【STM32/FreeRTOS】SysTick定时器及FreeRTOS系统节拍

目录

一、SysTick定时器

1、SysTick寄存器介绍

（1）控制及状态寄存器

（2）重装载数值寄存器

（3）当前数值寄存器

2、SysTick寄存器配置函数

二、FreeRTOS中的SysTick定时器

1、SysTick配置函数及分析

2、SysTick中断函数

三、其他操作配置FreeRTOS的SysTick

1、找到头文件 FreeRTOSConfig.h 有如下定义。

2、搜索 configTICK_RATE_HZ，在port.c中。

3、搜索 portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG，在port.c中。

4、下面证明地址是不是SYSTICK的配置地址。

 5、跳转到 SysTick 定义处。

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一、SysTick定时器

SysTick系统定时器是属于内核中的一个外设，内嵌在NVIC中。该定时器是一个24位的向下递减的计数器。在裸机编程中常用做延时函数，而在FreeRTOS中则用来给系统提供时钟的，因此非常重要。

1、SysTick寄存器介绍

SysTick共有4个相关寄存器，通常只用到3个(校准寄存器少用)。

寄存器名称	寄存器描述
CTRL	SysTick控制及状态寄存器
LOAD	SysTick重装载数值寄存器
VAL	SysTick当前数值寄存器
CALIB	SysTick校准数值寄存器

（1）控制及状态寄存器

可通过读取第16位判断计数是否到0。

（2）重装载数值寄存器

       用来存放重装载数的，改变该值以调节计数时间。数值范围：0—（2^24-1）即（0-16777215）。

（3）当前数值寄存器

       该寄存器的值在递减，计数到0时会自动重载，数值为重装载数值寄存器内的值。

2、SysTick寄存器配置函数

        在库文件core_cm4.h (M4内核)中有相关配置函数，也可以重写。

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks) /*参数ticks为计数值,最大2^24(已有减1操作)*/
{
  if ((ticks - 1) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);/*判断传入的值是否满足，不能超过0xffffff*/
 
  SysTick->LOAD  = ticks - 1;                      /*将数值传入重装载数值寄存器*/
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  /*设置Systick中断优先级*/
  SysTick->VAL   = 0;                                       /*清空当前值寄存器*/
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;  
                  
    /* SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk = 1<<2 */
    /* SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   = 1<<1 */
    /* SysTick_CTRL_ENABLE_Msk    = 1<<0 */
    /*将第0、1、2位置1，即使能定时器，使能中断，选择系统时钟（168M或72M）*/
 
  return (0);                                                
 
}

二、FreeRTOS中的SysTick定时器

在FreeRTOS中SysTick定时器尤为重要，因为它是给FreeRTOS系统提供时钟的。在FreeRTOS中任务的切换即每个任务运行的时间是由SysTick定时器提供的。

1、SysTick配置函数及分析

在FreeRTOS中已经提供了SysTick配置的函数vPortSetupTimerInterrupt()，函数在port.c文件中。当调用了开启任务调度函数vTaskStartScheduler()后里面就会调用该函数完成SysTick的配置。vPortSetupTimerInterrupt()函数分析：
 

#if ( configOVERRIDE_DEFAULT_TICK_CONFIGURATION == 0 ) /*条件编译*/
 
    __weak void vPortSetupTimerInterrupt( void )
 
    {
        /* Calculate the constants required to configure the tick interrupt. */
 
        #if ( configUSE_TICKLESS_IDLE == 1 ) /*条件编译，这段不编译*/
            {
                ulTimerCountsForOneTick = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ );
                xMaximumPossibleSuppressedTicks = portMAX_24_BIT_NUMBER / ulTimerCountsForOneTick;
                ulStoppedTimerCompensation = portMISSED_COUNTS_FACTOR / ( configCPU_CLOCK_HZ / configSYSTICK_CLOCK_HZ );
            }
        #endif /* configUSE_TICKLESS_IDLE */
 
        portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = 0UL;            /*清空控制及状态寄存器*/
        portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG = 0UL;   /*清空当前值寄存器*/
 
        /*设置重装载数值寄存器数值*/
        /*168000000/1000=  168000重装载值，168000/168M=0.001S=1MS*/
        portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;
        /*设置控制及状态寄存器*/                    
        portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT | portNVIC_SYSTICK_INT_BIT | portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );
                            /*( 1UL << 2UL ) | ( 1UL << 1UL ) | ( 1UL << 0UL ) */
                            /*选择处理器时钟、开定时器中断、使能定时器*/
 
    }
 
#endif /* configOVERRIDE_DEFAULT_TICK_CONFIGURATION */

 

2、SysTick中断函数

在SysTick中断函数中并不是直接执行任务切换，而是将xTickCount进行加1操作，xTickCount是FreeRTOS的系统时钟节拍数，具体实现函数则是xTaskIncrementTick()，该函数在中断函数中被调用。中断函数的实现在port.c文件中也有定义：xPortSysTickHandler()，因此在SysTick中断函数中直接调用该函数即可。

void SysTick_Handler(void)
{     
    if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED) //系统已经运行
    {
        xPortSysTickHandler(); //调用port.c中已写好的中断函数
    }
 
}

三、其他操作配置FreeRTOS的SysTick

1、找到头文件 FreeRTOSConfig.h 有如下定义。

#define configCPU_CLOCK_HZ                        ((unsigned long)168000000)    //CPU频率
#define configTICK_RATE_HZ                        (( portTickType )1000)    //时钟节拍频率，这里设置为1000，周期就是1ms

2、搜索 configTICK_RATE_HZ，在port.c中。

portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;
        portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT | portNVIC_SYSTICK_INT_BIT | portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );

3、搜索 portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG，在port.c中。

#define portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG            ( * ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e010 ) )
#define portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG            ( * ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e014 ) )

4、下面证明地址是不是SYSTICK的配置地址。

STM32库函数中core_cm4.h中配置systick函数为 uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)

SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);                         /* set reload register */
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL); /* set Priority for Systick Interrupt */
  SysTick->VAL   = 0UL;                                             /* 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 (0UL);                                                     /* Function successful 

 5、跳转到 SysTick 定义处。

#define SCS_BASE            (0xE000E000UL)                            /*!< System Control Space Base Address  */
#define ITM_BASE            (0xE0000000UL)                            /*!< ITM Base Address                   */
#define DWT_BASE            (0xE0001000UL)                            /*!< DWT Base Address                   */
#define TPI_BASE            (0xE0040000UL)                            /*!< TPI Base Address                   */
#define CoreDebug_BASE      (0xE000EDF0UL)                            /*!< Core Debug Base Address            */
#define SysTick_BASE        (SCS_BASE +  0x0010UL)                    /*!< SysTick Base Address               */
#define NVIC_BASE           (SCS_BASE +  0x0100UL)                    /*!< NVIC Base Address                  */
#define SCB_BASE            (SCS_BASE +  0x0D00UL)                    /*!< System Control Block Base Address  */

#define SCnSCB              ((SCnSCB_Type    *)     SCS_BASE      )   /*!< System control Register not in SCB */
#define SCB                 ((SCB_Type       *)     SCB_BASE      )   /*!< SCB configuration struct           */
#define SysTick             ((SysTick_Type   *)     SysTick_BASE  )   /*!< SysTick configuration struct       */

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