本章參考資料《 ARM Cortex?-M4F 技術(shù)參考手冊》-4.5 章節(jié)SysTick Timer(STK)，和4.48章節(jié)SHPRx，其中STK這個章節(jié)有SysTick的簡介和寄存器的詳細(xì)描述。因為SysTick是屬于CM4內(nèi)核的外設(shè)，有關(guān)寄存器的定義和部分庫函數(shù)都在core_cm4.h這個頭文件中實現(xiàn)。所以學(xué)習(xí)SysTick的時候可以參考這兩個資料，一個是文檔，一個是源碼。

18.1 SysTick簡介

SysTick—系統(tǒng)定時器是屬于CM4內(nèi)核中的一個外設(shè)，內(nèi)嵌在NVIC中。系統(tǒng)定時器是一個24bit的向下遞減的計數(shù)器，計數(shù)器每計數(shù)一次的時間為1/SYSCLK，一般我們設(shè)置系統(tǒng)時鐘SYSCLK等于180M。當(dāng)重裝載數(shù)值寄存器的值遞減到0的時候，系統(tǒng)定時器就產(chǎn)生一次中斷，以此循環(huán)往復(fù)。

因為SysTick是屬于CM4內(nèi)核的外設(shè)，所以所有基于CM4內(nèi)核的單片機都具有這個系統(tǒng)定時器，使得軟件在CM4單片機中可以很容易的移植。系統(tǒng)定時器一般用于操作系統(tǒng)，用于產(chǎn)生時基，維持操作系統(tǒng)的心跳。

18.2 SysTick寄存器介紹

SysTick—系統(tǒng)定時有4個寄存器，簡要介紹如下。在使用SysTick產(chǎn)生定時的時候，只需要配置前三個寄存器，最后一個校準(zhǔn)寄存器不需要使用。

表 181 SysTick寄存器匯總

表 182 SysTick控制及狀態(tài)寄存器

表 183 SysTick 重裝載數(shù)值寄存器

表 184 SysTick當(dāng)前數(shù)值寄存器

表 185 SysTick校準(zhǔn)數(shù)值寄存器

系統(tǒng)定時器的校準(zhǔn)數(shù)值寄存器在定時實驗中不需要用到。有關(guān)各個位的描述這里引用手冊里面的英文版本，比較晦澀難懂，暫時不知道這個寄存器用來干什么。有研究過的朋友可以交流，起個拋磚引玉的作用。

18.3 SysTick定時實驗

利用SysTick產(chǎn)生1s的時基，LED以1s的頻率閃爍。

18.3.1 硬件設(shè)計

SysTick屬于單片機內(nèi)部的外設(shè)，不需要額外的硬件電路，剩下的只需一個LED燈即可。

18.3.2 軟件設(shè)計

這里只講解核心的部分代碼，有些變量的設(shè)置，頭文件的包含等并沒有涉及到，完整的代碼請參考本章配套的工程。我們創(chuàng)建了兩個文件：bsp_SysTick.c和bsp_ SysTick.h文件用來存放SysTick驅(qū)動程序及相關(guān)宏定義，中斷服務(wù)函數(shù)放在stm32f4xx_it.h文件中。

1.    編程要點

1、設(shè)置重裝載寄存器的值

2、清除當(dāng)前數(shù)值寄存器的值

3、配置控制與狀態(tài)寄存器

2.    代碼分析

SysTick 屬于內(nèi)核的外設(shè)，有關(guān)的寄存器定義和庫函數(shù)都在內(nèi)核相關(guān)的庫文件core_cm4.h中。

SysTick配置庫函數(shù)

代碼 181SysTick配置庫函數(shù)

1 __STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)

2 {

3 // 不可能的重裝載值，超出范圍

4 if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) {

5 return (1UL);

6 }

7

8 // 設(shè)置重裝載寄存器

9 SysTick->LOAD = (uint32_t)(ticks - 1UL);

10

11 // 設(shè)置中斷優(yōu)先級

12 NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL);

13

14 // 設(shè)置當(dāng)前數(shù)值寄存器

15 SysTick->VAL = 0UL;

16

17 // 設(shè)置系統(tǒng)定時器的時鐘源為AHBCLK=180M

18 // 使能系統(tǒng)定時器中斷

19 // 使能定時器

20 SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |

21 SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |

22 SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

23 return (0UL);

