STM32学习笔记（5）——系统定时器SysTick
单独拿出来讲的一个内核外设（所以不要期望在STM32中文参考手册找到它！即使找到也只会叫你看cm3内核编程手册），说明它真的很重要。
STM32学习笔记（5）——系统定时器SysTick
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- 一、系统定时器Systick
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- 1. SysTick简介
- 2. SysTick相关寄存器
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- （1）SysTick control and status register (STK_CTRL)
- （2）SysTick reload value register (STK_LOAD)
- （3）SysTick current value register (STK_VAL)
- （4）SysTick calibration value register (STK_CALIB)
- 3. 详解SysTick_Config()函数
- 4. SysTick相关的函数
- 二、延时函数
- 三、简单例程
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- 1. 不使用中断服务函数
- 2. 使用中断服务函数
一、系统定时器Systick
1. SysTick简介
SysTick是一个24位的系统节拍定时器，具有自动重载和溢出中断功能，所有基于Cortex M3或Cortex M4处理器的微控制器都有这个定时器。
Systick定时器常用来做延时，或者用来做实时系统的心跳时钟。这样可以节省MCU资源，不用浪费一个定时器。比如UCOS中，分时复用，需要一个最小的时间戳，一般在STM32+UCOS系统中，都采用Systick做UCOS心跳时钟。
它一个24位的倒计数定时器（意味着有2^24个时间间隔），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，即使在睡眠模式下也能工作。
学过51单片机的同学应该对计数器比较熟悉了。
SysTick在NVIC的中断向量号为6（可对照STM32中文参考手册9.1.2节中断和异常向量中表格的灰色部分）。
2. SysTick相关寄存器
SysTick有4个寄存器：CTRL（控制和状态寄存器）、LOAD（自动重装载除值寄存器）、VAL（当前值寄存器）、CALIB（校准值寄存器）（如图所示）。
关于这4个寄存器的参考资料为 《 STM32F10xxx Cortex-M3编程手册》（STM32F10xxx/20xxx/21xxx/L1xxxx
Cortex ® -M3 programming manual）（没找到中文版的，自己生啃一下英文吧），4.5节SysTick timer (STK)。4.5.6节还有SysTick寄存器地图。
由于篇幅够多，下面我们来一一介绍这4个寄存器（其实引用了上述手册的介绍）：
（1）SysTick control and status register (STK_CTRL)
16位（COUNTFLAG）： SysTick数到0后，该位为1；其他情况为0。如果读取该位，也会置0。说白了就是用来标志是不是数完了。
2位（CLKSOURCE）： 0为外部时钟源（STCLK）（HCLK的1/8），1为内部时钟源（FCLK）（HCLK）。用来选择时钟源的。顺便提一句，HCLK用的是AHB时钟。
1位（TICKINT）： 1为计数器数到零时产生SysTick中断请求，0为不产生请求。
0位（ENABLE）： 用来使能的。
其余位保留。
（2）SysTick reload value register (STK_LOAD)
23位-0位（RELOAD）： 存储的是一个值，当计数到0时，将重新装载该值，开始新一轮倒数。
其余位保留。
（3）SysTick current value register (STK_VAL)
23位-0位（CURRENT）： 跟上面的有点像，也是存储一个值。但是，当你读取它时，寄存器会返回这个值（就是读取了这个值）；当你写它时会自动清零，同时CTRL寄存器的第16位（COUNTFLAG）置0。
其余位保留。
（4）SysTick calibration value register (STK_CALIB)
这个寄存器似乎比较少关注到，对于用户来讲应该不常用？
31位（NOREF）： 1为没有外部参考时钟（外部时钟源STCLK不可用），0为外部参考时钟可用。
30位（SKEW）： 1为校准值不是准确的10ms，0为校准值是准确的10ms。
23位-0位（TENMS）： 存储的是10ms的间隔倒计时的格数。芯片设计者应该提供这数值，若该值为0，则无法使用校准功能。
其余位保留。
在头文件core_cm3.h中有结构体定义：
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;
3. 详解SysTick_Config()函数
在使用SysTick之前，用户必须调用SysTick_Config()函数对其进行配置。这个函数是怎样进行配置的呢？我们可以看看头文件core_cm3.h 的1694行：
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1); /* Reload value impossible */
SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1; /* set reload register */
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1); /* set Priority for Cortex-M0 System Interrupts */
