STM32 SysTick 滴答定时器原理及应用

SysTick滴答定时器

一、功能

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。

二、实现原理

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)。

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。

        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。

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)

#define SysTick             ((SysTick_Type *)       SysTick_BASE) 

#define SysTick_BASE        (SCS_BASE +  0x0010)

#define SCS_BASE            (0xE000E000) 

typedef struct

{

  __IO uint32_t CTRL;  // 控制及状态寄存器

  __IO uint32_t LOAD;   // 重装载数值寄存器

  __IO uint32_t VAL; // 当前计数数值寄存器

  __I  uint32_t CALIB;  // 校准寄存器

} SysTick_Type;

SysTick->CTRL: (可通过 SysTick_CLKSourceConfig() 函数设置)

COUNTFLAG(16)R: 计数标志位

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

CLKSOURCE(2)R/W: 时钟源设置

1 = 外部时钟源(STCLK) (AHB总线时钟的1/8(HCLK/8))

0 = 内核时钟(FCLK)  (AHB总线时钟的频率(HCLK))

TICKINT(1)R/W: 中断使能位

1 = SysTick 倒数到0时产生 SysTick 异常请求

0 = 数到 0 时无动作

ENABLE(0)R/W: SysTick 定时器使能位

(当中断被使能后，需要关注 void SysTick_Handler(void) 函数)

SysTick_Type->LOAD: (SysTick_Config() 函数会设置该寄存器)

RELOAD(23:0)R/W: 重装载数值寄存器

当SysTick数到0，将被重装载的值

SysTick_Type->VAL: (SysTick_Config() 函数会设置该寄存器)

CURRENT(23:0)R/Wc: 当前计数数值寄存器

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。

四、库函数分析

misc.c

----------------------------------------------------------------------------------

#define SysTick_CLKSource_HCLK_Div8    ((uint32_t)0xFFFFFFFB)

#define SysTick_CLKSource_HCLK         ((uint32_t)0x00000004)

#define IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SOURCE) (((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK) || \

((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK_Div8))

void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)

{

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SysTick_CLKSource));

  if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK)

  {

SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK; // 设置 CLKSOURCE 为 1

  }

  else

  {

SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;      // 设置 CLKSOURCE 为 0

  }

}

core_cm3.c

----------------------------------------------------------------------------------

#define SysTick_LOAD_RELOAD_Pos             0                                           

#define SysTick_LOAD_RELOAD_Msk            (0xFFFFFFul << SysTick_LOAD_RELOAD_Pos)

typedef enum IRQn

{

//...

SysTick_IRQn                = -1, 

//...

}IRQn_Type;

#define __NVIC_PRIO_BITS          4

#define SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Pos          2                                           

#define SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk         (1ul << SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Pos)          

#define SysTick_CTRL_TICKINT_Pos            1                                           

#define SysTick_CTRL_TICKINT_Msk           (1ul << SysTick_CTRL_TICKINT_Pos)            

#define SysTick_CTRL_ENABLE_Pos             0                                           

#define SysTick_CTRL_ENABLE_Msk            (1ul << SysTick_CTRL_ENABLE_Pos) 

static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)

{ 

  if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            /* Reload value impossible */

  // 设置计数值为 ticks - 1 

  // 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

  // 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。

  SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;     

  // 设置中断优先级

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

  SysTick->VAL   = 0;                                

  // 设置时钟源为外部时钟源，同时开启中断、并使能 SysTick 定时器

  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | 

   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   | 

   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                   

  return (0);                                                 

}

五、延时应用

1、中断方式

static __IO uint32_t TimingDelay;

void Delay(__IO uint32_t nTime)

{ 

   TimingDelay = nTime;

   while(TimingDelay != 0);

}

/* 中断服务函数 */

void SysTick_Handler(void)

{

if (TimingDelay != 0x00) 

{ 

TimingDelay--;

}

}

int main(void)

{  

// ...

if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)) // 注意，这里systick时钟为HCLK，中断时间间隔1ms 

{

while (1);

}

while(1)

{

Delay(200);//2ms

// ...

}

}

SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000): (原代码这里假设是采用时钟源为 HCLK)

这里设置的是 72000000Hz / 1000 = 72000 ticks，也就是说 SysTick 从 (72000-1) 开始倒数。

每倒数完 72000 个节拍就触发一次中断。

一个节拍的时间为：72000000 / 72000 = 1000us == 1ms

SysTick_Config((SystemCoreClock / 8000000) * 1000 * 1): 

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。

SystemCoreClock / 8000000: 1us 的节拍数

1us的节拍数 * 1000: 则为 1ms 的节拍数

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。

2、轮询方式

static u8  fac_us=0; //us延时倍乘数    

static u16 fac_ms=0; //ms延时倍乘数

void delay_init()

{

SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //选择外部时钟  HCLK/8

fac_us = SystemCoreClock/8000000;         // 为系统时钟的1/8  1us = 72000000 / 8000000 =  9 个节拍

fac_ms = (u16)fac_us*1000; // 1ms 需要 9 * 1000 = 9000 个节拍

}

//延时 nus 微秒         

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  

}

//延时nms

//注意nms的范围

//SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为:

//nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK

//SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms

//对72M条件下,nms<=1864 

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;

                //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 

}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));  

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器

SysTick->VAL =0X00;                      //清空计数器        

}