24 }

用固件庫編程的時候我們只需要調(diào)用庫函數(shù)SysTick_Config()即可，形參ticks用來設(shè)置重裝載寄存器的值，最大不能超過重裝載寄存器的值2^24，當(dāng)重裝載寄存器的值遞減到0的時候產(chǎn)生中斷，然后重裝載寄存器的值又重新裝載往下遞減計數(shù)，以此循環(huán)往復(fù)。緊隨其后設(shè)置好中斷優(yōu)先級，最后配置系統(tǒng)定時器的時鐘為180M，使能定時器和定時器中斷，這樣系統(tǒng)定時器就配置好了，一個庫函數(shù)搞定。

SysTick_Config()庫函數(shù)主要配置了SysTick中的三個寄存器：LOAD、VAL和CTRL，有關(guān)具體的部分看代碼注釋即可。

配置SysTick中斷優(yōu)先級

在SysTick_Config()庫函數(shù)還調(diào)用了固件庫函數(shù)NVIC_SetPriority()來配置系統(tǒng)定時器的中斷優(yōu)先級，該庫函數(shù)也在core_m4.h中定義，原型如下：

1 __STATIC_INLINE void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)

2 {

3 if ((int32_t)IRQn < 0) {

4 SCB->SHP[(((uint32_t)(int32_t)IRQn) & 0xFUL)-4UL] =

5 (uint8_t)((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);

6 } else {

7 NVIC->IP[((uint32_t)(int32_t)IRQn)] =

8 (uint8_t)((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);

9 }

10 }

因為SysTick屬于內(nèi)核外設(shè)，跟普通外設(shè)的中斷優(yōu)先級有些區(qū)別，并沒有搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級的說法。在STM32F429中，內(nèi)核外設(shè)的中斷優(yōu)先級由內(nèi)核SCB這個外設(shè)的寄存器：SHPRx（x=1.2.3）來配置。有關(guān)SHPRx寄存器的詳細(xì)描述可參考《Cortex-M4內(nèi)核編程手冊》4.4.8章節(jié)。下面我們簡單介紹下這個寄存器。

SPRH1-SPRH3是一個32位的寄存器，但是只能通過字節(jié)訪問，每8個字段控制著一個內(nèi)核外設(shè)的中斷優(yōu)先級的配置。在STM32F429中，只有位7:3這高四位有效，低四位沒有用到，所以內(nèi)核外設(shè)的中斷優(yōu)先級可編程為：0~15，只有16個可編程優(yōu)先級，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。如果軟件優(yōu)先級配置相同，那就根據(jù)他們在中斷向量表里面的位置編號來決定優(yōu)先級大小，編號越小，優(yōu)先級越高。

表 186 系統(tǒng)異常優(yōu)先級字段

如果要修改內(nèi)核外設(shè)的優(yōu)先級，只需要修改下面三個寄存器對應(yīng)的某個字段即可。

圖 181 SHPR1寄存器

圖 182 SHPR2寄存器

圖 183 SHPR3寄存器

在系統(tǒng)定時器中，配置優(yōu)先級為(1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL)，其中宏__NVIC_PRIO_BITS為4，那計算結(jié)果就等于15，可以看出系統(tǒng)定時器此時設(shè)置的優(yōu)先級在內(nèi)核外設(shè)中是最低的。

1 // 設(shè)置系統(tǒng)定時器中斷優(yōu)先級

2 NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL);

但是，問題來了，剛剛我們只是學(xué)習(xí)了內(nèi)核的外設(shè)的優(yōu)先級配置。如果我同時使用了systick和片上外設(shè)呢？而且片上外設(shè)也剛好需要使用中斷，那systick的中斷優(yōu)先級跟外設(shè)的中斷優(yōu)先級怎么設(shè)置？會不會因為systick是內(nèi)核里面的外設(shè)，所以它的中斷優(yōu)先級就一定比內(nèi)核之外的外設(shè)的優(yōu)先級高？