SysTick->VAL = 0; /* Load the SysTick Counter Value */
SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
return (0); /* Function successful */
}
uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
函数形参ticks为两个中断之间的脉冲数（number of ticks between two interrupts），即相隔ticks个时钟周期会引起一次中断。
if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1);
判断ticks是否符合规则，这个是什么规则呢？就是判断ticks是否大于SysTick_LOAD_RELOAD_Msk，如果大于，则返回1（failed），表示不符合规则。
SysTick_LOAD_RELOAD_Msk是一个宏，在文件388行可以找到：
#define SysTick_LOAD_RELOAD_Pos 0
#define SysTick_LOAD_RELOAD_Msk (0xFFFFFFul << SysTick_LOAD_RELOAD_Pos)
0xFFFFFF在十进制中是2^24（=16777216），其中，ul的意思是无符号long型整数（
unsigned long int）。然后我们就知道，ticks最大值不能超过2^24（因为是24位系统定时器），否则就配置失败。
SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1; /* set reload register */
这里就是将ticks写入load寄存器，ticks是计数最开始的值。减去一的原因是计数从0结束。
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
NVIC中断配置，SysTick_IRQn在头文件stm32f10x.h可以找到：
SysTick_IRQn = -1, /*!< 15 Cortex-M3 System Tick Interrupt*/
宏定义__NVIC_PRIO_BITS可以在本文件core_cm3.h找到：
#define __NVIC_PRIO_BITS 4 /*!< STM32 uses 4 Bits for the Priority Levels*/
因此(1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1的意思是1左移4位（即16），表达式的值为15（注意二进制表示为1111），这里面的4是因为（寄存器NVIC->IPRx）使用4个位来配置中断优先级。
所以SysTick的优先级是最低的吗？由于没有指定优先级分组，所以这就要看怎么分了。
假如分组为1，则将1111分为两组，前面组为抢占优先级，只有一个1（说明抢占优先级为1），而后面组为响应优先级，为111（说明响应优先级为7），需要注意到这里1和0的个数表示了二进制的数，进而指明了优先级别的高低。
假如分组为2，则将1111分为两组，前面组为抢占优先级，有11（说明抢占优先级为3），而后面组为响应优先级，为11（说明响应优先级为3）。
假如分组为3，则将1111分为两组，前面组为抢占优先级，有111（说明抢占优先级为7），而后面组为响应优先级，为1（说明响应优先级为1）。以此类推，所以SysTick的优先级是不一定的，只要你去配置，你想怎样都行。
SysTick->VAL = 0;
将0载入到val寄存器中。
SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_TICKINT_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
配置时钟源、中断请求和使能。
4. SysTick相关的函数
SysTick_CLKSourceConfig() //Systick时钟源选择，在misc.c中
SysTick_Config(uint32_t ticks) //初始化systick,时钟为HCLK,并开启中断，在core_m3.h中
void SysTick_Handler(void);
//Systick中断服务函数，需要用户自行编写
二、延时函数
使用SysTick写出来的延时函数，其精度要比软件延时要高。不过这个函数要自己写。
下面是一个写好的微妙级别的延时函数，我们来分析一下：
void Systick_Delay_us(uint32_t us)
{
uint32_t i;
SysTick_Config(72);
for( i = 0; i < us; i++)
{
while( !((SysTick -> CTRL) & (1 << 16)) );
}
SysTick -> CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}
SysTick_Config(72);
配置SysTick时钟。这里为什么是72呢？有个公式：t = reload * ( 1/clk )，clk为内核时钟频率，reload为LOAD寄存器的值。在这个程序中，Clk = 72MHz，reload = 72，因此 t = (72) *(1 / 72 MHz)= 1us。
while( !((SysTick -> CTRL) & (1 << 16)) );
这里有必要说明一下(SysTick -> CTRL) & (1 << 16)是什么意思。SysTick -> CTRL是CTRL寄存器的首地址，1<<16为左移16位，两者进行与运算，正好得到CTRL寄存器第16位地址，即COUNTFLAG，因此这条语句是用来判断计数是否到0。如果没到0，while继续循环。每跳出一次while循环，说明已经过去了1us的时间，而for循环则循环了指定次数的1us。
