STM32 Systick 編程及應(yīng)用

一、 systick介紹

Systick 就是一個(gè)定時(shí)器而已，只是它放在了NVIC 中，主要的目的是為了給操作系統(tǒng)提供一個(gè)硬件上的中斷（號(hào)稱滴答中斷）。沒(méi)有學(xué)過(guò)操作系統(tǒng)的同學(xué)， 可能會(huì)很郁悶，啥叫滴答中斷？這里來(lái)簡(jiǎn)單地解釋一下：操作系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，也會(huì)有"心跳"。它會(huì)根據(jù)"心跳"的節(jié)拍來(lái)工作，把整個(gè)時(shí)間段分成很多小小的時(shí)間片，每個(gè)任務(wù)每次只能運(yùn)行一個(gè)"時(shí)間片"的時(shí)間長(zhǎng)度就得退出給別的任務(wù)運(yùn)行，這樣可以確保任何一個(gè)任務(wù)都不會(huì)霸占整個(gè)系統(tǒng)不放。這個(gè)心跳，可以通過(guò)定時(shí)器來(lái)周期性觸發(fā)，而這個(gè)定時(shí)器就是systick。很明顯，這個(gè)"心跳" 是不允許任何人來(lái)隨意地訪問(wèn)和修改的。只要不把它在SysTick 控制及狀態(tài)寄存器中的使能位清除，就永不停息。

知道systick 在系統(tǒng)中的地位后，我們來(lái)了解systick 的實(shí)現(xiàn)。注意，本期教程并沒(méi)有講述systick 如何在操作系統(tǒng)中的運(yùn)行，因?yàn)檫@對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。我們這里只是舉例說(shuō)明systick 的使用。它有四個(gè)寄存器，筆者把它列出來(lái)：

STK_CSR, 0xE000E010 -- 控制寄存器
STK_LOAD, 0xE000E014 -- 重載寄存器
STK_VAL, 0xE000E018 -- 當(dāng)前值寄存器
STK_CALRB, 0xE000E01C -- 校準(zhǔn)值寄存器

以下部分參考互聯(lián)網(wǎng)的一篇文章，網(wǎng)址為：

http://home.eeworld.com.cn/my/space.php?uid=116357&do=blog&id=31714

感謝作者"416561760 的博客"提供如此詳細(xì)的寄存器說(shuō)明的文章。

1、STK_CSR控制寄存器：寄存器內(nèi)有4 個(gè)位具有意義

第0 位：ENABLE，Systick 使能位（0：關(guān)閉Systick 功能；1：開啟Systick功能）
第1 位：TICKINT，Systick 中斷使能位（0：關(guān)閉Systick 中斷；1：開啟Systick 中斷）
第2 位：CLKSOURCE，Systick 時(shí)鐘源選擇（0：使用HCLK/8 作為Systick時(shí)鐘；1：使用HCLK 作為Systick 時(shí)鐘）
第3 位：COUNTFLAG，Systick 計(jì)數(shù)比較標(biāo)志，如果在上次讀取本寄存器后，SysTick 已經(jīng)數(shù)到了0，則該位為1。如果讀取該位，該位將自動(dòng)清零。

2、STK_LOAD 重載寄存器

Systick 是一個(gè)遞減的定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器遞減至0 時(shí)，重載寄存器中的值就 會(huì)被重裝載，繼續(xù)開始遞減。STK_LOAD 重載寄存器是個(gè)24 位的寄存器最大計(jì)數(shù)0xFFFFFF。

3、STK_VAL當(dāng)前值寄存器

也是個(gè)24 位的寄存器，讀取時(shí)返回當(dāng)前倒計(jì)數(shù)的值，寫它則使之清零，同時(shí)還會(huì)清除在SysTick 控制及狀態(tài)寄存器中的COUNTFLAG 標(biāo)志。

4、STK_CALRB 校準(zhǔn)值寄存器

位31 NOREF ：1=沒(méi)有外部參考時(shí)鐘（STCLK 不可用）0=外部參考時(shí)鐘可用
位30 SKEW：1=校準(zhǔn)值不是準(zhǔn)確的1ms 0=校準(zhǔn)值是準(zhǔn)確的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編程

現(xiàn)在我們想通過(guò)Systick 定時(shí)器做一個(gè)精確的延遲函數(shù)，比如讓LED 精確延遲1 秒鐘閃亮一次。

思路：利用systick 定時(shí)器為遞減計(jì)數(shù)器，設(shè)定初值并使能它后，它會(huì)每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)器減1，計(jì)數(shù)到0 時(shí)，SysTick 計(jì)數(shù)器自動(dòng)重裝初值并繼續(xù)計(jì)數(shù)，同時(shí)觸發(fā)中斷。