從《STM32中斷應(yīng)用概覽》這章我們知道，外設(shè)在設(shè)置中斷優(yōu)先級的時候，首先要分組，然后設(shè)置搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級。而systick這類內(nèi)核的外設(shè)在配置的時候，只需要配置一個寄存器即可，取值范圍為0~15。既然配置方法不同，那如何區(qū)分兩者的優(yōu)先級？下面舉例說明。

比如配置一個外設(shè)的中斷優(yōu)先級分組為2，搶占優(yōu)先級為1，子優(yōu)先級也為1，systick的優(yōu)先級為固件庫默認(rèn)配置的15。當(dāng)我們比較內(nèi)核外設(shè)和片上外設(shè)的中斷優(yōu)先級的時候，我們只需要抓住NVIC的中斷優(yōu)先級分組不僅對片上外設(shè)有效，同樣對內(nèi)核的外設(shè)也有效。我們把systick的優(yōu)先級15轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值就是1111(0b)，又因為NVIC的優(yōu)先級分組2，那么前兩位的11(0b)就是3，后兩位的11(0b)也是3。無論從搶占還是子優(yōu)先級都比我們設(shè)定的外設(shè)的優(yōu)先級低。如果當(dāng)兩個的軟件優(yōu)先級都配置成一樣，那么就比較他們在中斷向量表中的硬件編號，編號越小，優(yōu)先級越高。

SysTick初始化函數(shù)

代碼 182 SysTick初始化函數(shù)

1 /**

2 * @brief 啟動系統(tǒng)滴答定時器 SysTick

3 * @param 無

4 * @retval 無

5 */

6 void SysTick_Init(void)

7 {

8 /* SystemFrequency / 1000 1ms中斷一次

9 * SystemFrequency / 100000 10us中斷一次

10 * SystemFrequency / 1000000 1us中斷一次

11 */

12 if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)) {

13 /* Capture error */

14 while (1);

15 }

16 }

SysTick初始化函數(shù)由用戶編寫，里面調(diào)用了SysTick_Config()這個固件庫函數(shù)，通過設(shè)置該固件庫函數(shù)的形參，就決定了系統(tǒng)定時器經(jīng)過多少時間就產(chǎn)生一次中斷。

SysTick中斷時間的計算

SysTick定時器的計數(shù)器是向下遞減計數(shù)的，計數(shù)一次的時間TDEC=1/CLKAHB，當(dāng)重裝載寄存器中的值VALUELOAD減到0的時候，產(chǎn)生中斷，可知中斷一次的時間TINT=VALUELOAD * TDEC中斷= VALUELOAD/CLKAHB，其中CLKAHB =180MHZ。如果設(shè)置為180，那中斷一次的時間TINT=180/180M=1us。不過1us的中斷沒啥意義，整個程序的重心都花在進(jìn)出中斷上了，根本沒有時間處理其他的任務(wù)。

SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000))

SysTick_Config（）的形我們配置為SystemCoreClock / 100000=180M/100000=1800，從剛剛分析我們知道這個形參的值最終是寫到重裝載寄存器LOAD中的，從而可知我們現(xiàn)在把SysTick定時器中斷一次的時間TINT=1800/180M=10us。

SysTick定時時間的計算

當(dāng)設(shè)置好中斷時間TINT后，我們可以設(shè)置一個變量t，用來記錄進(jìn)入中斷的次數(shù)，那么變量t乘以中斷的時間TINT就可以計算出需要定時的時間。

SysTick定時函數(shù)

現(xiàn)在我們定義一個微秒級別的延時函數(shù)，形參為nTime，當(dāng)用這個形參乘以中斷時間TINT就得出我們需要的延時時間，其中TINT我們已經(jīng)設(shè)置好為10us。關(guān)于這個函數(shù)的具體調(diào)用看注釋即可。

1 /**

2 * @brief us延時程序,10us為一個單位

3 * @param

4 * @arg nTime: Delay_us( 1 ) 則實現(xiàn)的延時為 1 * 10us = 10us

5 * @retval 無

6 */

7 void Delay_us(__IO u32 nTime)

8 {

9 TimingDelay = nTime;

10

11 while (TimingDelay != 0);

12 }

函數(shù)Delay_us()中我們等待TimingDelay為0，當(dāng)TimingDelay為0的時候表示延時時間到。變量TimingDelay在中斷函數(shù)中遞減，即SysTick每進(jìn)一次中斷即10us的時間TimingDelay遞減一次。

