本章实验的目的让读者熟悉STM32F103的SysTick定时器，SysTick定时器和NVIC一样，都属于Cortex-M3的内核外设资源。SysTick定时器比较简单，借此机会感受HAL库和寄存器之间调用关系，以及SysTick定时器的中断处理。本章阅读提示：11.1 关于（介绍STM32的SysTick定时器工作方式和寄存器，需要理解）11.2 硬件设计（SysTick定时器不涉及硬件）11.3 软件设计（讲解如何配置SysTick定时器、SysTick定时器的中断函数如何处理，需要理解）11.4 实验效果（展示实验效果，操作即可）

11.1 关于SysTick定时器

SysTick定时器(又名系统滴答定时器)是存在于Cortex-M3的一个定时器，只要是ARM Cotex-M系列内核的MCU都包含这个定时器。使用内核的SysTick定时器来实现延时，可以不占用系统定时器，节约资源。由于SysTick是在CPU核内部实现的，跟MCU外设无关，因此它的代码可以在不同厂家之间移植。

本章将使用系统滴答定时器实现延时函数，注意SysTick用于了HAL库的毫秒级延时函数“HAL_Delay()”，不建议日常使用SysTick去作为其它用途，这里只作为演示。

SysTick定时器是一个24位递减定时器，即计数器可以从最大值224开始，每个时钟周期减1，当减到0时，会产生Systick异常，同时再自动重载定时初值，开始新一轮计数。通过设置这个定时初值，就可以实现得到指定时间。如下图 11.1.1 所示，y为定时器初值，然后随着时间增加，值逐渐减小，直至为0，再重新加载初值，如此往复，x1、x2、x3这些时间段，就是我们需要的延时时间。

图 11.1.1 Systick定时器工作示意图

假设STM32F103工作在72MHz，即72000000Hz，意味着1s时间内，会计数72000000次。那么1ms则计数72000000/1000=72000次。这个72000就可以作为系统滴答定时器的初始值，将这个值写入系统滴答定时器，定时器在每个时钟周期减1，减到0时，就刚好是1ms，同时产生中断通知，再次加载72000如此反复。HAL库提供“HAL_SYSTICK_Config()”函数去设置这个初始值。

系统滴答定时器控制寄存器比较少，整体比较简单，借助本次机会详细分析一下寄存器和HAL之间是调用关系。系统滴答定时器只有四个控制寄存器：STK_CTRL，STK_LOAD，STK_VAL和STK_CALIB。因为系统滴答定时器属于Cotex-M3内核的外设，相关寄存器介绍不在《参考手册》，而在《3_STM32F10xx Cortex-M3编程手册》，后简称《编程手册》。

•  系统滴答定时器控制和状态寄存器（STK_CTRL）

重点关注Bit[0]，用于使能系统滴答定时器，Bit[1]使能系统滴答定时器中断，Bit[2]系统滴答时钟的时钟来源。

• 系统滴答定时器加载值寄存器（STK_LOAD）

Bit[23:0]，一共24位，用来设置系统滴答定时器的初始值，因此范围为1~ 16777216。  

• 系统滴答定时器当前值寄存器（STK_VAL）

Bit[23:0]，一共24位，用来获取当前系统滴答定时器的计数值。

• 系统滴答定时器校准值寄存器（STK_CALIB）

这个寄存器没用到，可以不用管。此外，当处理器在调试期间被暂停（halt）时，系统滴答定时器也将暂停运作。

在理解系统滴答定时器的工作方式，了解系统滴答定时器的寄存器基本信息后，就可以尝试编写程序了。

11.2 硬件设计

系统滴答定时器属于Cortex-M3内核资源，不涉及外部硬件电路。实验中会用到LED灯，电路设计参考前面LED点灯实验。

11.3 软件设计

11.3.1.1 软件设计思路

实验目的：使用系统滴答定时器实现自定义延时。

1) 分析HAL库的系统滴答定时器配置函数；

2) 初始化系统滴答定时器（设置计数初值、使能等）；

3) 封装延时函数，设置系统滴答定时器中断处理函数；

4) 主函数调用验证；

本实验配套代码位于“5_程序源码4_基础重点—SysTick定时器”。

11.3.1.2 软件设计讲解

1) 分析HAL库的系统滴答定时器配置函数

在HAL库中，使用“HAL_SYSTICK_Config()”函数配置SysTick的初始值。

代码段 11.3.1 SysTick配置函数（stm32f1xx_hal_cortex.c）

/**

  * @brief  Initializes the System Timer and its interrupt, and starts the System Tick Timer.