SysTick -> CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
每一次使用完SysTick后要记得关闭。
三、简单例程
1. 不使用中断服务函数
//在systick.c中
void Systick_Delay_us(uint32_t us)
{
uint32_t i;
SysTick_Config(72);
for( i = 0; i < us; i++)
{
while( !((SysTick -> CTRL) & (1 << 16)) );
}
SysTick -> CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}
void Systick_Delay_ms(uint32_t ms)
{
uint32_t i;
SysTick_Config(72000);
for( i = 0; i < ms; i++)
{
while( !((SysTick -> CTRL) & (1 << 16)) );
}
SysTick -> CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}
//在main.c中
//实现功能：每隔500ms，LED0和LED1交错亮灭一次
while(1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
Systick_Delay_ms(500);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
Systick_Delay_ms(500);
}
2. 使用中断服务函数
//systick.h
#ifndef __SYSTICK_H
#define __SYSTICK_H
#include "stm32f10x.h"
#include "core_cm3.h"
void Systick_Delay_ms(uint32_t ms);
void Systick_Delay_us(uint32_t us);
void SysTick_Init(void);
void Delay_ms(uint32_t ms);
#endif
//systick.c
#include "systick.h"
/* use interrupt */
__IO uint32_t TimingDelay;
void SysTick_Init(void)
{
if(SysTick_Config(72000) == 1)
{
while(1);
}
SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}
void Delay_ms(uint32_t ms)
{
TimingDelay = ms;
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
while(TimingDelay != 0);
}
//stm32f10x_it.h
#include "stm32f10x_it.h"
extern uint32_t TimingDelay; //看见这玩意我就恶心
void SysTick_Handler(void)
{
if(TimingDelay != 0x00)
{
TimingDelay--;
}
}
//main.c
SysTick_Init();
while(1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
Delay_ms(500);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
Delay_ms(500);
}
上面这种写法用了extern全局变量，个人感觉很别扭，但是中断服务函数是没有形参的，所以还有一种折中的写法（自己写一个函数，然后中断服务函数去调用）：
//systick.h
#ifndef __SYSTICK_H
#define __SYSTICK_H
#include "stm32f10x.h"
#include "core_cm3.h"
void Systick_Delay_ms(uint32_t ms);
void Systick_Delay_us(uint32_t us);
void SysTick_Init(void);
void Delay_ms(uint32_t ms);
void timeDec(void); //自己写的函数，待会服务函数去调用
static __IO uint32_t TimingDelay;
#endif
//systick.c
#include "systick.h"
/* use interrupt */
void SysTick_Init(void)
{
if(SysTick_Config(72000) == 1)
{
while(1);
}
SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}
void Delay_ms(uint32_t ms)
{
TimingDelay = ms;
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
while(TimingDelay != 0);
}
void timeDec(void)
{
if(TimingDelay != 0x00)
{
TimingDelay--;
}
}
//stm32f10x_it.h
#include "stm32f10x_it.h"
void SysTick_Handler(void)
{
timeDec(); //调用自己写的函数
}
再次，我个人习惯是，extern只有到万不得已才使用，因为这玩意太破坏文件之间的耦合度了，而且被多个文件使用，不太好追踪源头。