[嵌入式] STM32——SysTick系统定时器

SysTick——系统定时器是属于CM3内核中的一个外设，内嵌在NVIC中。系统定时器是一个24bits的向下递减的计数器。计数器每计数一次的时间为1/SYSTICK，一般我们设置系统时钟SYSTICK等于72M。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CM3内核的外设，所以所有基于CM3内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在CM3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。

二、SysTick寄存器介绍

SysTick——系统定时器有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。

三、SysTick定时实验

SysTick属于内核的外设，有关寄存器的配置和定义以及库函数都在内核相关的库文件core_cm3.h中。

SysTick配置函数

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2^24，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在往下递减计数，以此循环往复。紧随其后设置后中断优先级，最后配置好系统定时器的时钟等于AHBCLK=72M，使能定时器和定时器中断，这样系统定时器就配置好了，一个库函数就搞定。

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。

配置SysTick中断优先级

在SysTick_Config()库函数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_m3.h中定义，原型如下：

函数首先先判断形参IRQn的大小，如果是小于0，则表示这个系统是异常的，系统异常的优先级由内核外设SCB的寄存器SHPRx控制，如果大于0则是外部中断，外部中断的优先级由内核外设NVIC中的IPx寄存器控制。

因为SysTick属于内核外设，跟普通的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STM32F103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以参考《Coretex-M3内核编程手册》。

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STM32F103中，只有位7:4这高4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个可编程的优先级，数值越小，优先级越高。如果软件优先级配置相同，那就根据它们所在的中断向量表的位置编号来决定优先级大小，编号越小，优先级越高。

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。

SysTick初始化函数

SysTick初始化函数由用户编写，里面调用了SysTick_Config()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定时时间的计算

当设置好中断时间 T INT 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 T INT 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 T INT 就得出

我们需要的延时时间，其中 T INT 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 。

主函数代码：

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_ON;
        Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms
        LED2_ON;
        Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms
        LED3_ON;
        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。

另外一种更简洁的定时编程上面的实验，我们是使用了中断，而且经过多个函数的调用，还使用了全局变量，理解起来挺费劲的，其实还有另外一种更简洁的写法。我们知道，systick 的 counter 从 reload 值往下递减到 0 的时候，CTRL 寄存器的位 16:countflflag 会置 1 ，且读取该位的值可清 0 ，所有我们可以使用软件查询的方法来实现延时。

void SysTick_Delay_Us( __IO uint32_t us)
{ 
    uint32_t i;
     SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000);
     for (i=0; i<us; i++) 
    {
         // 当计数器的值减小到 0 的时候，CRTL 寄存器的位 16 会置 1 
        while ( !((SysTick->CTRL)&        (1<<16)) );
    }
     // 关闭 SysTick 定时器
     SysTick->CTRL &=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}

在这里我们是调用了SysTick_Config这个固件库函数，有关这个函数的说明见下面的代码。其中SystemCoreClock是一个宏，大小为72000000，如果你不想用这个宏，也可以直接用数字。

// 这个 固件库函数 在 core_cm3.h 中 
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{ 
                                // reload 寄存器为 24bit，最大值为 2^24
     if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1);
                                // 配置 reload 寄存器的初始值
     SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1; 9
                              // 配置中断优先级为 1<<4 -1 = 15，优先级为最低
     NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);

                                 // 配置 counter 计数器的值
    SysTick->VAL = 0;

         // 配置 systick 的时钟为 72M
         // 使能中断
         // 使能 systick
     SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
     SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
     SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
     return (0);
 }