HAL庫與Cubemx系列|Systick-系統滴答定時器詳解

嵌入式實驗基地發表於2021-06-09
定時器

Systick是什麼?

關於Systick，在Context-M3權威指南中如此描述：

SysTick定時器被捆綁在NVIC中，用於產生SYSTICK異常（異常號： 15）。在以前，大多作業系統需要一個硬體定時器來產生作業系統需要的滴答中斷，作為整個系統的時基。例如，為多個任務許以不同數目的時間片，確保沒有一個任務能霸佔系統；或者把每個定時器週期的某個時間範圍賜予特定的任務等，還有作業系統提供的各種定時功能，都與這個滴答定時器有關。因此，需要一個定時器來產生週期性的中斷，而且最好還讓使用者程式不能隨意訪問它的暫存器，以維持作業系統“心跳”的節律。

SysTick定時器能產生中斷， CM3為它專門開出一個異常型別，並且在向量表中有它的一席之地。它使作業系統和其它系統軟體在CM3器件間的移植變得簡單多了，因為在所有CM3產品間對其處理都是相同的。

SysTick 是一個 24 位的倒計數定時器，當計到 0 時，將從 RELOAD 暫存器中自動重灌載定時初值。只要不把它在 SysTick 控制及狀態暫存器中的使能位清除， 就永不停息，圖 13.1 中小結了 SysTick的相關暫存器。


這是定義在core_cm3.h中的結構體：

SysTick 的最大使命，就是定期地產生異常請求，作為系統的時基。 OS 都需要這種“滴答” 來推動任務和時間的管理。 如欲使能 SysTick 異常， 則把 STCSR.TICKINT 置位。 另外， 如果向量表被重定位到 SRAM 中，還需要為 SysTick 異常建立向量，提供其服務例程的入口地址。

Systick如何使用?

前面說了那麼多，Systick到底是什麼，小夥伴們是不是已經明白了呢？其實，簡單一句話，就是“心跳”，CPU以心跳為依據分配要做的事情，嘀噠...嘀噠...嘀噠...

cubemx配置Systick

來來來，實踐是檢驗真理的唯一標準，沒有實踐的理論就是耍流氓~~

Systick是系統的“心跳”，為系統提供著時基來源，cubemx中是已經為我們勾選了的，預設的時基是來源於Systick


當然了，條條大路通羅馬，Systick可以作為時基，但卻不是唯一的，不信你看，實際上有這麼多的定時器都可以用來作為時基來源的，移植過作業系統的小夥伴一定不陌生，本次，我們只介紹關於Systick的功能~

  • 時鐘配置

關於時鐘配置的詳細講解，請參看：CubeMX的正確開啟方式 一文

  • 串列埠配置

關於串列埠配置的詳細解釋，請參看：CubeMX的正確開啟方式 一文

  • Systick中斷

可以看到，Systick的中斷是預設已經開啟了的，直接使用即可

Systick程式碼詳細解析

結合生成的工程，來看看Systick的時鐘配置以及工作流程，systick首先在HAL_Init()函式中被提到，被cue來幹嘛呢，接下來跟進去看看


從英文解釋中（別說看不懂哈），Systick被配置為系統時基，並且被配置為了1ms，做技術，要有刨根問底的精神，奧利給，繼續跟進去看看


這段英文解釋很重要，外設中斷程式呼叫HAL_Delay的時候，要特別注意中斷的優先順序問題，如果systick的中斷優先順序低於外設中斷優先順序，會導致一直在外設中斷中阻塞，如果外設中呼叫了HAL_Delay()，一定要保證Systick的中斷優先順序高於外設中斷優先順序，但是，小飛哥是極其不建議在中斷中呼叫HAL_Delay（）函式的


明明是在說Systick的事情，怎麼牽扯到HAL_Delay（）函式了呢，那就再來看看，HAL_Delay（）是如何實現的呢？開啟HAL_Delay（），可以看到，實際上是通過uWTick這個全域性變數不斷增加，比較來實現的延時，那麼uWTick是在哪裡增加的呢？


好傢伙，轉了十萬八千里，最終還是在Systick中斷中進行增加的，預設配置的是Systick 1ms中斷，這下知道了我們呼叫的HAL_Delay（），為什麼是1ms了吧，繞了那麼一大圈，是不是有點想打人呢~

預設配置的是1ms中斷週期，那我們HAL_Delay（）的最小單位是1ms，如果想獲得1us的中斷週期，該如何調整呢？且往下看，這是我們自定義的systick週期配置函式，一步一步來看

先來看systick的時鐘來源，時鐘來源為HCLK或者是HCLK的8分頻，小飛哥實驗選擇的是HCLK，72MHZ，確定了systick的時鐘源，接下來配置systick的中斷週期

  HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);

再來看這個函式，分析之前，我們先來看看systick的中斷週期時間是怎麼計算的,T=ReloadValue10001/72000000ms

這是預設的配置1ms，主頻是72MHZ，uwTickFreq預設是1KHZ，根據上面的分析計算，算下來T = (72MHZ/1000)1/72MHZ=1000/72MHZ(1/72MHZ)=1/1000s=1ms,你看懂了嗎？

HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock / (1000U / uwTickFreq)

根據上面的分析，我們想要1us、10ms、100ms....的中斷週期怎麼辦，那就根據上面的計算公式算吧，那這麼修改後，HAL_Delay不就可以實現us延時了嘛，實現當然是能實現，但中斷是不是過於頻繁了呢，1us一箇中斷誒，那怎麼實現呢，請檢視，關於HAL庫us延時的3種實現方式

  HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1000); //1ms

到此，關於systick的工作流程就算是介紹差不多了，還有最後一步，Systick中斷回撥函式需要新增到中斷回撥控制程式碼中


可以看到systick中斷回撥函式依然是_weak修飾符，意思就是我們自己一個一樣名字的函式，不會報錯

我們自己重新定義回撥函式，處理中斷事務，好的程式設計習慣，中斷置標誌，所有的邏輯處理放在中斷外處理，建議這樣做

while中不斷查詢標誌

測試結果

間隔100ms，列印systick test，測試OK，over

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資料獲取

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