SysTick—系统定时器

Posted 2020-09-23 悄然拔尖

本章参考资料《ARM Cortex™-M4F 技术参考手册》 -4.5 章节 SysTick Timer(STK)， 和
4.48 章节 SHPRx，其中 STK 这个章节有 SysTick 的简介和寄存器的详细描述。因为
SysTick 是属于 CM4 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，一个是文档，一个是源码。

SysTick 简介
SysTick—系统定时器是属于 CM4 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 180M。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 CM4 内核的外设，所以所有基于 CM4 内核的单片机都具有这个
系统定时器，使得软件在 CM4 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。
SysTick 属于内核的外设，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。
用固件库编程的时候我们只需要调用库函数 SysTick_Config()即可，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 180M，使能定时器和定时器中断，
这样系统定时器就配置好了，一个库函数搞定。
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。其中还调用了固件库函数 NVIC_SetPriority()来配置系统
定时器的中断优先级，该库函数也在 core_m4.h 中定义，
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 }
因为 SysTick 属于内核外设，跟普通外设的中断优先级有些区别，并没有抢占优先级
和子优先级的说法。在 STM32F429 中，内核外设的中断优先级由内核 SCB 这个外设的寄
存器： SHPRx（ x=1.2.3）来配置。有关 SHPRx 寄存器的详细描述可参考《 Cortex-M4 内核
编程手册》 4.4.8 章节。
在系统定时器中，配置优先级为(1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL)，其中宏
__NVIC_PRIO_BITS 为 4，那计算结果就等于 15，可以看出系统定时器此时设置的优先级
在内核外设中是最低的。

SysTick 初始化函数由用户编写，里面调用了 SysTick_Config()这个固件库函数，通过
设置该固件库函数的形参，就决定了系统定时器经过多少时间就产生一次中断。
SysTick 中断时间的计算
SysTick 定时器的计数器是向下递减计数的，计数一次的时间 TDEC=1/CLKAHB，当重装
载寄存器中的值 VALUELOAD 减到 0 的时候，产生中断，可知中断一次的时间
TINT=VALUELOAD * TDEC 中断= VALUELOAD/CLKAHB，其中 CLKAHB =180MHZ。如果设置为
180，那中断一次的时间 TINT=180/180M=1us。不过 1us 的中断没啥意义，整个程序的重心
都花在进出中断上了，根本没有时间处理其他的任务。
SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000))
SysTick_Config（）的形我们配置为 SystemCoreClock / 100000=180M/100000=1800，
从刚刚分析我们知道这个形参的值最终是写到重装载寄存器 LOAD 中的，从而可知我们现
在把 SysTick 定时器中断一次的时间 TINT=1800/180M=10us。