Systick滴答定时器解析

Systick滴答定时器

Systick定时器是什么

Systick定时器，是一个简单的定时器，对于CM3,CM4内核芯片，都有Systick定时器。

Systick定时器常用来做延时，或者时系统的心跳时钟。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。

Systick定时器就是系统滴答定时器，一24位的倒计数定时器，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Sys Tick 控制及认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。

SysTick定时器被捆绑在NVIC中，用于产生SYSTICK异常(异常号:15) 。

Systick中断的优先级也可以设置。

Systick相关寄存器

4个Systick寄存器

CTRL SysTick控制和状态寄存器

LOAD SysTick自动重装载数值寄存器

VAL SysTick当前值寄存器

CALIB SysTick校准值寄存器

SysTick控制和状态寄存器——CTRL

对于STM32，外部时钟源是HCLK（AHB总线时钟源的1/8），内核时钟是HCLK时钟

配置函数: SysTick_CLKSourceConfig();

SysTick自动重装载数值寄存器——LOAD

共24位

SysTick当前值寄存器——VAL

该寄存器里的值会自动减一，减到0后再自动装载LOAD寄存器里的值

SysTick校准值寄存器——CALIB

该寄存器用的比较少

校准值寄存器提供了这样一个解决方案：它使系统即使在不同的CM3产品上运行，也能产生恒定的SysTick中断频率。最简单的作法就是：直接把TENMS的值写入重装载寄存器，这样一来，只要没突破系统极限，就能做到每10ms来一次 SysTick异常。如果需要其它的SysTick 异常周期，则可以根据TENMS的值加以比例计算。只不过，在少数情况下，CM3芯片可能无法准确地提供TENMS的值（如，CM3的校准输入信号被拉低），所以为保险起见，最好在使用TENMS前检查器件的参考手册。

SysTick定时器除了能服务于操作系统之外，还能用于其它目的：如作为一个闹铃，用于 测量时间等。要注意的是，当处理器在调试期间被喊停（halt）时，则SysTick定时器亦将暂停运作

固件库中的Systick相关函数

SysTick_CLKSourceConfig() Systick时钟源选择，在misc.c文件中

SysTick_Config(uint32_t ticks) 初始化Systick，时钟为HCLK，并开启中断，在core_cm3.h/core cm4.h文件中

Systick中断服务函数

void SysTick_Handler(void);

SysTick_CLKSourceConfig()——misc.c

函数作用：选择SysTick的时钟源

/**
  * @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;		//HCLK时钟作为SysTick时钟源，72MHz
  }
  else
  {
    SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;	//HCLK时钟8分频作为SysTick时钟源，72MHz/8 = 9MHz
  }
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

SysTick_Config(uint32_t ticks)——core_cm3.h

开启SysTick中断，使能SysTick，配置SysTick的时间

/**
 * @brief  Initialize and start the SysTick counter and its interrupt.
 *
 * @param   ticks   number of ticks between two interrupts	//两个中断之间有多少个ticks时钟周期
 * @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);            /* 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 */
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

函数13：判断ticks的有效性，因为SysTick定时器是24位的，如果ticks大于SysTick_LOAD_RELOAD_Msk，返回1，表示错误

行数15：SysTick_LOAD_RELOAD_Msk = 0xFFFFFFul，0xFFFFFFul是24位的无符号长整型，因为VAL寄存器是从LOAD中装载值的，会减到0再装载，所以如果想计时1000，就是999 ~ 0，所以最后要减1，再赋值给LOAD寄存器

行数17：VAL寄存器初始化为0

行数18：CTRL寄存器的CLKSOURCE位置1，选择内核时钟，TICKINT位置1，SysTick 倒数到 0 时产生 SysTick 异常请求，ENABLE位置1，SysTick 定时器的使能

晶振的理解（9M晶振为例）

9M晶振就是1秒可以振动9 * 10⁶次，所以每一次振动的时间为1/9 * 10⁶秒

要计算1ms，就振动9 * 10³次，就是9000次

要计算1us，就振动9 * 10⁰次，就是9次

其他晶振如72MHz的也可以类比，都同理

理解了晶振的时间和振动次数关系，对后面定时器确定定时值非常有帮助

用中断的方式实现delay延时

static _IO uint32_t TimingDelay;

void Delay(_IO uint32_t nTime)
{
	TimingDelay = nTime;
	while(TimingDelay != 0);
}
void SysTick_Handler(void)		//SysTick定时器中断处理函数
{
	if (TimingDelay != Ox00){
		TimingDelay--;
	}
}
int main(void)
{
    /*systick时钟为HCLK，为72MHz，因为72MHz晶振定时1秒需要振动72*10^6次，所以这里除以1000，
    所以就是72*10^3次，振动次数少了，所以定时的时间也少了，72*10^3的时间就是1ms*/
	if (SysTick_Config(SystemCoreClock/1000))	
	{
		while (1);
	}
	while(1)
	{ 
		Delay(200);		//延时200ms
		…………
	}
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

