STM32--系统滴答SysTick

一、SysTick是什么？

Systick定时器是一个24bit的倒计时（向下计数）定时器，功能就是实现简单的延时。
SysTick 是一种系统定时器，通常在嵌入式系统中使用。它是 ARM Cortex-M 处理器的一个特殊定时器，用于提供系统级的定时服务。SysTick 可以用于生成定时中断，以便执行特定的任务或进行系统级的时间跟踪。
例如：计数初值为100，经过一个时钟周期后，计数值减一，即99，98，97……1，0；计数至0后，又重新开始从100开始倒计数至0。可以借此做精准延时。

二、SysTick框架图

因为SysTick是属于内核的一部分，其被捆绑在NVIC中，用于产生SYSTICK异常。
在这里插入图片描述

三、SysTick组成

SysTick包含四个寄存器，都是24位的寄存器，分别是：
(1) SysTick->CTRL

SysTick控制及状态寄存器 (-- 0xE000 E010

(2) SysTick->LOAD

SysTick重装载寄存器 – 0xE000 E014

(3) SysTick->VAL

SysTick当前值寄存器 – 0xE000 E018

(4) SysTick->CALIB

SysTick校准值寄存器 – 0xE000 E01C

四、SysTick时钟知识点

（1）首先明白频率（Hz）与时间（S）的转换。
●1Hz代表每秒周期震动1次， 60Hz代表每秒周期震动60次。假如滴答时钟的频率是72MHZ，72MHz表示每秒钟有72,000,000个时钟周期。那让滴答时钟计1次，时间过去了1/72μs，也就是一个时钟周期为1/72000000 s =1/72 us。
●定时1us，就需要72个时钟周期。
●定时1s，就需要72000个时钟周期。
（2）为什么需要装载预期值-1？
答：装载值就是装载的时钟周期个数。SysTick 定时器的计数是从 LOAD 装载值寄存器的值递减到零的，所以如果你希望实现 n 个时钟周期的延时，你需要将 LOAD 寄存器设置为 n - 1。如系统时钟频率为72MHz，经过8分频后，频率为9MHz。即1s震动9000 000个周期。所以装载值为8999 000，计数器从8999000减到0，总共经过 9000000 个时钟周期，则正好为1s的时间，即实现定时1s。
（3）为什么选择经过8分频的外部时钟，而不选择内部时钟？
答：选择使用外部时钟而不是内部时钟，是为了保证定时器的精度和稳定性。
内部时钟是由微控制器内部提供的时钟源，通常频率相对较低。在某些情况下，使用内部时钟作为SysTick的时钟源可能会导致定时器的溢出时间过长，无法满足精确的延时需求。
外部时钟，例如外部晶体振荡器或主芯片提供的外部时钟信号，具有较高的频率和稳定性。使用外部时钟作为SysTick的时钟源可以提供更高的精度和可靠性。对于需要较准确的延时操作或时间计量的应用，选择外部时钟是更好的选择。
因此，在该代码中选择使用外部时钟来配置SysTick定时器，以确保精确和稳定的延时功能。
（4）时钟源选择
--------库函数（ SysTick_CLKSourceConfig（时钟源））：
●时钟源可选参数：
SysTick_CLKSource_HCLK_Div8 （经过8分频的外部时钟）
SysTick_CLKSource_HCLK （内部时钟）

●函数代码如下：

#define SysTick_CLKSource_HCLK_Div8    ((uint32_t)0xFFFFFFFB)   //经过8分频的外部时钟
#define SysTick_CLKSource_HCLK         ((uint32_t)0x00000004)   //内部时钟
#define IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SOURCE) (((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK) || \((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK_Div8))void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)   //时钟源选择库函数
{/* Check the parameters */assert_param(IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SysTick_CLKSource));if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK){SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK;}else{SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;}
}

--------寄存器

SysTick->CTRL &=~(1<<2); //选择外部时钟，必须清零默认是1内核时钟
SysTick->CTRL |=(1<<2); //选择内核时钟。

在这里插入图片描述

（4）延时范围
●如系统时钟频率为72MHz，经过8分频后为9MHz。1s的时钟周期个数为9000 000，1ms的时钟周期个数为9000，1us的时钟周期个数为9。
●VAL寄存器以及LOAD寄存器都是24位的，它的最大值是1111 1111 1111 1111 1111 1111，转化乘十进制后是16777215。即装载的最大十周周期个数为16777215。
●秒级别的定时器，一次最大定时时长为：16777215 / 9000000 s。
●毫秒级别的定时器，一次最大的定时时长16777215/9000 ms，也就是1864.135毫秒，由于对于毫秒只能取整，也就是1864毫秒。
●微秒级别的定时器，一次最大定时时长是16777215/9=1864135 us。
这就是Systick定时器循环一次所能达到的最大定时时长。也就是装载值的最大范围。当然也可以通过循环嵌套来实现更长时间的定时。

五、SysTick两种功能

（1）查询方式延时功能：
只需要定时器工作一个周期，也就是从重装载值减到0的一个过程，执行一次后需要关闭定时器，不然它还会不停的从重装载值减到0然后又从重装载值减到0无限循环。