  *         Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.

  * @param  TicksNumb: Specifies the ticks Number of ticks between two interrupts.

  * @retval status:  - 0  Function succeeded.

  *                  - 1  Function failed.

  */

uint32_t HAL_SYSTICK_Config(uint32_t TicksNumb)

{

   return SysTick_Config(TicksNumb);

}

该函数调用“SysTick_Config()”函数，函数内容如下代码段 11.3.2所示。

代码段 11.3.2 SysTick配置函数（core_cm3.h）

/* ##################################    SysTick function  ############################################ */

/**

  ingroup  CMSIS_Core_FunctionInterface

  defgroup CMSIS_Core_SysTickFunctions SysTick Functions

  brief    Functions that configure the System.

  @{

 */

#if defined (__Vendor_SysTickConfig) && (__Vendor_SysTickConfig == 0U)

/**

  brief   System Tick Configuration

  details Initializes the System Timer and its interrupt, and starts the System Tick Timer.

           Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.

  param [in]  ticks  Number of ticks between two interrupts.

  return          0  Function succeeded.

  return          1  Function failed.

  note    When the variable <b>__Vendor_SysTickConfig</b> is set to 1, then the

           function <b>SysTick_Config</b> is not included. In this case, the file <b><i>device</i>.h</b>

           must contain a vendor-specific implementation of this function.

 */

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)

{

  if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)

  {

    return (1UL);                                                   /* Reload value impossible */

  }

  SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);                         /* set reload register */

  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL); /* set Priority for Systick Interrupt */

  SysTick->VAL   = 0UL;                                             /* 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 (0UL);                                                     /* Function successful */

}

#endif

24~27行：判断传入的SysTick初始值是否大于最大值224；

29行：设置SysTick初始值;

30行：设置SysTick中断的优先级，默认为最低；

31行：将SysTick当前计数值清零；

32~34行：设置SysTick的控制和状态寄存器，展开对应的宏，值为“(1<<2) | (1<<1) | (1)”，结合前面STK_CTRL寄存器介绍，可知这里使能了SysTick，使能了SysTick中断，时钟源为AHB。当系统时钟为72MHz时，AHB不分频，也为72MHz，则SysTick的时钟也为72MHz。

通过对“HAL_SYSTICK_Config()”函数分析，可知只需要传入SysTick初始值，其它的都默认已经设置完成了。

2) 初始化系统滴答定时器

假设当MCU工作在72MHz，SysTick也工作在72MHz。时钟在1s内完成周期性变化的次数叫做频率（单位：Hz），因此72MHz则表示1秒SysTick计数72000000次，即1毫秒计数72000次。

因此，如果将72000传入“HAL_SYSTICK_Config()”函数，则SysTick从72000减到0，花费时间为1毫秒，创建函数“SysTickInit()”初始化系统滴答定时器，如代码段 11.3.3 所示。

代码段 11.3.3 初始化SysTick（driver_systick.c）

/*

 *  函数名：void SysTickInit(uint32_t cycle)

 *  输入参数：cycle,设置系统滴答时钟周期

 *  输出参数：无

 *  返回值：无

 *  函数作用：初始化系统滴答时钟的频率和中断优先级

*/

void SysTickInit(uint32_t cycle)

{

    uint32_t init_t = 0;

    init_t = SystemCoreClock/cycle;

    /* 时间(单位:s)=1/频率(单位:HZ)

     * SystemCoreClock频率: 72MHz = 72,000,000

     * 即MCU 1秒会计数72,000,000次

     *       1ms则计数 72MHz/1000 = 72000次

     * 72000就是滴答时钟的初始值,它向下计数72000次,计数将变为0,就会产生一次中断

     * 滴答时钟初始值范围:1~16777216

     *

     * SystemCoreClock/1000:    1ms中断一次

     * SystemCoreClock/100000:  10us中断一次

     * SystemCoreClock/1000000: 1us中断一次

     */

    if(HAL_SYSTICK_Config(init_t) != HAL_OK)

