //清空计数器
  161. }
  162. //延时nms
  163. //注意nms的范围
  164. //SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为:
  165. //nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK
  166. //SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms
  167. //对72M条件下,nms<=1864
  168. void delay_ms(u16 nms)
  169. {
  170.     u32 temp;
  171.     SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;   //时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
  172.     SysTick->VAL =0x00;                       //清空计数器
  173.     SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;  //开始倒数
  174.     do
  175.     {
  176.         temp=SysTick->CTRL;
  177.         //等待时间到达，这里使用了一个小技巧，通过(temp&0x01)检查 SysTick 的使能位，避免 Systick 定时器被关闭而导致无限循环
  178.     }
  179.     while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));
  180.     SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器
  181.     SysTick->VAL =0X00;                      //清空计数器
  182. }
复制代码


SYSTick 定时器
CM3 内核的处理器，内部包含了一个 SysTick 定时器，（SysTick 的时钟源自HCLK的8分频，8个系统时钟周期systick跳一个，即8*1/72M=1/9 us）SysTick是一个24位的倒计数定时器，当计到0时，将从RELOAD寄存器中自动重装载定时初值。只要不把它在SysTick控制及状态寄存器中的使能位清除，就永不停息。
利用 STM32 的内部 SysTick 来实现延时的，这样既不占用中断，也不占用系统定时器。因为在 ucos 下 systic 不能再被随意更改，如果我们还想利用 systick 来做 delay_us 或者delay_ms 的延时，就必须想点办法了，这里我们利用的是时钟摘取法。以 delay_us 为例，比如delay_us （50），在刚进入 delay_us 的时候先计算好这段延时需要等待的 systick 计数次数，这里为 50*9 （假设系统时钟为 72Mhz，那么 systick 每增加 1，就是 1/9us） ，然后我们就一直统计systick的计数变化，直到这个值变化了50*9，一旦检测到变化达到或者超过这个值，就说明延时50us时间到了。———实质上就是不改变systick基本单位时长，以基本单位时长为基本元做多次到达摘取。
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