那么每次計(jì)數(shù)器減到0，時(shí)間經(jīng)過(guò)了：系統(tǒng)時(shí)鐘周期* 計(jì)數(shù)器初值。我們使用72M 作為系統(tǒng)時(shí)鐘，那么每次計(jì)數(shù)器減1 所用的時(shí)間是1/72M，計(jì)數(shù)器的初值如果是72000，那么每次計(jì)數(shù)器減到0，時(shí)間經(jīng)過(guò)(1/72M) * 72000 = 0.001m，即1ms。

現(xiàn)在我們做出來(lái)的Delay(1)，就是 1 毫秒延遲。Delay(1000)就是1 秒。

有了以上的思路后，systick 的編程非常簡(jiǎn)單。

首先，我們需要有一個(gè)72M 的systick 系統(tǒng)時(shí)鐘，那么，使用下面這個(gè)時(shí)鐘就OK！

SystemInit();

這個(gè)函數(shù)可以讓主頻運(yùn)行到72M?？梢园阉鳛閟ystick 的時(shí)鐘源。為了配合演示，可以使用LED 顯示來(lái)做，于是我們?cè)O(shè)置了GPIO_Config(); 初始化函數(shù)，初始化了芯達(dá)STM32 開發(fā)板上的LED4 燈。接著開始配置systick，實(shí)際上配置systick 的嚴(yán)格過(guò)程如下：

使用ST 的函數(shù)庫(kù)使用systick 的方法：
1、調(diào)用SysTick_CounterCmd() -- 失能SysTick 計(jì)數(shù)器
2、調(diào)用SysTick_ITConfig () -- 失能SysTick 中斷
3、調(diào)用SysTick_CLKSourceConfig() -- 設(shè)置SysTick 時(shí)鐘源。
4、調(diào)用SysTick_SetReload() -- 設(shè)置SysTick 重裝載值。
5、調(diào)用SysTick_ITConfig () -- 使能SysTick 中斷
6、調(diào)用SysTick_CounterCmd() -- 開啟SysTick 計(jì)數(shù)器

這里大家一定要注意，必須使得當(dāng)前寄存器的值VAL 等于0！

SysTick->VAL = (0x00);

只有當(dāng)VAL 值為0 時(shí)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)重載RELOAD。

接下來(lái)就可以直接調(diào)用Delay();函數(shù)進(jìn)行延遲了。延遲函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中，要注意的是，全局變量TimingDelay 必須使用volatile，否則可能會(huì)被編譯器優(yōu)化。

以下是一篇systick的問(wèn)答篇總結(jié)，摘抄于網(wǎng)絡(luò)，希望對(duì)您的理解有幫助。
文章網(wǎng)址：http://blog.ednchina.com/jielove2003/768642/message.aspx

Q：什么是SYSTick定時(shí)器？

SysTick 是一個(gè)24 位的倒計(jì)數(shù)定時(shí)器，當(dāng)計(jì)到0 時(shí)，將從RELOAD 寄存器中自動(dòng)重裝載定時(shí)初值。只要不把它在SysTick 控制及狀態(tài)寄存器中的使能位清除，就永不停息。

Q：為什么要設(shè)置SysTick定時(shí)器？

（1）產(chǎn)生操作系統(tǒng)的時(shí)鐘節(jié)拍

SysTick定時(shí)器被捆綁在NVIC中，用于產(chǎn)生SYSTICK異常（異常號(hào)：15）。在以前，大多操作系統(tǒng)需要一個(gè)硬件定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生操作系統(tǒng)需要的滴答中斷，作為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基。因此，需要一個(gè)定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生周期性的中斷，而且最好還讓用戶程序不能隨意訪問(wèn)它的寄存器，以維持操作系統(tǒng)"心跳"的節(jié)律。

（2）便于不同處理器之間程序移植。

Cortex‐M3 處理器內(nèi)部包含了一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器。因?yàn)樗械腃M3 芯片都帶有這個(gè)定時(shí)器，軟件在不同CM3 器件間的移植工作得以化簡(jiǎn)。該定時(shí)器的時(shí)鐘源可以是內(nèi)部時(shí)鐘（FCLK，CM3 上的自由運(yùn)行時(shí)鐘），或者是外部時(shí)鐘（ CM3 處理器上的STCLK 信號(hào)）。