SysTick中斷服務(wù)函數(shù)

1 void SysTick_Handler(void)

2 {

3 TimingDelay_Decrement();

4 }

中斷復(fù)位函數(shù)調(diào)用了另外一個函數(shù)TimingDelay_Decrement()，原型如下：

1 /**

2 * @brief 獲取節(jié)拍程序

3 * @param 無

4 * @retval 無

5 * @attention 在 SysTick 中斷函數(shù) SysTick_Handler()調(diào)用

6 */

7 void TimingDelay_Decrement(void)

8 {

9 if (TimingDelay != 0x00) {

10 TimingDelay--;

11 }

12 }

TimingDelay的值等于延時函數(shù)中傳進(jìn)去的nTime的值，比如nTime=100000，則延時的時間等于100000*10us=1s。

主函數(shù)

1 int main(void)

2 {

3 /* LED 端口初始化 */

4 LED_GPIO_Config();

5

6 /* 配置SysTick 為10us中斷一次,時間到后觸發(fā)定時中斷，

7 *進(jìn)入stm32fxx_it.c文件的SysTick_Handler處理，通過數(shù)中斷次數(shù)計時

8 */

9 SysTick_Init();

10

11 while (1) {

12

13 LED_RED;

14 Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms

15

16 LED_GREEN;

17 Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms

18

19 LED_BLUE;

20 Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms

21 }

22 }

主函數(shù)中初始化了LED和SysTick，然后在一個while循環(huán)中以1s的頻率讓LED閃爍。

上面的實驗，我們是使用了中斷，而且經(jīng)過多個函數(shù)的調(diào)用，還使用了全局變量，理解起來挺費勁的，其實還有另外一種更簡潔的寫法。我們知道，systick的counter從reload值往下遞減到0的時候，CTRL寄存器的位16:countflag會置1，且讀取該位的值可清0，所有我們可以使用軟件查詢的方法來實現(xiàn)延時。具體代碼見代碼 183和代碼 184，我敢肯定這樣的寫法，初學(xué)者肯定會更喜歡，因為它直接，套路淺。

代碼 183 systick 微秒級延時

1 void SysTick_Delay_Us( __IO uint32_t us)

2 {

3 uint32_t i;

4 SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000);

5

6 for (i=0; i

7 // 當(dāng)計數(shù)器的值減小到0的時候，CRTL寄存器的位16會置1

8 while ( !((SysTick->CTRL)&(1<<16)) );

9 }

10 // 關(guān)閉SysTick定時器

11 SysTick->CTRL &=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

12 }

代碼 184 systick 毫秒級延時

1 void SysTick_Delay_Ms( __IO uint32_t ms)

2 {

3 uint32_t i;

4 SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);

5

6 for (i=0; i

7 // 當(dāng)計數(shù)器的值減小到0的時候，CRTL寄存器的位16會置1

8 // 當(dāng)置1時，讀取該位會清0

9 while ( !((SysTick->CTRL)&(1<<16)) );

10 }

11 // 關(guān)閉SysTick定時器

12 SysTick->CTRL &=~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

13 }

另外一種更簡潔的定時編程

在這兩個微秒和毫秒級別的延時函數(shù)中，我們還是調(diào)用了SysTick_Config這個固件庫函數(shù)，有關(guān)這個函數(shù)的說明具體見代碼 185。配套代碼注釋理解即可。其中SystemCoreClock是一個宏，大小為72000000，如果不想使用這個宏，也可以直接改成數(shù)字。

代碼 185 systick 配置函數(shù)

1 // 這個固件庫函數(shù)在 core_cm3.h中

2 static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)

3 {

4 // reload 寄存器為24bit，最大值為2^24

5 if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1);

6

7 // 配置 reload 寄存器的初始值

8 SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;

9

10 // 配置中斷優(yōu)先級為 1<<4 -1 = 15，優(yōu)先級為最低

11 NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);

12

13 // 配置 counter 計數(shù)器的值

14 SysTick->VAL = 0;

15

16 // 配置systick 的時鐘為 72M

17 // 使能中斷

18 // 使能systick

19 SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |

20 SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |

21 SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

22 return (0);

23 }