SysTick定时器和delay延迟函数

 

时钟系统在单片机中的作用就好比人类的心脏于人一样不可或缺。STM32 单片机的时钟
系统相对 51 单片机的时钟而言比较复杂，了解过 51 单片机的人可能有所疑惑，问什么 STM32
的时钟不像 51 一样只用一个时钟源而是采用多个时钟源呢？原因就在于 STM32 的外设资源
比起 51 来说是相当丰富，而不同的外设之间所需要的时钟也是不同的，比如看门狗以及 RTC
只需几十 KHz 的时钟即可工作。同时，时钟越快功耗也越大，抗电磁干扰能力也会减弱，因此
复杂的 MCU 通常都是采用多时钟源来解决这些问题。 
 
 
图 3-2-1 STM32 时钟系统  

①  HSE是高速外部时钟，可接外部时钟源，频率范围4-16MHz，本开发板外接8MHz的晶振。

 

②  LSE是低速外部时钟，本开发板外接了32.768KHz的晶振，作为RTC的时钟。

 

③  HSI是高速内部时钟，内部RC振荡器，提供8MHz的时钟。

 

④  LSI是低速内部时钟，内部RC振荡器，提供40KHz的时钟，独立看门狗的时钟必须来源于它，同时它也可以给RTC提供时钟。

 

⑤  PLL是锁相环倍频，它的来源可以是HSI/2、HSE或HSE/2，倍频范围为2-16倍，但是其输出的最大频率不超过72MHz。

 

A：MCO是STM32的一个时钟输出IO（PA8）引脚，可以给外部其他系统提供时钟源。输出来源可以是PLLCLK/2、HSI、HSE或者SYSCLK（系统时钟）。

 

B：RTC时钟源选择，可以是HSE/128、LSE或者LSI。

 

C：这是STM32的系统时钟，它给STM32绝大多数外设提供时钟，SYSCLK来源可以选择PLLCLK倍频输出、HSE、或者HSI，它的最大频率为72MHz。

 

D： 这是USB的时钟为48MHz,它来自PLL时钟源，可以选择为PLLCLK/1或者PLLCLK/1.5。

 

E：这部分便是其他所有外设了，从时钟树中可以看出，它们都是源自SYSCLK，然后大部分外设通过AHB预分频器获取时钟，其中部分外设的时钟会由APB1和APB2预分频器来确定。APB1（最大36MHz）上接的是低速外设包含电源接口、CAN、USB、I2C、UART2等。APB2（最大72MHz）上接的是高速外设包含UART1、SPI1、TIM1、ADC1、所有GPIO口等。

 

一,什么是Systick定时器

　　Systick定时器也叫滴答定时器,是内核级别的24位倒计数简单定时器,常用做延迟和系统心跳时钟(如:UCOS) 
　　优点:节省MCU资源,不需要浪费一个定时器,只要不清除Systick使能位,就不会停止,即使在睡眠模式下也能工作 
　　捆绑在NVIC中断优先级管理,能产生Systick异常(中断),可设置中断优先级

---

二,Systick相关寄存器

　　CTRL:　Systick控制和状态寄存器 
　　LOAD:　Systick重装载寄存器 
　　VAL:　Systick当前值寄存器 
　　CALIB:　Systick校准值寄存器 
　　定时器工作方式: 
　　每经过一个Systick时钟周期,VAL寄存器值-1,当VAL=0,LOAD寄存器中的重装载值赋值给VAL寄存器作为初值….

---

　1,CTRL-控制和状态寄存器

　　 
　　CLKCOURCE-时钟源 
　　　0:外部时钟源HCLK(AHB总线时钟)/8 72M/8 = 9M 
　　　1:内核时钟(HCLK) 72M 
　　配置函数:

　　　　SysTick_CLKSourceConfig();

---

　2,LOAD-Systick重装载寄存器

　　

---

　3,VAL-Systick当前值寄存器

　　 
　　每经过一个Systick时钟周期,VAL寄存器值-1 
　　读取寄存器：返回当前VAL值 
　　写寄存器：清零VAL值,还会使CTRL中COUNTFLAG位清零

---

　4,CALIB-Systick校准值寄存器

　　

---

三,SysTick函数

　固件库SysTick相关函数

SysTick_CLKSourceConfig()          //Systick选择时钟源(FWLIB-misc.c文件中)
SysTick_Config(uint32_t ticks)     //初始化Systick(CORE-core_cm3.h文件中)

　Systick中断服务函数:

void SysTick_Handler(void);

1,SysTick_CLKSourceConfig()分析:

在FWLIB-misc.c中找到SysTick_CLKSourceConfig()函数源码:

/**
  * @brief  Configures the SysTick clock source.
  * @param  SysTick_CLKSource: specifies the SysTick clock source.
  *   This parameter can be one of the following values:
  *     @arg SysTick_CLKSource_HCLK_Div8: AHB clock divided by 8 selected as SysTick clock source.
  *     @arg SysTick_CLKSource_HCLK: AHB clock selected as SysTick clock source.
  * @retval None
  */
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;          //内部时钟72M
  }
  else
  {
    SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;     //外部时钟 72/8=9M
  }
}

　功能:配置SysTick->CTRL寄存器

---

　在core_cm3.h中找到SysTick结构体定义:

#define SysTick_BASE  (SCS_BASE +  0x0010)    /* SysTick Base Address */

#define SysTick   ((SysTick_Type *) SysTick_BASE) /* SysTick configuration struct */