    {

        Error_Handler();

    }

    // 设置滴答定时器中断优先级：最高

    HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);

    // 使能滴答定时器中断

    HAL_NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);

}

12行：使用HAL库提供的全局变量“SystemCoreClock”获取当前系统时钟，再根据传入的cycle，计算出SysTick的初始值； 

25~28行：使用“HAL_SYSTICK_Config()”函数设置SysTick的初始值，并检测是否设置成功;

31行：设置滴答定时器中断优先级，这里设置为最高。前面分析“HAL_SYSTICK_Config()”函数，知道该函数也会设置中断优先级，这里重新设置为最高优先级，在当前示例里，SysTick中断的优先级不重要；

33行：使能SysTick中断；这里是使能NVIC，而“HAL_SYSTICK_Config()”函数使能的是SysTick；

为了方便修改SysTick的初始值，这里定义几个常见的延时周期，如代码段 11.3.4 所示。当需要延时周期为1毫秒时，传入“CYCLE_1MS”给“SysTickInit()”，则SysTick计数到零花费1毫秒

代码段 11.3.4 定义延时周期（driver_systick.h）

#define CYCLE_100MS   10

#define CYCLE_10MS    100

#define CYCLE_1MS     1000

#define CYCLE_100US   10000

#define CYCLE_10US    100000

#define CYCLE_1US     1000000

3) 封装延时函数，设置系统滴答定时器中断处理函数

创建延时函数“SysTickDelay()”，在该函数里设置自定义全局变量systick_t的初始值，SysTick每计数完一次则进入SysTick中断，将全局变量systick_t的值减1，如代码段 11.3.6 所示。一直到systick_t变为零，结束延时，如代码段 11.3.5 所示。

代码段 11.3.5 SysTick延时函数（driver_systick.c ）

/*

 *  函数名：void SysTickDelay(uint16_t m)

 *  输入参数：m-延时时间

 *  输出参数：无

 *  返回值：无

 *  函数作用：滴答定时器实现的延时函数

*/

void SysTickDelay(uint32_t m)

{

    systick_t = m;

    while(systick_t != 0);

}

代码段 11.3.6 SysTick中断处理函数（stm32f1xx_it.c）

/*

  * @brief  This function handles SysTick Handler.

  * @param  None

  * @retval None

  */

void SysTick_Handler(void)

{

    HAL_IncTick();

    if(systick_t)

    {

        systick_t--;

    }

}

4) 主函数调用验证

代码段 11.3.7 SysTick延时点灯（main.c）

/*

 * 初始化滴答时钟

 * 通过改变传入参数改变滴答时钟的频率，即SysTickDelay(1)的时长

*/

SysTickInit(CYCLE_1MS);

// 初始化LED

LedGpioInit();

while(1)

{

    /* 通过延时一段时间让LED亮灭实现LED闪烁，可以通过示波器打LED的引脚反转周期，精确看时间是否与设置的一致*/

    BLED(ON);             // 点亮LED

    SysTickDelay(1000);   // 延时CYCLE_1MS*1000=1s

    BLED(OFF);            // 熄灭LED

    SysTickDelay(1000);   // 延时CYCLE_1MS*1000=1s

}

5行：初始化SysTick，这里传入CYCLE_1MS，则延时函数“SysTickDelay()”的单位为1毫秒；

7~16行：初始化LED，调用延时函数“SysTickDelay()”，传入1000，则延时为1秒；

11.4 实验效果

本实验对应配套资料的“5_程序源码4_基础重点—SysTick定时器”。打开工程后，编译，下载，可以看到蓝色LED灯间隔1秒，交替闪烁。读者可修改代码段 11.3.7 中的第5行时钟周期，或者13、15行的延时时间，改变LED灯的闪烁间隔时间。

通过LED展示SysTick的延时结果不够严谨，有条件的读者可以使用示波器或逻辑分析仪，触碰LED灯焊盘的引脚，测试翻转时间，如图 11.4.1 所示，分别修改延时时间10us、1ms、1s后逻辑分析仪测量值。

图 11.4.1 逻辑分析仪测试SysTick延时