SysTick

Cortex-M0+处理器中内置有一个SysTick定时器,通常用于嵌入式操作系统的多任务切换,在不使用操作系统的应用中,亦可作为其它用途,如定时、计时或者为需要周期性执行的任务提供中断源。

1.SysTick工作原理

SysTick定时器内部含有一个24位的递减计数器,当计数减至0时,会从SysTick的重装载寄存器中取值作为计数器的初始值,同时可以选择在这个时候产生中断(异常号:15)。例如设置重装载寄存器为100,那么当计数减为0时,就会重新复位为100继续递减计数。

它的特点是: 

• 24 位递减计数器 

• 自动重装载能力 

• 当计数器达到 0 时产生可屏蔽的系统中断

2.SysTick寄存器介绍

在core_cm0plus.h中展示了四种寄存器,我们将一一介绍:

typedef struct
{
     __IOM uint32_t CTRL;                   
    /*!< Offset: 0x000 (R/W)  SysTick Control and Status Register */
    __IOM uint32_t LOAD;                   
    /*!< Offset: 0x004 (R/W)  SysTick Reload Value Register */

    __IOM uint32_t VAL;                    
    /*!< Offset: 0x008 (R/W)  SysTick Current Value Register */
    __IM  uint32_t CALIB;                 
    /*!< Offset: 0x00C (R/ )  SysTick Calibration Register */
} SysTick_Type;

IOM uint32_t CTRL控制寄存器:

第0位:ENABLE,SysTick使能位(0:关闭SysTick功能,1:开启SysTick功能);

第1位:TICKINT,SysTick中断使能位(0:关闭SysTick中断,1:开启SysTick中断);

第2位:CLKSOURCE,SysTick时钟选择(1:使用HCLK,0:使用参考时钟频率);

第3为:COUNTFLAG,SysTick计数比较标志,如果在上次读取本寄存器后,SysTick已经数到0了,则该位为1,如果读取该位,该位自动清零。

__IOM uint32_t LOAD重载寄存器:

24位的寄存器,最大计数0xFFFFFF。当SysTick计数器递减至0时,重载寄存器中的值就会被重装载,继续开始递减。

__IOM uint32_t VAL当前值寄存器:

24位的寄存器,读取时返回当前计数器的计数值,写任何值都会使之清零,同时还会清除SysTick 控制寄存器中的COUNTFLAG 标志。

__IM  uint32_t CALIB校准值寄存器:

只读寄存器,主要存放10mS校准值,该值和MCU相关。

3.操控SysTick定时器

在MDK开发环境中,我们不必要非得去操作每一个寄存器,可以通过调用CW函数库中的函数来进行相关的操作。

void InitTick(uint32_t HclkFreq)

初始化SysTick滴答定时器,带入的参数为HCLK的频率,如HCLK为24MHz,则带入参数为24000000。该函数会调用uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)函数完成SysTick定时器的相关配置并启动。SysTick默认为1mS定时器,如果需要修改定时周期,则需要修改uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)函数中重装载值寄存器配置。

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)   

初始化系统计时器及其中断,并启动。     

(1) SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);  

设置SysTick重装载值

(2)NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 

(1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL);                        

设置SysTick定时器中断优先级

(3) Tick->VAL = 0UL;                          

加载SysTick计数器值

(4) SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |

                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |

                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     

设置SysTick IRQ中断使能,并开启SysTick定时器

4.Systick延时功能实现

对于mS级及以上的延时,可在完成SysTick定时器初始化后,通过SysTickDelay(uint32_t Delay)函数来实现,该函数的形参为需要延时的mS数。

