SysTick定时器

今天讲解的是stm32的系统定时器——SysTick定时器。

一、SysTick定时器简介

《Cortex-M3权威指南》中对SysTick的描述，SysTick定时器被捆绑在NVIC中，用于产生SYSTICK异常（异常号：15）。它是一个24位的递减定时器，当计数到 0 时，将从RELOAD 寄存器中自动重装载定时初值，开始新一轮计数。大多数操作系统需要一个硬件定时器来产生滴答中断，作为整个系统的时基。例如，为多个任务许以不同数目的时间片，确保没有一个任务霸占系统；或者把每个定时器周期的某个时间范围赐予特定的任务等，还有提供各种定时功能，都与滴答定时器有关。因此，需要一个定时器产生周期性的中断，而且最好还让用户程序不能随意访问它的寄存器，以维持操作系统的“心跳”的节奏。该定时器的时钟源可以是内部时钟(FCLK)，或者是外部时钟（CM3处理器上的STCLK信号）。SysTick定时器能产生中断，异常中断。使用内核的SysTick定时器来实现延时，可以不占用系统定时器，由于和MCU外设无关，所以代码的移植，在不同厂家的Cortex-M内核MCU之间，可以很方便的实现。

二、SysTick相关寄存器介绍

SysTick一共有4个寄存器，在core_cm3.h这个头文件里定义了以这4个寄存器为成员的结构体指针。

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;

各个寄存器功能如下

1、SysTick控制及状态寄存器

2、SysTick重装载数值寄存器

3、SysTick当前数值寄存器

4、SysTick校准数值寄存器

通常只需要用到前3个寄存器，第四个寄存器在定时实验中不需要用到，有关各个位的描述在英文文档里比较晦涩难懂，这个寄存器的用途有待研究。

了解了它的定时器作用之后，接下来是如何通过编程得到准确的延时。

三、SysTick定时器配置步骤

SysTick定时器的操作可以分为 4 步：

（1）设置SysTick定时器的时钟源。

（2）设置SysTick定时器的重装初始值（如果要使用中断的话，就将中断使能打开）。

（3）清零SysTick定时器当前计数器的值。

（4）打开SysTick定时器。

代码实现

void SysTick_Init(u8 SYSCLK)
{
    SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //9M
    fac_us=SYSCLK/8;                    
    fac_ms=(u16)fac_us*1000;                   
}                

void delay_us(u32 nus)
{        
    u32 temp;            
    SysTick->LOAD=nus*fac_us;                   //时间加载           
    SysTick->VAL=0x00;                          //清空计数器
    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;    //开始倒数    
    do
    {
        temp=SysTick->CTRL;
    }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));       //等待时间到达   
    SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;    //关闭计数器
    SysTick->VAL =0X00;                          //清空计数器     
}            

void delay_ms(u16 nms)
{                  
    u32 temp;          
    SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;              //时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
    SysTick->VAL =0x00;                         //清空计数器
    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;    //开始倒数  
    do
    {
        temp=SysTick->CTRL;
    }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));       //等待时间到达   
    SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;    //关闭计数器
    SysTick->VAL =0X00;                         //清空计数器         
}     

上面有几个地方需要注意

①SysTick的时钟来源可以是AHB时钟或者是AHB时钟除以8。具体可以参照stm32固件库说明。

②在访问结构体成员时，（.）和（->）的区别。访问结构成员的运算符有两种,一种是结构成员运算符“·”，也称为“圆点运算符”，另一种是结构指针运算符“->”,也称“箭头运算符”。

点是用于结构体变量访问成员，箭头是用于结构体指针访问成员。

补充说明：圆点运算符是比较古老的写法，不能访问结构体指针变量成员，现在都推荐使用箭头运算符，即（->）。

③计数值的计算

计数值=计数总时间/每次计数所需时间。

每次计数所需时间=1/SYSCLK。

所以

计数值=计数总时间*SYSCLK。

同时还要注意单位的统一性。比如假设需要计时的时间为500us，定时器时钟源为系统时钟72MHz，那么计数值为500*72。

当定时单位为ms时，与kHz相乘才能将单位消掉，因此，假设定时500ms，定时器时钟源为9MHz，那么计数值为500*9*1000。

这就是为什么上面定义fac_ms=fac_us*1000的原因。

编写好上面两个延时函数之后就可以方便的调用了。调用时要注意不能超过它的最大值。

比如调用void delay_us(u32 nus)，假设时钟源选用72MHz，

那么nus的最大值为0xFFFFFF/72=233016us。

比如调用void delay_ms(u32 nms)，假设时钟源选用9MHz，

那么mus的最大值为0xFFFFFF/9000=1864ms。

总结：

SysTick定时器主要是要知道如何通过它得到准确定时，并且编写延时函数，另外也可以在定时结束时产生的中断里面编写中断响应函数。配置上也比较简单，基本上就是配置时钟来源，装载计数值。

另外，在一些编译器里，有时不能调用库函数SysTick_SetReload()，大概是因为官方库函数在不断更新，需要下载更高版本的库函数。在上面的程序中，直接操作了结构体，所以没有这个问题。

有了精确延时函数，那么使用通用GPIO软件模拟一些通信协议，如IIC、SPI等串行协议，就可以驱动很多硬件设备了，如EEPROM、温湿度传感器、显示屏等等。

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