2019年09月28日 | 再造STM32---第十六部分：SysTick—系统定时器

       本章参考资料《ARM Cortex™-M4F 技术参考手册》 -4.5 章节 SysTick Timer(STK)， 和4.48 章节 SHPRx，其中 STK 这个章节有 SysTick 的简介和寄存器的详细描述。因为SysTick 是属于 CM4 内核的外设，有关寄存器的定义和部分库函数都在 core_cm4.h 这个头文件中实现。所以学习 SysTick 的时候可以参考这两个资料，一个是文档，一个是源码。

16.1 SysTick 简介：

       SysTick—系统定时器是属于 CM4 内核中的一个外设，内嵌在 NVIC 中。系统定时器是一个 24bit 的向下递减的计数器，计数器每计数一次的时间为 1/SYSCLK，一般我们设置系统时钟 SYSCLK 等于 180M。当重装载数值寄存器的值递减到 0 的时候，系统定时器就产生一次中断，以此循环往复。

       因为 SysTick 是属于 CM4 内核的外设，所以所有基于 CM4 内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在 CM4 单片机中可以很容易的移植。系统定时器一般用于操作系统，用于产生时基，维持操作系统的心跳。

16.2 SysTick 寄存器介绍：

       SysTick—系统定时有 4 个寄存器，简要介绍如下。在使用 SysTick 产生定时的时候，只需要配置前三个寄存器，最后一个校准寄存器不需要使用。

表 16-1 SysTick 寄存器汇总

表 16-2 SysTick 控制及状态寄存器

表 16-3 SysTick 重装载数值寄存器

表 16-4 SysTick 当前数值寄存器

表 16-5 SysTick 校准数值寄存器

       系统定时器的校准数值寄存器在定时实验中不需要用到。有关各个位的描述这里引用手册里面的英文版本，比较晦涩难懂，暂时不知道这个寄存器用来干什么。有研究过的朋友可以交流，起个抛砖引玉的作用。

16.3 SysTick 定时实验：

       利用 SysTick 产生 1s 的时基， LED 以 1s 的频率闪烁。

16.3.1 硬件设计：

       SysTick 属于单片机内部的外设，不需要额外的硬件电路，剩下的只需一个 LED 灯即可。

16.3.2 软件设计：

       这里只讲解核心的部分代码，有些变量的设置，头文件的包含等并没有涉及到，完整的代码请参考本章配套的工程。 我们创建了两个文件： bsp_SysTick.c 和 bsp_ SysTick.h 文件用来存放 SysTick 驱动程序及相关宏定义，中断服务函数放在 stm32f4xx_it.h 文件中。

1. 编程要点：

    1、设置重装载寄存器的值

    2、清除当前数值寄存器的值

    3、配置控制与状态寄存器

2. 代码分析：

        SysTick 属于内核的外设，有关的寄存器定义和库函数都在内核相关的库文件core_cm4.h 中。

SysTick 配置库函数

代码 16-1SysTick 配置库函数

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)

{

// 不可能的重装载值，超出范围

if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) {

return (1UL);

}

// 设置重装载寄存器

SysTick->LOAD = (uint32_t)(ticks - 1UL);

// 设置中断优先级

NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL);

// 设置当前数值寄存器

SysTick->VAL = 0UL;

// 设置系统定时器的时钟源为 AHBCLK=180M

// 使能系统定时器中断

// 使能定时器

SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |

SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |

SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

return (0UL);

}

       用固件库编程的时候我们只需要调用库函数 SysTick_Config()即可，形参 ticks 用来设置重装载寄存器的值，最大不能超过重装载寄存器的值 224，当重装载寄存器的值递减到 0的时候产生中断，然后重装载寄存器的值又重新装载往下递减计数，以此循环往复。紧随其后设置好中断优先级，最后配置系统定时器的时钟为 180M，使能定时器和定时器中断，这样系统定时器就配置好了，一个库函数搞定。

       SysTick_Config()库函数主要配置了 SysTick 中的三个寄存器： LOAD、 VAL 和 CTRL，有关具体的部分看代码注释即可。其中还调用了固件库函数 NVIC_SetPriority()来配置系统定时器的中断优先级，该库函数也在 core_m4.h 中定义，原型如下：

__STATIC_INLINE void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)

{

if ((int32_t)IRQn < 0) {

SCB->SHP[(((uint32_t)(int32_t)IRQn) & 0xFUL)-4UL] =

(uint8_t)((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);

} else {

NVIC->IP[((uint32_t)(int32_t)IRQn)] =

(uint8_t)((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);

}

}

       因为 SysTick 属于内核外设，跟普通外设的中断优先级有些区别，并没有抢占优先级和子优先级的说法。在 STM32F429 中，内核外设的中断优先级由内核 SCB 这个外设的寄存器： SHPRx（x=1.2.3）来配置。有关 SHPRx 寄存器的详细描述可参考《Cortex-M4 内核编程手册》 4.4.8 章节。下面我们简单介绍下这个寄存器。