行数16：这里调用SysTick_Config函数初始化SysTick时钟，参数是SystemCoreClock/1000，Systick时钟为HCLK，为72MHz，所以SystemCoreClock = 72000000Hz；72MHz的晶振定时1秒需要振动72 * 10⁶次，除以1000后为72 *10³，也就是振动次数为72 *10³次，既然振动次数少了10³，所以定时时间也少了10³，1秒除以10³就为1毫秒

主函数中调用Delay函数，并传入参数200，所以TimingDelay = 200，当TimingDelay != 0时，就一直等待，TimingDelay的值在SysTick中断处理函数SysTick_Handler中减1，当TimingDelay减到0时就说明已经延时200ms

简要理解：因为配置了SysTick定时器是每隔1ms进入一次中断，所以TimingDelay = nTime = 200，要进入200次中断才能将这个变量减为0，Delay函数才退出，所以200次中断就是200ms

正点原子提供的delay.c文件

delay_init()

该函数也有操作系统的版本，只不过这里没有用操作系统，所以操作系统延时初始化的部分就删掉了

根据上面的晶振时间和振动次数的关系，就可以理解fac_us为什么是9，fac_ms为什么是9000了，因为9MHz的时钟源，振动9次就是定时1us，振动9000次就是定时1ms

static u8  fac_us=0;//us延时倍乘数
static u16 fac_ms=0;//ms延时倍乘数

void delay_init()	 
{
    SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);	//选择外部时钟  HCLK/8 = 72/8 = 9MHz
	fac_us=SystemCoreClock/8000000;	//为系统时钟的1/8,72000000/8000000 = 9 ,fac_us = 9

	fac_ms=(u16)fac_us*1000;	//代表每个ms需要的systick时钟数 		fac_ms = 9000

}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

delay_us(u32 nus)

//延时nus
//nus为要延时的us数.		    								   
void delay_us(u32 nus)
{		
	u32 temp;	    	 
	SysTick->LOAD=nus*fac_us; //时间加载，nus*fac_us的值不能大于LOAD的最大装载值（24位）	  		 
	SysTick->VAL=0x00;        //清空计数器
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;          //开始倒数	 
	do
	{
		temp=SysTick->CTRL;
	}
    /*
    temp&0x01是确保定时器仍在开启，防止无意间关闭出现死循环
    !(temp &(1<<16))是判断CRTL寄存器的COUNTFLAG位是否为1，是1表示计数到0，则退出，仍然是0则继续循环等待计数
    */
	while(temp&0x01&&!(temp&(1<<16)));//等待时间到达   	   temp&0x01  0x01表示是否使能 防止无意关闭时出现死循环
	SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;       //关闭计数器
	SysTick->VAL =0X00;       //清空计数器	 
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

行数13：因为使能了SysTick，所以最低位ENABLE为1，temp&0x01为真；temp&(1<<16)取出的是CTRL寄存器的COUNTFLAG位，如果该位为0，说明没有计数到0，0取反为1，1&&1为真，继续循环，如果COUNTFLAG位为1，说明已经计数到0了，1取反为0，1&&0为假，则退出循环，说明一次计时时间到达

delay_ms(u16 nms)

//延时nms
//注意nms的范围
//SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为:
//nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK
//SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms
//对72M条件下,nms<=1864 
void delay_ms(u16 nms)
{	 		  	  
	u32 temp;		   
	SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;//时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
	SysTick->VAL =0x00;           //清空计数器
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;          //开始倒数  
	do
	{
		temp=SysTick->CTRL;
	}
	while(temp&0x01&&!(temp&(1<<16)));//等待时间到达   
	SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;       //关闭计数器
	SysTick->VAL =0X00;       //清空计数器	  	    
} 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

注意

Cortex-M系统中，Systick代码可以通用。

如果使用中发现延时不一致，问题一般都是因为不同内核时钟不一样而已。修改ticks值即可。