STM32 Systick 编程及应用

 
一、 systick介绍

    Systick 就是一个定时器而已，只是它放在了NVIC 中，主要的目的是为了给操作系统提供一个硬件上的中断（号称滴答中断）。没有学过操作系统的同学， 可能会很郁闷，啥叫滴答中断？这里来简单地解释一下：操作系统进行运转的时候，也会有"心跳"。它会根据"心跳"的节拍来工作，把整个时间段分成很多小小的时间片，每个任务每次只能运行一个"时间片"的时间长度就得退出给别的任务运行，这样可以确保任何一个任务都不会霸占整个系统不放。这个心跳，可以通过定时器来周期性触发，而这个定时器就是systick。很明显，这个"心跳" 是不允许任何人来随意地访问和修改的。只要不把它在SysTick 控制及状态寄存器中的使能位清除，就永不停息。

    知道systick 在系统中的地位后，我们来了解systick 的实现。注意，本期教程并没有讲述systick 如何在操作系统中的运行，因为这对初学者来说比较复杂。我们这里只是举例说明systick 的使用。它有四个寄存器，笔者把它列出来：

STK_CSR, 0xE000E010 -- 控制寄存器
STK_LOAD, 0xE000E014 -- 重载寄存器
STK_VAL, 0xE000E018 -- 当前值寄存器
STK_CALRB, 0xE000E01C -- 校准值寄存器

    以下部分参考互联网的一篇文章，网址为：
 
https://home.eeworld.com.cn/my/space.php?uid=116357&do=blog&id=31714

    感谢作者"416561760 的博客"提供如此详细的寄存器说明的文章。
 
1、STK_CSR控制寄存器：寄存器内有4 个位具有意义

第0 位：ENABLE，Systick 使能位（0：关闭Systick 功能；1：开启Systick功能）
第1 位：TICKINT，Systick 中断使能位（0：关闭Systick 中断；1：开启Systick 中断）
第2 位：CLKSOURCE，Systick 时钟源选择（0：使用HCLK/8 作为Systick时钟；1：使用HCLK 作为Systick 时钟）
第3 位：COUNTFLAG，Systick 计数比较标志，如果在上次读取本寄存器后，SysTick 已经数到了0，则该位为1。如果读取该位，该位将自动清零。

2、STK_LOAD 重载寄存器
 
    Systick 是一个递减的定时器，当定时器递减至0 时，重载寄存器中的值就 会被重装载，继续开始递减。STK_LOAD 重载寄存器是个24 位的寄存器最大计数0xFFFFFF。
 
3、STK_VAL当前值寄存器
 
    也是个24 位的寄存器，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。
 
4、STK_CALRB 校准值寄存器
 
位31 NOREF ：1=没有外部参考时钟（STCLK 不可用）0=外部参考时钟可用
位30 SKEW：1=校准值不是准确的1ms 0=校准值是准确的1ms
位[23:0] ：Calibration value
Indicates the calibration value when the SysTick counter runs on HCLK max/8 as external clock. The value is product dependent, please refer to the Product Reference Manual, SysTick Calibration Value section. When HCLK is programmed at the maximum frequency, the SysTick period is 1ms. If calibration information is not known, calculate the calibration value
required from the frequency of the processor clock or external clock.

二、systick编程
 
    现在我们想通过Systick 定时器做一个精确的延迟函数，比如让LED 精确延迟1 秒钟闪亮一次。
 
思路：利用systick 定时器为递减计数器，设定初值并使能它后，它会每个系统时钟周期计数器减1，计数到0 时，SysTick 计数器自动重装初值并继续计数，同时触发中断。
 
    那么每次计数器减到0，时间经过了：系统时钟周期* 计数器初值。我们使用72M 作为系统时钟，那么每次计数器减1 所用的时间是1/72M，计数器的初值如果是72000，那么每次计数器减到0，时间经过(1/72M) * 72000 = 0.001m，即1ms。

    现在我们做出来的Delay(1)，就是 1 毫秒延迟。Delay(1000)就是1 秒。
 
    有了以上的思路后，systick 的编程非常简单。
 
    首先，我们需要有一个72M 的systick 系统时钟，那么，使用下面这个时钟就OK！
 
SystemInit();
 
    这个函数可以让主频运行到72M。可以把它作为systick 的时钟源。为了配合演示，可以使用LED 显示来做，于是我们设置了GPIO_Config(); 初始化函数，初始化了芯达STM32 开发板上的LED4 灯。接着开始配置systick，实际上配置systick 的严格过程如下：
 
使用ST 的函数库使用systick 的方法：
1、调用SysTick_CounterCmd() -- 失能SysTick 计数器
2、调用SysTick_ITConfig () -- 失能SysTick 中断
3、调用SysTick_CLKSourceConfig() -- 设置SysTick 时钟源。
4、调用SysTick_SetReload() -- 设置SysTick 重装载值。
5、调用SysTick_ITConfig () -- 使能SysTick 中断
6、调用SysTick_CounterCmd() -- 开启SysTick 计数器

    这里大家一定要注意，必须使得当前寄存器的值VAL 等于0！
 
SysTick->VAL = (0x00);