对于uS级延时,一般通过调整__NOP 空指令数量来实现,不建议用SysTick定时器来实现,主要原因是M0+系统中固有的中断响应时间(压栈和出栈)、中断处理时间等会影响uS延时精度。

int main(void)
{ 
    __RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();   	//设置HCLK为24MHz
    InitTick( 24000000 );         		//初始化SysTick为1mS定时器
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure1 = {0} ;  //初始化对应GPIO口
    GPIO_InitStructure1.Pins = GPIO_PIN_3 ;		
    GPIO_InitStructure1.IT = GPIO_IT_NONE;
    GPIO_InitStructure1.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_Init(CW_GPIOC, &GPIO_InitStructure1);
    PC03_SETHIGH();   // LED灯置高电平,低电平有效
    while(1)
    {
    PC03_TOG(); //PC03口电平反转
    SysTickDelay (100);//延时100mS
    PC03_TOG();//PC03口电平再次反转
    SysTickDelay (100);//延时100mS 
    }
}

来源:武汉芯源半导体

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作者 | strongerHuang

微信公众号 | 嵌入式专栏

STM32CubeMX中Cortex系统定时器(System Timer)选择1分频和8分频,为啥生成代码一样?

“STM32的SysTick时钟源来自哪里?"

因为STM32CubeMX会启动SysTick作为延时(HAL_Delay)函数的时基,而SysTick作为Cortex内核的一部分,就会用到Cortex系统定时器。

那么,问题就来了SysTick时钟源来自哪里?

1、数据手册和STM32CubeMX时钟树

数据手册时钟树:

“STM32的SysTick时钟源来自哪里?"

STM32CubeMX时钟树:

“STM32的SysTick时钟源来自哪里?"

你会发现:数据手册中的只有『/8』分频,而STM32CubeMX除了『/8』分频,还有『/1』分频。

2、SysTick时钟初始化代码

不管是使用标准外设库,还是HAL库,你初始化SysTick,都会调用内核中的SysTick_Config函数。

标准库常用初始化:

SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000);

HAL库初始化同样也是调用底层的初始化函数:

uint32_t HAL_SYSTICK_Config(uint32_t TicksNumb)
{
   return SysTick_Config(TicksNumb);
}

初始化调用这段代码之后,SysTick将会实现1ms中断一次。

这段代码实现1ms中断一次相信大家都能理解,但是这里SysTick初始化和上面说的时钟『/8』有关系吗?

3、SysTick时钟源是来自哪里?

这个问题只要认真看参考手册都能找到答案。

RCC通过AHB时钟(HCLK)8分频后作为Cortex系统定时器(SysTick)的外部时钟。

通过对SysTick控制与状态寄存器的设置,可选择上述时钟或Cortex(HCLK)时钟作为SysTick时钟。(--来自参考手册)

也就是说SysTick时钟源可以来自两个地方:

  • AHB时钟8分频

  • HCLK(内核)时钟

通过SysTick控制与状态寄存器的设置进行选择时钟源。

具体就是通过CLKSOURCE(时钟源)这一Bit位来选择:

“STM32的SysTick时钟源来自哪里?"

再次看SysTick_Config函数源码:

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
  if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)
  {
    return (1UL);                                                   /* Reload value impossible */
  }

  SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);                         /* set reload register */
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL); /* set Priority for Systick Interrupt */
  SysTick->VAL   = 0UL;                                             /* Load the SysTick Counter Value */
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                         /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
  return (0UL);                                                     /* Function successful */
}
(在core_cm3.h,或者core_cm4.h等内核源码中)

你会发现,其实源码已经默认使用HCLK(内核)时钟。

而SysTick_Config函数属于内核(如core_cm3.h)已经写好源码,一般我们不去修改。

所以,到这里,你会明白:SysTick时钟源其实就是用的HCLK(内核)时钟。

4、最后

开篇的问题:STM32CubeMX中Cortex系统定时器(System Timer)选择1分频和8分频,为啥生成代码一样?

“STM32的SysTick时钟源来自哪里?"

难道,STM32CubeMX配置Cortex系统定时器时钟是有Bug吗?