       SPRH1-SPRH3 是一个 32 位的寄存器，但是只能通过字节访问，每 8 个字段控制着一个内核外设的中断优先级的配置。在 STM32F429 中，只有位 7:3 这高四位有效，低四位没有用到，所以内核外设的中断优先级可编程为： 0~15，只有 16 个可编程优先级，数值越小，优先级越高。如果软件优先级配置相同，那就根据他们在中断向量表里面的位置编号来决定优先级大小，编号越小，优先级越高。

表 16-6 系统异常优先级字段

如果要修改内核外设的优先级，只需要修改下面三个寄存器对应的某个字段即可。

图 16-1 SHPR1 寄存器

图 16-2 SHPR2 寄存器

图 16-3 SHPR3 寄存器

        在系统定时器中，配置优先级为(1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL)，其中宏__NVIC_PRIO_BITS 为 4，那计算结果就等于 15，可以看出系统定时器此时设置的优先级在内核外设中是最低的。

// 设置系统定时器中断优先级

NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL);

SysTick 初始化函数

代码 16-2 SysTick 初始化函数

/**

* @brief 启动系统滴答定时器 SysTick

* @param 无

* @retval 无

*/

void SysTick_Init(void)

{

/* SystemFrequency / 1000 1ms 中断一次

* SystemFrequency / 100000 10us 中断一次

* SystemFrequency / 1000000 1us 中断一次

*/

if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)) {

/* Capture error */

while (1);

}

}

       SysTick 初始化函数由用户编写，里面调用了 SysTick_Config()这个固件库函数，通过设置该固件库函数的形参，就决定了系统定时器经过多少时间就产生一次中断。

SysTick 中断时间的计算

       SysTick 定时器的计数器是向下递减计数的，计数一次的时间 TDEC=1/CLKAHB，当重装载寄存器中的值 VALUELOAD 减到 0 的时候，产生中断，可知中断一次的时间TINT=VALUELOAD * TDEC 中断= VALUELOAD/CLKAHB，其中 CLKAHB =180MHZ。如果设置为180，那中断一次的时间 TINT=180/180M=1us。不过 1us 的中断没啥意义，整个程序的重心都花在进出中断上了，根本没有时间处理其他的任务。

SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000))

        SysTick_Config（）的形我们配置为 SystemCoreClock / 100000=180M/100000=1800，从刚刚分析我们知道这个形参的值最终是写到重装载寄存器 LOAD 中的，从而可知我们现在把 SysTick 定时器中断一次的时间 TINT=1800/180M=10us。

SysTick 定时时间的计算

        当设置好中断时间 TINT 后，我们可以设置一个变量 t，用来记录进入中断的次数，那么变量 t 乘以中断的时间 TINT 就可以计算出需要定时的时间。

SysTick 定时函数

        现在我们定义一个微秒级别的延时函数，形参为 nTime，当用这个形参乘以中断时间TINT 就得出我们需要的延时时间，其中 TINT 我们已经设置好为 10us。关于这个函数的具体调用看注释即可。

/**

* @brief us 延时程序,10us 为一个单位

* @param

* @arg nTime: Delay_us( 1 ) 则实现的延时为 1 * 10us = 10us

* @retval 无

*/

void Delay_us(__IO u32 nTime)

{

TimingDelay = nTime;

while (TimingDelay != 0);

}

       函数 Delay_us()中我们等待 TimingDelay 为 0，当 TimingDelay 为 0 的时候表示延时时间到。变量 TimingDelay 在中断函数中递减，即 SysTick 每进一次中断即 10us 的时间TimingDelay 递减一次。

SysTick 中断服务函数

void SysTick_Handler(void)

{

TimingDelay_Decrement();

}

中断复位函数调用了另外一个函数 TimingDelay_Decrement()，原型如下：

/**

* @brief 获取节拍程序

* @param 无

* @retval 无

* @attention 在 SysTick 中断函数 SysTick_Handler()调用

*/

void TimingDelay_Decrement(void)

{

if (TimingDelay != 0x00) {

TimingDelay--;

}

}

        TimingDelay 的值等于延时函数中传进去的 nTime 的值，比如 nTime=100000，则延时的时间等于 100000*10us=1s。

主函数

int main(void)

{

/* LED 端口初始化 */

LED_GPIO_Config();

/* 配置 SysTick 为 10us 中断一次,时间到后触发定时中断，

*进入 stm32fxx_it.c 文件的 SysTick_Handler 处理，通过数中断次数计时

*/

SysTick_Init();

while (1) {

LED_RED;

Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms

LED_GREEN;

Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms

LED_BLUE;

Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms

}

}

主函数中初始化了 LED 和 SysTick，然后在一个 while 循环中以 1s 的频率让 LED 闪烁。

16.4 总结：

1、SysTick简介：

SysTick：系统定时器， 24位，只能递减，存在于内核，嵌套在NVIC中，所有的Cortex-M内核的单片机都具有这个定时器。

2、功能框图：

3、相关寄存器：

4、SysTick唯一的固件库函数：

5、编程要点：

1-初始化LED相关的GPIO

2-配置SysTick（ STK_CTRL寄存器）

3-编写中断服务函数

4-main函数