实现功能：实现us、ms级别的延时函数。
伪代码：

实现系统的us延时（参数）
{1.选择时钟 建议选择经过8分频后的外部时钟。2.写入重装载值，设为预期值-1。3.禁止中断。4.清空计数器。5.使能计数器。6.等待时间到达，等待标志位置1。7.关闭计数器。8.清空计数器。
}

具体代码：

//  uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_72MHz;        /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */
void delay_init()
{SysTick->CTRL &=~(1<<2); //1.选择外部时钟，必须清零。默认是1，为内核时钟。//SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);	 // 1.选择外部时钟  HCLK/8 s_fac_num=SystemCoreClock/8;				    //选择的经过8分频的外部时钟，所以要将系统时钟72Mhz/8。此时频率为9MHz。1s震动9 000 000 次。us_fac_num=Clock_Div8_after/1000000;            //1us 震动9次。1s=1000 000 us.ms_fac_num=(u16)fac_us*1000;					//1个ms需要的systick时钟数 。
}	
void delay_us(u32 nus)
{		u32 temp;	    	 SysTick->LOAD=nus*us_fac_num-1; 					//2.写入装载值  	SysTick->CTRL &=~(0x01 <<1);	              //3.禁止中断SysTick->VAL=0x00;        					//4.清空计数器（当前值）这里大家一定要注意，必须使得当前寄存器的值VAL等于0！ SysTick->VAL  = (0x00);只有当VAL值为0时，计数器自动重载RELOAD。下面同理。SysTick->CTRL |=(0x01<<0);	//5.使能计数器，开始倒数。while( (SysTick->CTRL&(1<<16)) ==0);//6.等待时间到达   SysTick->CTRL&=~(0x01<<0);	//7.关闭计数器SysTick->VAL =0X00;      	//8.清空计数器（当前值） 
}void delay_ms(u32 nus)
{		u32 temp;	    	 SysTick->LOAD=nus*ms_fac_num-1; 					//2.写入装载值  	SysTick->CTRL &=~(0x01 <<1);	              //3.禁止中断SysTick->VAL=0x00;        					//4.清空计数器（当前值）这里大家一定要注意，必须使得当前寄存器的值VAL等于0！ SysTick->VAL  = (0x00);只有当VAL值为0时，计数器自动重载RELOAD。下面同理。SysTick->CTRL |=(0x01<<0);	//5.使能计数器，开始倒数。while( (SysTick->CTRL&(1<<16)) ==0);//6.等待时间到达   SysTick->CTRL&=~(0x01<<0);	//7.关闭计数器SysTick->VAL =0X00;      	//8.清空计数器（当前值） 
}

（2）中断功能：
利用中断，一定时间进一次中断，以此来实现一个时间片轮询的操作方式。这时候，就需要计数器一直计数了，所以不能计数完成后就关闭计数器了。

实现功能：每过一次设定的ms发送一次’123456’。
伪代码：

系统滴答的初始化
{1.选择外部滴答的时钟源。2.配置系统滴答的重装载值，设为预期值-1。3.使能中断。4.当前值清零--清空计数器。5.设置优先级。6.使能NVIC响应。7.使能计数器。
}
中断服务函数
{1.检测标志与清除标志；2.执行操作。
}

具体代码：

#include "SysTick.h"
u16 SysTick_us;
u16 SysTick_ms;
/*******************************
函数名：SysTick_Init
函数功能：初始化系统滴答，选择外部时钟
函数形参：u32 sysclk 系统时钟72（MHZ）
函数返回值：void
备注：开启1ms中断
********************************/
void SysTick_ms_Init(u32 nus) //72HZ
{	SysTick->CTRL &=~(1<<2); //1.选择外部时钟，必须清零。默认是1，为内核时钟。SysTick_s=SystemCoreClock/8;           //9000 000     1s  //外部时钟8分频SysTick_us=SysTick_s/1000 000;           //9     1us  SysTick_ms=SysTick_s/1000;            //9 000  1msSysTick->LOAD = nus*SysTick_ms-1;//2.重装载值9000-1SysTick->CTRL |=(0x01<<1);   //3.使能中断 SysTick倒数计数到0时产生SysTick异常(中断)请求 */SysTick->VAL=0;              //4.清空计数器,清标志位NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn,NVIC_EncodePriority(7-2,1,2));  // 5.设置中断优先级NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);                                 //6.使能NVIC响应SysTick->CTRL |=1<<0;   //7.使能计数器/*   步骤5、6也可以用结构体来配置优先级以及使能NVIC响应。NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //结构体重命名NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SysTick_IRQn;  //选择通道（要中断的对象）NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //设置抢占优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //设置响应优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //通道使能NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据以上参数初始化NVIC寄存器	
*/		
}
void SysTick_Handler(void)
{if((SysTick->CTRL & 0x1 << 16))//检测标志位，也是清除标志位{	SysTick->VAL=0;              //清空计数器,清标志位printf("123456\r\n");}
}

主函数：

int main()
{NVIC_SetPriorityGrouping(7-2); //设置优先级分组。抢占2bit，响应2bit。SysTick_ms_Init(1); //实现1ms打印一次'123456'
}

六、附录：

上述函数中，为什么SysTick的时钟频率需要经过8分频系统时钟？
在这里插入图片描述
答：因为在时钟树框图中，Cortex系统时钟需要系统时钟经过8分频。