来源:嵌入式专栏
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1、SysTick的介绍

SysTick定时器被捆绑在NVIC中,用于产生SYSTICK异常(异常号:15)。在以前,大多操作系统需要一个硬件定时器来产生操作系统需要的滴答中断,作为整个系统的时基。例如,为多个任务许以不同数目的时间片,确保没有一个任务能霸占系统;或者把每个定时器周期的某个时间范围赐予特定的任务等,还有操作系统提供的各种定时功能,都与这个滴答定时器有关。因此,需要一个定时器来产生周期性的中断,而且最好还让用户程序不能随意访问它的寄存器,以维持操作系统“心跳”的节律。

Cortex‐M3处理器内部包含了一个简单的定时器。因为所有的CM3芯片都带有这个定时器,软件在不同 CM3器件间的移植工作得以化简。该定时器的时钟源可以是内部时钟(FCLK,CM3上的自由运行时钟),或者是外部时钟( CM3处理器上的STCLK信号)。不过,STCLK的具体来源则由芯片设计者决定,因此不同产品之间的时钟频率可能会大不相同,你需要检视芯片的器件手册来决定选择什么作为时钟源。

SysTick定时器能产生中断,CM3为它专门开出一个异常类型,并且在向量表中有它的一席之地。它使操作系统和其它系统软件在CM3器件间的移植变得简单多了,因为在所有CM3产品间对其处理都是相同的。

2、SysTick寄存器

STM32中的systick,Systick 部分内容属于NVIC控制部分,一共有4个寄存器,名称和地址分别是:

STK_CSR, 0xE000E010 -- 控制寄存器
STK_LOAD, 0xE000E014 -- 重载寄存器
STK_VAL, 0xE000E018 -- 当前值寄存器
STK_CALRB, 0xE000E01C -- 校准值寄存器

(1)STK_CSR控制寄存器

stm32之SysTick的理解(NVIC)

第0位:ENABLE,Systick 使能位(0:关闭Systick功能;1:开启Systick功能)

第1位:TICKINT,Systick 中断使能位(0:关闭Systick中断;1:开启Systick中断)

第2位:CLKSOURCE,Systick时钟源选择(0:使用HCLK/8 作为Systick时钟;1:使用HCLK作为Systick时钟)

第16位:COUNTFLAG,Systick计数比较标志,如果在上次读取本寄存器后,SysTick 已经数到了0,则该位为1。如果读取该位,该位将自动清零.

(2) STK_LOAD 重载寄存器

stm32之SysTick的理解(NVIC)

Systick是一个递减的定时器,当定时器递减至0时,重载寄存器中的值就会被重装载,继续开始递减。STK_LOAD 重载寄存器是个24位的寄存器最大计数0xFFFFFF。

(3)STK_VAL当前值寄存器

stm32之SysTick的理解(NVIC)

也是个24位的寄存器,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SysTick 控制及状态寄存器中的COUNTFLAG 标志。

(4)STK_CALRB校准值寄存器

stm32之SysTick的理解(NVIC)

不知到怎么使用,有兴趣的请参考CM3内核参考手册。

3、程序中的理解和使用

RT-Thread系统bsp的stm32F10x中关于Systick的初始化:在启动文件中其实已经一定了SystemInit();其中就已经定义了32的AHB时钟、APB1时钟和APB2时钟的大小。

RTT中

/* Configure the SysTick */  
    SysTick_Config( SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND ); //<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">RT_TICK_PER_SECOND =100</span>  
__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)  
{  
  if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            /* Reload value impossible */  
  
     SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;    /* set reload register */  
     NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  /* set Priority for Systick Interrupt */  
     SysTick->VAL   = 0;                                          /* Load the SysTick Counter Value */  
     SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |  
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |  
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */  
  return (0);                                                  /* Function successful */  
}  

其中写入SysTick->CTRL寄存器的表示使用HCLK作为Systick的时钟也就是72Mhz,Systick中断使能,并启动Systick定时器。

按照这个函数来算的话,写入SysTick->LOAD的值为72000000/100;这样算的话(1/72M)*SysTick->LOAD=10ms;故该RTT系统的最小调度时间就为10ms。

以上资料来自CM3中文参考手册

来源:梦想着破灭一切    
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