SysTick系统定时器(功能框图和优先级配置)

Posted 2020-11-01 Hi, Wenshin Lee.

      SysTick—系统定时器是属于 CM3 内核中的一个外设，内嵌在 NVIC 中。系统定时器是一个 24bit (2^24)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 72M。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 CM3 内核的外设，所以所有基于 CM3 内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在 CM3 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的执行过程:counter在时钟的驱动下，从reload初值开始往下递减计数到0(在递减的过程中值可以在STK_VAL中查看到)，产生中断和置位COUNTFLAG标志。然后又从reload 值开始重新递减计数，如此循环。

 

SysTick相关寄存器

     SysTick—系统定时器有 4 个寄存器(CTRL LOAD VAL CALIB)，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。

 

 

SysTick寄存器结构体

      SysTick寄存器(在固件库文件：core_cm3.h中定义)

typedef struct{
   _IO uint32_t  CTRL;      /*控制及状态寄存器*/
  _IO uint32_t   LOAD;      /*重装载数值寄存器*/
  _IO uint32_t   VAL;       /*当前数值寄存器*/
 _IO uint32_t   CALIB;      /*校准寄存器*/


}

SysTick库函数

      SysTick配置库函数(在固件库文件：core_cm3.h中定义)

__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,默认优先级最低 __NVIC_PRIO_BITS 4(1111)系统定时器此时设置的优先级在内核外设中是最低的
 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=72M
 // 使能系统定时器中断
 // 使能定时器
 SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
21 SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
22 SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
23 return (0UL);
24 }

      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 2^24，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等于 AHBCLK=72M，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。 

配置 SysTick 中断优先级

     在 SysTick_Config()库函数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_m3.h 中定义，原型如下

__STATIC_INLINE void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
 {
 if ((int32_t)IRQn < 0) {
 SCB->SHP[(((uint32_t)(int32_t)IRQn) & 0xFUL)-4UL] =(uint8_t)((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);
 } else {
 NVIC->IP[((uint32_t)(int32_t)IRQn)] =(uint8_t)((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);
 }
 }

      函数首先先判断形参 IRQn 的大小，如果是小于 0，则表示这个是系统异常，系统异常的优先级由内核外设 SCB 的寄存器 SHPRx 控制，如果大于 0 则是外部中断，外部中断的优先级由内核外设 NVIC 中的 IPx 寄存器控制。

      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 STM32F103 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。

      SPRH1-SPRH3 是一个 32 位的寄存器，但是只能通过字节访问，每 8 个字段控制着一个内核外设的中断优先级的配置。在 STM32F103 中，只有位 7:3 这高四位有效，低四位没有用到，所以内核外设的中断优先级可编程为：0~15，只有 16 个可编程优先级，数值越小，优先级越高。如果软件优先级配置相同，那就根据他们在中断向量表里面的位置编号来决定优先级大小，编号越小，优先级越高。 (系统定时器此时设置的优先级在内核外设中是最低的.)

     

外设中断优先级和内核外设优先级比较

     内核优先级是不分抢占优先级和子优先级,但不是内核外设的优先级就一定比外设的优先级高.

    判别方法:根据内核外设设置优先级0-15的值,把内核外设的中断优先级的四个位按照外设的中断优先级来分组来解析即可，即人为的分出抢占优先级和子优先级。

     比如配置一个外设的中断优先级分组为 2，抢占优先级为 1，子优先级也为 1，systick 的优先级为固件库默认配置的 15。当我们比较内核外设和片上外设的中断优先级的时候，我们只需要抓住 NVIC 的中断优先级分组不仅对片上外设有效，同样对内核的外设也有效。我们把 systick 的优先级 15 转换成二进制值就是 1111(0b)，又因为 NVIC 的优先级分组 2，那么前两位的 11(0b)就是 3，后两位的 11(0b)也是 3。无论从抢占还是子优先级都比我们设定的外设的优先级低。如果当两个的软件优先级都配置成一样，那么就比较他们在中断向量表中的硬件编号，编号越小，优先级越高。

SysTick 初始化函数

void SysTick_Init(void)
{
 /* SystemFrequency / 1000 1ms 中断一次
 * SystemFrequency / 100000 10us 中断一次
 * SystemFrequency / 1000000 1us 中断一次
 */
 if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)) {
 /* Capture error */
  while (1);
   }
}

     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定时时间计算

    时间单位换算: 1s = 1000ms = 1000 000 us = 1000 000 000ns

          t = reload * ( 1/clk )

1. Clk = 72M时，t = (72) *(1/ 72 M )= 1US
2. Clk = 72M时，t = (72000) *(1/ 72 M )= 1MS