/** @addtogroup CMSIS_CM3_SysTick CMSIS CM3 SysTick
  memory mapped structure for SysTick
  @{
 */
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;

　SysTick_CLKSourceConfig参数的两种情况:

/** @defgroup SysTick_clock_source
  * @{
  */

#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))

两种时钟源 : 
　　SysTick_CLKSource_HCLK_Div8 外部时钟 72/8=9M 
　　SysTick_CLKSource_HCLK 内部时钟 HCLK=72M

---

2,SysTick_Config(uint32_t ticks)分析

core_cm3.h中找到SysTick_Config函数源码:

/**
 * @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)
{
  if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);       //ticks参数有效性检查

  SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1; //设置重装载值
                                                    //-1:装载时消耗掉一个Systick时钟周期

  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1); //配置NVIC

  SysTick->VAL   = 0;    //初始化VAL=0,使能Systick后立刻进入重装载
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |      //选择时钟源
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |      //开启Systick中断
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;          //使能Systick定时器
  return (0);      /* Function successful */
}

#endif

作用:使能Systick定时器,开启SysTick中断,配置中断时间间隔 
参数ticks:设置多少个Systick时钟周期产生一次中断

---

四,SysTick实现延时函数

1,延时函数初始化

static u8  fac_us=0;           //延时微秒的频率
static u16 fac_ms=0;           //延时毫秒的频率

void delay_init()
{
    SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //选择时钟源-外部时钟-HCLK/8
    fac_us=SystemCoreClock/8000000; // 72/8 延时1微秒9个时钟周期
    fac_ms=(u16)fac_us*1000;   // 延时1毫秒9000个Cystic时钟周期
}

---

2,微秒延时函数

/**
 * nus : 延时多少微秒
 **/
void delay_us(u32 nus)
{
    u32 temp;
    //nus*fac_us值最大不能超过SysTick->LOAD(24位)-1
    SysTick->LOAD=nus*fac_us;    // 设置重载值:n(us)*延时1us需要多少个SysTick时钟周期
    SysTick->VAL=0x00;                       // VAL初始化为0
    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; // 使能SysTick定时器
    do
    {
        temp=SysTick->CTRL;
    }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));    // 等待计数时间到达(位16)
    SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // 关闭使能
    SysTick->VAL =0X00;                      // 重置VAL
}

---

3,毫秒延时函数

/**
 * nms : 延时多少毫秒
 **/
void delay_ms(u16 nms)
{
    u32 temp;
    SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;
    SysTick->VAL =0x00;
    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;
    do
    {
        temp=SysTick->CTRL;
    }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));
    SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
    SysTick->VAL =0X00;
}

测时间：

#ifndef __MEASURETIME_H
#define __MEASURETIME_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

/* Header includes -----------------------------------------------------------*/
#include "stm32f30x.h"

/* Macro definitions ---------------------------------------------------------*/
/* Type definitions ----------------------------------------------------------*/
/* Variable declarations -----------------------------------------------------*/
/* Variable definitions ------------------------------------------------------*/
/* Function declarations -----------------------------------------------------*/
/* Function definitions ------------------------------------------------------*/

/**
  * @brief  Start measure time.
  * @param  None.
  * @return None.
  */
__STATIC_INLINE void MeasureTimeStart(void)
{
  SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK;  /* Set the SysTick clock source. */
  SysTick->LOAD  = 0xFFFFFF;                /* Time load (SysTick-> LOAD is 24bit). */
  SysTick->VAL   = 0xFFFFFF;                /* Empty the counter value. */
  SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; /* Start the countdown. */
  __nop();                                  /* Waiting for a machine cycle. */
}

/**
  * @brief  Stop measure time.
  * @param  [in] clock: System clock frequency(unit: MHz).
  * @return Program run time(unit: us).
  */
__STATIC_INLINE double MeasureTimeStop(uint32_t clock)
{
	double time = 0.0;
  uint32_t count = SysTick->VAL;             /* Read the counter value. */
  SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; /* Close counter. */
  
  
  
  if(clock > 0)
  {
    time = (double)(0xFFFFFF - count) / (double)clock; /* Calculate program run time. */
  }
  
  return time;
}

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif /* __MEASURETIME_H */

在工程设置中“Debug”下，选右边硬件仿真，点下拉框选“J-LINK/J-TRACE”，再点“Setting”

在弹出窗口中“Debug”下，选“JTAG”或“SW”，在后面选好下载速率。

点到Trace”标签下，如果是选择的“SW”

则勾选“Enable”选项，在“Core”框中输入MCU实际工作时钟频率（就是单片机以什么频率来执行指令的，MDK会用它来计算时间），再勾选“Autodetect max SW0 Clock”

如果是选择的“JTAG”，

先勾选“Enable”，在“Core”中设好时钟频率，最后去掉刚才勾选的“Enable”

因为“JTAG”模式不支持“Trace”功能，不把“Enable”去掉，仿真会报错。

接下来点进入仿真，界面右下角就会有时间窗口

鼠标放在上面右键点击，就会有：

上面两个是复位“t1”和“t2”的，下面3个是选择在状态栏上显示哪个时间。

“t0”表示程序开始运行到现在的时间，是不能复位的。另外两个可以随便复位，就可以用来测具体某一个函数或某一行程序的运行时间。

具体操作为：在要测试的代码前加一个断点，当程序运行到目标行时会停下，然后复位“t1”或“t2”，并在下一行代码前加断点，然后继续运行程序，程序会停在下一行代码前，这个时候“t1”的值就是目标行程序的运行时间。