STM32之SysTick(系统定时器)

SysTick定时器是被捆绑在NVIC中的，用于产生SysTick异常（异常号是15）。（同样，玩过51单片机的都知道定时器的作用了）

在STM32在内核部分是包含了一个简单的定时器–SysTick timer。因为在所有的Cortex-M3芯片上都有这个定时器，所以软件在不同芯片生产厂商的Cortex-M3器件间的一只工作就得以化简。
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。因此，需要阅读芯片的使用手册来确定选择什么作为时钟源。
*（在 STM32 中 SysTick 以 HCLK(AHB 时钟)或 HCLK/8 作为运行时钟。）
SysTick定时器能产生中断，Cortex-M3专门为它开出一个异常类型，并且在向量表中存在。所以他能使操作系统和其他系统软件在Cortex-M3器件间的移植变的更简单了，因为在所有Cortex-M3产品之间，SysTick的处理方式都是相同的。

SysTick timer工作分析：

SysTick 是一个 24 位的定时器，即一次最多可以计数 224 个时钟脉冲，这个脉冲计数值被保存到 当前计数值寄存器 STK_VAL (SysTick current valueregister) 中，只能向下计数，每接收到一个时钟脉冲 STK_VAL 的值就向下减1，直至 0，当 STK_VAL 的值被减至 0 时，由硬件自动把重载寄存器
STK_LOAD（ SysTick reload value register） 中保存的数据加载到 STK_VAL，重新向下计数。当 STK_VAL 的值被计数至 0 时，触发异常，就可以在中断服务函数中处理定时事件了。
（要使 SysTick 进行工作必须要进行SysTick配置。它的控制配置很简单，只有三个控制位和一个标志位，都位于寄存器 STK_CTRL）

Bit0: ENABLE：
为 SysTick timer 的使能位，此位为 1 的时候使能 SysTick timer，此位为 0的时候关闭 SysTick timer。

Bit1： TICKINT：
为异常触发使能位，此位为 1 的时候并且 STK_VAL 计数至 0 时会触发SysTick 异常，此位被配置为 0 的时候不触发异常

Bit2： CLKSOURCE：
为 SysTick 的时钟选择位，此位为 1 的时候 SysTick 的时钟为 AHB 时钟，此位为 0 的时候 SysTick 时钟为 AHB/8（ AHB 的八分频）。

Bit16： COUNTFLAG：
为计数为 0 标志位，若 STK_VAL 计数至 0，此标志位会被置 1。
（STK_CALIB 寄存器是用于校准的，不常用。可以在STM32数据手册中找到所有SysTick相关寄存器）

实例分析SysTick（延时流水灯）

主函数功能：
int main()
{
LED_GPIO_Config(); //LED GPIO初始化

SysTick_Init();    //配置SysTick



while(1)           //一个死循环的流水灯
{
    LED1(0);
    Delay_us(50000);
    LED1(1);

    LED2(0);
    Delay_us(50000);
    LED2(1);

    LED3(0);
    Delay_us(50000);
    LED3(1);
}

return 0;

}

SysTick_Init()分析

void SysTick_Init(void)
{

/* SystemFrequency / 1000 1ms 中断一次
SystemFrequency / 100000 10us 中断一次
SystemFrequency / 1000000 1us 中断一次 */

// if (SysTick_Config(SystemFrequency / 100000)) // ST3.0.0 库版本
if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)) // ST3.5.0 库版本
{
while (1);
}

SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//关闭定时器

}
其实函数里面就调用了一个函数SysTick_Config()，这个函数是属于内核层的Cortex-M3的通用函数，位于Core_cm3.h中。函数工作很简单，就是若调用SysTick_Config()不成功，则进入死循环，当初始化SysTick成功后，先关闭定时器，需要用的时候再开启。(我们可以在keil环境下跟踪这个函数查看函数的定义)
/*
* @brief Initialize and start the SysTick counter and its interrupt.
*
* @param ticks number of ticks between two interrupts
* @return 1 = failed, 0 = successful
*
* Initialise the system tick timer and its interrupt and start the
* system tick timer / counter in free running mode to generate
* periodical interrupts.
*/
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
/* Reload value impossible */
if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1); //
/* set reload register */
SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;
/* set Priority for Cortex-M0 System Interrupts */
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
/* Load the SysTick Counter Value */
SysTick->VAL = 0;

SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; /* Enab
le SysTick IRQ and SysTick Timer */
return (0); /* Func
tion successful */
}

这个函数的主要功能：启动了SysTimer，并且把它配置为计数至0引起中断，输入的参数ticks为两次中断之间的脉冲数（既相隔ticks个时钟周期会引起一次中断），配置SysTick成功时返回0，出错返回1

以下为详细分析：
if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1);
因为ticks这个参数是脉冲计数值，要被保存到重载寄存器 STK_LOAD 寄存器中，再由硬件把STK_LOAD值加载到当前计数值寄存器STK_VAL使用的，因为STK_LOAD和STK_VAL都是24位，所以在输入ticks大于可存储的最大值时，由这行代码检查出错误返回。

SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;
当ticks的值没有错误后，就把ticks-1赋值到STK_LOAD寄存器中（注意是减1），当STK_VAL从ticks-1向下计数到0，则就经过了ticks个脉冲。
（这里面用到的SysTick_LOAD_RELOAD_Msk宏（在keil环境下跟踪查看定义），这个宏是用来指示寄存器的“特定位置”或者是用来“位屏蔽”，所以叫位指示宏或位屏蔽宏，这个在操作寄存器代码中经常用到，通常都是用作控制寄存器某些位（“或”和“与”操作））

NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
调用了NVIC_SetPriority()函数配置了SysTick中断，所以我们就不需要再去手动配置。配置完后把STK_VAL寄存器重新赋值为0。

SysTick->CTRL配置
向STK_CTRL写入SysTick timer的控制参数，配置为时钟，使能为计数至0引起中断，使能SysTick，接着SysTick就开始运行，做脉冲计数。
（如果想使用AHB/8作为时钟，可以调用库函数SysTick_CLKSourceConfig（）或者修改SysTick->CTRL的使能配置）

最后在调用完SysTick_Config()后,SysTick定时器被打开了,但是我们并不是需要这样,所以在调用完之后关闭定时器
// 使能定时器
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
// 关闭定时器
SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
(这里又用到位屏蔽宏,可见用的是十分广泛)

定时时间的计算:
再调用完SysTick_Config()时,输入ticks为SystemCoreClock / 100000 SystemCoreClock 为定义了系统时钟（SYSCLK）频率的宏，即等于AHB的时钟频率,历程用到AHB都是72MHz,所以SystemCoreClock这个宏展开就是7200 0000.
根据前面对 SysTick_Config()函数的介绍，它的输入参数为SysTick将要计的脉冲数，经过 ticks 个脉冲(经过 ticks 个时钟周期)后将触发中断，触发中断后又重新开始计数。

由此我们可以算出定时的时间，下面为计算公式：
T=ticks*(1/f)
T 为要定时的总时间。
ticks 为 SysTick_Config()的输入参数。
1/ f 即为 SysTick timer 使用的时钟源的时钟周期，f为该时钟源的时钟频率，当时钟源确定后为常数。
例如本实例使用时钟源为 AHB 时钟，其频率被配置为 72MHz。调用函数时，把ticks赋值为 ticks=SystemFrequency / 10000 =720，表示720个时钟周期中断一次；（ 1/f）是时钟周期的时间，此时(1/f =1/72us )，所以最终定时总时间 T=720*(1/72)，为 720 个时钟周期，正好是 10us。
SysTick 定时器的定时时间(配置为触发中断，即为中断周期)，由ticks参数决定，最大定时周期不能超过 224个。以下是几种常用的中断周期配置，就是根据上面的公式计算出来的。

SystemFrequency / 1000 1ms 中断一次
SystemFrequency / 100000 10us 中断一次
SystemFrequency / 1000000 1us 中断一次 

中断服务函数：
在main中，我们让LED工作在无限循环中，在开关之间调用了Delay_us(),一旦调用了之后,SysTick就会被开启,按照设定好的定时周期递减计数,当SysTick的计数值减到0时,就进入到中断,中断执行完后又重新计数

void Delay_us(__IO u32 nTime)
{
TimingDelay = nTime;

SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //使能定时器
while(TimingDelay != 0);

}
使能了SysTick之后，就使用 while(TimingDelay != 0)语句等待TimingDelay变量变为 0，这个变量是在中断服务函数中被修改的。

/*
* @brief This function handles SysTick Handler.
* @param None
* @retval : None
*/
void SysTick_Handler(void)
{
if (TimingDelay != 0x00)
{
TimingDelay–;
}
}

SysTick中断属于系统异常向量，在stm32f10x_it.c文件中已经默认有了它的中断服务函数SysTick_Handler(),但内容为空。所以我们要自己编写。
每次进入 SysTick 中断就把全局变量TimingDelay自减一次。用户函数 Delay_us ()在TimingDelay被减至等于 0 时，才退出延时循环，即我们对 TimingDelay 赋的值为要中断的次数。

所以总的延时时间 T延时= T 中断周期 * TimingDelay 。

ps：
定时器我们还可以用作计算程序执行时间：
当我们开启 SysTick 定时器后，定时器开始工作，我们可以定义一个变量a来对中断次数进行记录，在定时器进入中断时，这个变量就a++，当我们关闭定时器后，将变量的数值乘与定时器的中断周期 就等于测量时间。特别是涉及到算法的程序，这对于优化算法是有非常大的帮助。假如你的算法的是 us 级别的，那么 SysTick 就应该设定为us 级中断，如果是 ms 级别的，就将 SysTick 设定为 ms 级中断。