13. SysTick—系统定时器¶

本章参考资料《dm00046982-stm32-cortexm4-mcus-and-mpus-programming-manual-stmicroelectronics》编程手册 4.5章节 SysTick timer (STK)章节。

因为SysTick是属于Cortex-M内核的外设，有关寄存器的定义和部分库函数都在core_cm4.h这个头文件中实现。所以学习SysTick的时候可以参考这两个资料，一个是关于Systick外设说明文档，一个是外设操作接口源码。

13.1. SysTick简介¶

SysTick—系统定时器是属于Cortex-M内核中的一个外设，内嵌在NVIC中。系统定时器是一个24bit的向下递减的计数器，计数器每计数一次的时间为1/SYSCLK，一般我们设置系统时钟SYSCLK等于209M。当重装载数值寄存器的值递减到0的时候，系统定时器就产生一次中断，以此循环往复。

因为SysTick是属于Cortex-M内核的外设，所有基于Cortex-M内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在Cortex-M单片机中可以很容易的移植。系统定时器一般用于操作系统，用于产生时基，维持操作系统的心跳。 HAL库中也使用到了Systick定时器，用于软件延时。

13.2. SysTick寄存器介绍¶

SysTick—系统定时有4个寄存器，简要介绍如下。在使用SysTick产生定时的时候，只需要配置前三个寄存器，最后一个校准寄存器不需要使用。

表 12‑1 SysTick寄存器汇总

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

表 12‑2 SysTick控制及状态寄存器

位段	名称	类型	描述
16	COUNTFLAG	R/W	如果在上次读取本寄存器后， SysTick 已经计到了 0，则该位为 1。
2	CLKSOURCE	R/W	时钟源选择位，0=外部时钟，1=处理器时钟A HB
1	TICKINT	R/W	1=SysTick倒数计数到 0时产生 SysTick异常请求，0=数到 0 时无动作。也可以通过读取COUNTFLAG标志位来确定计数器是否递减到0
0	ENABLE	R/W	SysTick 定时器的使能位

表 12‑3 SysTick 重装载数值寄存器

位段	名称	类型	复位值	描述
23:0	RELOAD	R/W	0	当倒数计数至零时，将被重装载的值

表 12‑4 SysTick当前数值寄存器

位段	名称	类型	复位值	描述
23:0	CURRENT	R/W	0	读取时返回当前倒计数的值，写它则使之清零，同时还会清除在SysTi ck控制及状态寄存器中的COUNTFLAG 标志

表 12‑5 SysTick校准数值寄存器

位段

名称

类型

复位值

描述

31

NOREF

R

0

指示是否有参考时钟提供给处理器

0：提供参考时钟

1：不提供参考时钟

如果器件不提供参考时钟，SYST_CSR.C LKSOURCE标志位为1，不可改写。

30

SKEW

R

1

S指示TENMS的值是否精确

0：TENMS是精确值

1：TENMS不是精确值或者不提供

不精确的TENMS值可以影响作为软件实时时钟节拍器的适用性。

23:0

TENMS

R

0

重新加载 10ms (100Hz) 计时的值, 受系统时钟偏差的错误。如果值读取为零,

校准值未知。

系统定时器的校准数值寄存器在定时实验中不需要用到。有关各个位的描述这里引用手册里面的英文版本，比较晦涩难懂，暂时不知道这个寄存器用来干什么。有研究过的朋友可以交流，起个抛砖引玉的作用。

13.3. STM32CubeIDE的SysTick初始化¶

在之前的实验中我们已经使用过了Systick定时器，那就是HAL_Dealy函数，HAL_Dealy的延时机制就是依据Systick实现的，在STM32CubeIDE创建的工程中，默认已经为我们开启了 Systick定时器。接下来我们将分析整个Systick的初始化过程。

13.3.1. 代码分析¶

我们将根据程序上电的执行顺序一步一步解析Systick是如何被初始化的， main—> HAL_Init—> HAL_InitTick—> HAL_SYSTICK_Config—> SysTick_Config—> HAL_NVIC_SetPriority

13.3.1.1. HAL_Init函数¶

HAL_Init函数是main执行的第一个函数，详细代码如 HAL_Init函数所示

stm32mp1xx_hal.c¶

 HAL_StatusTypeDef HAL_Init(void)
 {
     #if defined (CORE_CM4)
     HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);
     #endif

     SystemCoreClock = HAL_RCC_GetSystemCoreClockFreq();

     if(HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY) != HAL_OK)
     {
         return HAL_ERROR;
     }

     HAL_MspInit();

     return HAL_OK;
 }

第4行，设置中断优先级分组。中断优先级分组设置在整个代码中只需要设置一次即可，在Systick中同样需要设置中断有优先级。
第7行，获取系统的时钟，我们知道Systick定时器的初始化和系统时钟有着莫大的关系，需要根据系统时钟设置初始化Systick定时器。
第9行，调用HAL_InitTick初始化Systick定时器。