不過(guò)，STCLK 的具體來(lái)源則由芯片設(shè)計(jì)者決定，因此不同產(chǎn)品之間的時(shí)鐘頻率可能會(huì)大不相同，你需要檢視芯片的器件手冊(cè)來(lái)決定選擇什么作為時(shí)鐘源。SysTick 定時(shí)器能產(chǎn)生中斷，CM3 為它專門開出一個(gè)異常類型，并且在向量表中有它的一席之地。它使操作系統(tǒng)和其它系統(tǒng)軟件在CM3 器件間的移植變得簡(jiǎn)單多了，因?yàn)樵谒蠧M3 產(chǎn)品間對(duì)其處理都是相同的。

（3）作為一個(gè)鬧鈴測(cè)量時(shí)間。

SysTick 定時(shí)器除了能服務(wù)于操作系統(tǒng)之外，還能用于其它目的：如作為一個(gè)鬧鈴，用于測(cè)量時(shí)間等。要注意的是，當(dāng)處理器在調(diào)試期間被喊停（halt）時(shí)，則SysTick 定時(shí)器亦將暫停運(yùn)作。

Q：Systick如何運(yùn)行？

首先設(shè)置計(jì)數(shù)器時(shí)鐘源，CTRL->CLKSOURCE（控制寄存器）。設(shè)置重載值（RELOAD 寄存器），清空計(jì)數(shù)寄存器VAL（就是下圖的CURRENT）。置CTRL->ENABLE 位開始計(jì)時(shí)。

如果是中斷則允許Systick 中斷，在中斷例程中處理。如采用查詢模式則不斷讀取控制寄存器的COUNTFLAG 標(biāo)志位，判斷是否計(jì)時(shí)至零?；蛘卟扇∠铝幸环N方法

當(dāng)SysTick 定時(shí)器從1 計(jì)到0 時(shí)，它將把COUNTFLAG 位置位；而下述方法可以清零之：

1. 讀取SysTick 控制及狀態(tài)寄存器（STCSR）
2. 往SysTick 當(dāng)前值寄存器（STCVR）中寫任何數(shù)據(jù)

只有當(dāng)VAL 值為0 時(shí)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)重載RELOAD。

Q：如何使用SysTicks作為系統(tǒng)時(shí)鐘？

SysTick 的最大使命，就是定期地產(chǎn)生異常請(qǐng)求，作為系統(tǒng)的時(shí)基。OS 都需要這種"滴答"來(lái)推動(dòng)任務(wù)和時(shí)間的管理。如欲使能SysTick 異常，則把STCSR.TICKINT 置位。另外，如果向量表被重定位到SRAM 中，還需要為SysTick 異常建立向量，提供其服務(wù)例程的入口地址。

Q：如何使用SysTick完成一段延時(shí)？

查詢方式參考：http://blog.ednchina.com/atom6037/188271/message.aspx

中斷方式參考：

初始化函數(shù)SysTick_Configuration(void)放在while()循環(huán)外，執(zhí)行一次：

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1. void SysTick_Configuration(void)
2. {
3. /* Select AHB clock(HCLK) as SysTick clock source 設(shè)置AHB 時(shí)鐘為SysTick 時(shí)鐘*/
4. SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);
5.
6. /* Set SysTick Priority to 3 設(shè)置SysTicks 中斷搶占優(yōu)先級(jí)3， 從優(yōu)先級(jí)0*/
7. NVIC_SystemHandlerPriorityConfig(SystemHandler_SysTick, 3, 0);
8.
9. /* SysTick interrupt each 1ms with HCLK equal to 72MHz 每1ms 發(fā)生一次SysTick 中斷*/
10. SysTick_SetReload(72000);
11.
12. /* Enable the SysTick Interrupt */
13. SysTick_ITConfig(ENABLE);
14. }

延時(shí)函數(shù)，需要延時(shí)處調(diào)用：

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1. void Delay(u32 nTime)
2. {
3. /* Enable the SysTick Counter 允許SysTick 計(jì)數(shù)器*/
4. SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Enable);
5.
6. TimingDelay = nTime;
7.
8. while(TimingDelay != 0)
9. ; //等待計(jì)數(shù)至0
10.
11. /* Disable the SysTick Counter 禁止SysTick 計(jì)數(shù)器*/
12. SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Disable);
13. /* Clear the SysTick Counter 清零SysTick 計(jì)數(shù)器*/
14. SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Clear);
15. }

中斷函數(shù)，定時(shí)器減至零時(shí)調(diào)用，放在stm32f10x_it.c 文件中

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1. void SysTickHandler(void)
2. {
3. TimingDelay--;
4. }