    只有当VAL 值为0 时，计数器自动重载RELOAD。
 
    接下来就可以直接调用Delay();函数进行延迟了。延迟函数的实现中，要注意的是，全局变量TimingDelay 必须使用volatile，否则可能会被编译器优化。

以下是一篇systick的问答篇总结，摘抄于网络，希望对您的理解有帮助。
文章网址：http://blog.ednchina.com/jielove2003/768642/message.aspx

Q：什么是SYSTick定时器？
 
    SysTick 是一个24 位的倒计数定时器，当计到0 时，将从RELOAD 寄存器中自动重装载定时初值。只要不把它在SysTick 控制及状态寄存器中的使能位清除，就永不停息。
 
Q：为什么要设置SysTick定时器？
 
（1）产生操作系统的时钟节拍
 
    SysTick定时器被捆绑在NVIC中，用于产生SYSTICK异常（异常号：15）。在以前，大多操作系统需要一个硬件定时器来产生操作系统需要的滴答中断，作为整个系统的时基。因此，需要一个定时器来产生周期性的中断，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"心跳"的节律。
 
（2）便于不同处理器之间程序移植。
 
    Cortex‐M3 处理器内部包含了一个简单的定时器。因为所有的CM3 芯片都带有这个定时器，软件在不同CM3 器件间的移植工作得以化简。该定时器的时钟源可以是内部时钟（FCLK，CM3 上的自由运行时钟），或者是外部时钟（ CM3 处理器上的STCLK 信号）。

    不过，STCLK 的具体来源则由芯片设计者决定，因此不同产品之间的时钟频率可能会大不相同，你需要检视芯片的器件手册来决定选择什么作为时钟源。SysTick 定时器能产生中断，CM3 为它专门开出一个异常类型，并且在向量表中有它的一席之地。它使操作系统和其它系统软件在CM3 器件间的移植变得简单多了，因为在所有CM3 产品间对其处理都是相同的。
 
（3）作为一个闹铃测量时间。
 
    SysTick 定时器除了能服务于操作系统之外，还能用于其它目的：如作为一个闹铃，用于测量时间等。要注意的是，当处理器在调试期间被喊停（halt）时，则SysTick 定时器亦将暂停运作。
 
Q：Systick如何运行？
 
    首先设置计数器时钟源，CTRL->CLKSOURCE（控制寄存器）。设置重载值（RELOAD 寄存器），清空计数寄存器VAL（就是下图的CURRENT）。置CTRL->ENABLE 位开始计时。

    如果是中断则允许Systick 中断，在中断例程中处理。如采用查询模式则不断读取控制寄存器的COUNTFLAG 标志位，判断是否计时至零。或者采取下列一种方法

    当SysTick 定时器从1 计到0 时，它将把COUNTFLAG 位置位；而下述方法可以清零之：

    1. 读取SysTick 控制及状态寄存器（STCSR）
    2. 往SysTick 当前值寄存器（STCVR）中写任何数据

    只有当VAL 值为0 时，计数器自动重载RELOAD。
 
Q：如何使用SysTicks作为系统时钟？
 
    SysTick 的最大使命，就是定期地产生异常请求，作为系统的时基。OS 都需要这种"滴答"来推动任务和时间的管理。如欲使能SysTick 异常，则把STCSR.TICKINT 置位。另外，如果向量表被重定位到SRAM 中，还需要为SysTick 异常建立向量，提供其服务例程的入口地址。
 
Q：如何使用SysTick完成一段延时？
 
查询方式参考：http://blog.ednchina.com/atom6037/188271/message.aspx
 
中断方式参考：
 
    初始化函数SysTick_Configuration(void)放在while()循环外，执行一次：
 
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1. void SysTick_Configuration(void)
2. {
3. /* Select AHB clock(HCLK) as SysTick clock source 设置AHB 时钟为SysTick 时钟*/
4. SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);
5.
6. /* Set SysTick Priority to 3 设置SysTicks 中断抢占优先级3， 从优先级0*/
7. NVIC_SystemHandlerPriorityConfig(SystemHandler_SysTick, 3, 0);
8.
9. /* SysTick interrupt each 1ms with HCLK equal to 72MHz 每1ms 发生一次SysTick 中断*/
10. SysTick_SetReload(72000);
11.
12. /* Enable the SysTick Interrupt */
13. SysTick_ITConfig(ENABLE);
14. }

   延时函数，需要延时处调用：
 
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1. void Delay(u32 nTime)
2. {
3. /* Enable the SysTick Counter 允许SysTick 计数器*/
4. SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Enable);
5.
6. TimingDelay = nTime;
7.
8. while(TimingDelay != 0)
9. ; //等待计数至0
10.
11. /* Disable the SysTick Counter 禁止SysTick 计数器*/
12. SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Disable);
13. /* Clear the SysTick Counter 清零SysTick 计数器*/
14. SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Clear);
15. }

    中断函数，定时器减至零时调用，放在stm32f10x_it.c 文件中
 
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1. void SysTickHandler(void)
2. {
3. TimingDelay--;
4. }