13.3.1.2. HAL_InitTick函数¶

HAL_InitTick函数传入的参数是TICK_INT_PRIORITY(值为0),用来设置中断的优先级，设置为0表示设置为最高的中断优先级。HAL_InitTick函数详细代码如 HAL_InitTick函数所示(省略与A7代码相关内容)

stm32mp1xx_hal.c¶

 __weak HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)
 {
     #if defined (CORE_CM4)
     if ((uint32_t)uwTickFreq == 0U)
     {
         return HAL_ERROR;
     }

     if (HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock /(1000U / uwTickFreq)) > 0U)
     {
         return HAL_ERROR;
     }

     if (TickPriority < (1UL << __NVIC_PRIO_BITS))
     {
         HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, TickPriority, 0U);
         uwTickPrio = TickPriority;
     }
     else
     {
         return HAL_ERROR;
     }
     #endif /* CORE_CM4 */

     return HAL_OK;
 }

第4-7行，uwTickFreq变量用来表示设置Systick每秒钟中断的频率，在stm32mp1xx_hal.c中声明。当设置每秒的中断频率为0显然是错的直接返回。
第9-12行，配置Systick定时器，这个函数只是对SysTick_Config函数进行了分装， SysTick属于cortex-m内核的外设，STM32MP157有关的寄存器定义和库函数都在内核相关的库文件core_cm4.h中。即SysTick_Config函数定义在core_cm4.h中，稍后进行讲解。
第14-22行，设置中断优先级。首先对我们的传入的参数进行了出错判断。当设置的中断优先级大于16时，设置的中断优先级是错误的。

当我们重新配置rcc时钟时，SystemCoreClock的值会重新更新，当调用HAL_RCC_OscConfig函数时， HAL_InitTick函数将会被调用重新配置Systick定时器。同时HAL_InitTick使用__weak作为修饰，如果有必要我们可以重新编写HAL_InitTick函数。

13.3.1.3. SysTick_Config函数¶

HAL_SYSTICK_Config的内容很简单，就是调用SysTick_Config。接下来我们详细介绍下SysTick_Config函数，

core_cm4.c¶

 __STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
 {
     // 不可能的重装载值，超出范围
     if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) {
         return (1UL);
     }

     // 设置重装载寄存器
     SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);

     // 设置中断优先级
     NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL);

     // 设置当前数值寄存器
     SysTick->VAL   = 0UL;

     // 设置系统定时器的时钟源为AHBCLK
     // 使能系统定时器中断
     // 使能定时器
     SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                     SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                     SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
     return (0UL);
 }

形参ticks用来设置重装载寄存器的值，最大不能超过重装载寄存器的值2²⁴，当重装载寄存器的值递减到0的时候产生中断，然后重装载寄存器的值又重新装载往下递减计数，以此循环往复。紧随其后设置好中断优先级，最后配置系统定时器的时钟为AHBCLK，使能定时器和定时器中断，这样系统定时器就配置好了。

SysTick_Config()库函数主要配置了SysTick中的三个寄存器：LOAD、VAL和CTRL，有关具体的部分看代码注释即可。

在SysTick_Config()库中也设置中断优先级，这里是core_cm4.c文件的内容，为了库的完整性在正常的情况下我们不会去修改任何库提供的函数内容，因此我们需要在此外的内容上额外设置一个可设置的Systick的中断优先级。

13.3.1.4. SysTick定时时间的计算¶

SysTick定时器的计数器是向下递减计数的，计数一次的时间为1/SystemCoreClock，当重装载寄存器中的值VALUE的值减到0的时候，产生中断。可知中断一次的时间为 VALUE /SystemCoreClock，当我们将SystemCoreClock /(1000U / uwTickFreq)作为参数传递给SysTick_Config函数时，可得到中断的时间为 uwTickFreq/1000,hal库中uwTickFreq的值设置为1，即每1ms将产生一次中断。

13.3.1.5. SysTick中断服务函数¶

当Systick产生中断之后将执行SysTick_Handler中断服务函数。

stm32mp1xx_it.c¶

 void SysTick_Handler(void)
 {
     HAL_IncTick();
 }

在Systick中断函数中调用了HAL_IncTick函数，HAL_IncTick函数内容如下

stm32mp1xx_it.c¶

 __weak void HAL_IncTick(void)
 {
     uwTick += (uint32_t)uwTickFreq;
 }

HAL_IncTick函数中只对uwTick进行加法操作，uwTick是一个全局变量。可理解为用于计数系统的运行时间，单位为ms。 HAL_IncTick函数同样也是个使用__weak弱定义的函数，当我们需要使用Systick实现其他功能时可重新编写这个函数。

13.3.1.6. HAL_Delay函数的实现¶

stm32mp1xx_it.c¶

 __weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)
 {
     uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
     uint32_t wait = Delay;

     if (wait < HAL_MAX_DELAY)
     {
         wait += (uint32_t)(uwTickFreq);
     }

     while ((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)
     {
     }
 }

第3行，使用HAL_GetTick函数用来获取uwTick变量的值。
第6-9行，添加频率以保证最小的等待时间，当我们的uwTickFreq设置为比较大时，如HAL_TICK_FREQ_100HZ(具体的数值为10)，意味着每10ms将产生一次Systick中断，而此时传入的参数Delay如果小于10，保证满足最小的等待时间。
第12行，当前系统运行时间与函数刚进来的是的运行时间相差超过wait时，则跳出while循环。

在这里我们可以发现，HAL_Delay函数的延时并不是那么准确的，它的准确度与Systick的中断频率息息相关，最大的误差为±一个Systick中断间隔。

同样HAL_Delay函数的定义是以__weak修饰的函数，在有必要时可重新编写整个HAL_Delay函数。