嵌入式系统原理（笔记）：SysTick时钟定时器

本文代码基于STM32G431Rx开发板，G4系列基本通用本文主要内容：Systick计时器的特点相关的寄存器代码中主要调用的库函数软件运行配置自定义延迟时长的4种代码实现

Yushan_Ji

1209人浏览 · 2023-10-19 19:33:18

Yushan_Ji · 2023-10-19 19:33:18 发布

写在前面：
本文代码基于STM32G431Rx开发板，G4系列基本通用

本文主要内容：

Systick计时器的特点

相关的寄存器

代码中主要调用的库函数

软件运行配置

自定义延迟时长的4种代码实现

Systick定时器简介

Systick定时器是一个简单的定时器，对于ST的CM3,CM4,CM7内核芯片，都有Systick定时器（没有差别）

特点

常用来做延时，或者实时系统的心跳时钟（心跳时钟用在实时操作系统中进行调度）
- 可以节省MCU资源，不用浪费一个定时器
- 比如UCOS中，分时复用，需要一个最小的时间戳，一般在STM32+UCOS系统中，都采用Systick做UCOS心跳时钟
Systick定时器就是系统滴答定时器，一个24位的倒计数定时器
- 计到0时，将从RELOAD寄存器（初始值存储在这个寄存器中，默认值为2^24）中自动重装载定时初值
- 只要不把它在SysTick控制及状态寄存器中的使能位清除，就永不停息，即使在睡眠模式下也能工作
SysTick定时器被捆绑在NVIC（是一个嵌入式的中断向量控制寄存器）中，用于产生SYSTICK异常（异常号：15，异常级别最低，异常号越小中断优先级越高）
- 优先级可以被设置
- 单片机系统分为前台和后台：前台平时不做事，只有有任务的时候被后台唤醒

寄存器	地址（相差4个字节）	功能
CTRL	0xE000E010	SysTick 控制和状态寄存器
LOAD	0xE000E014	SysTick 自动重装载除值寄存器
VAL	0xE000E018	SysTick 当前值寄存器
CALIB	0xE000E01C	SysTick 校准值寄存器

Systick库函数

HAL库中的Systick相关函数

stm32fGxx_hal_cortex.h文件中
HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig ()用于Systick时钟源选择（需要用户自己调用）
core_cm4.h文件中
SysTick_Config (uint32_t ticks)初始化Systick时钟为HCLK，并开启中断（传递参数为滴答时钟的计数值，按照毫秒计数一次）
void HAL_IncTick(void)：在滴答定时器中断里面被调用，全局变量uwTick每毫秒加1
void HAL_Delay(uint32_t Delay)：阻塞式延迟，默认单位是ms
uint32_t HAL_GetTick(void)：用于获取全局变量uwTick当前的计数
uint32_t HAL_GetTickPrio(void)：获取滴答时钟优先级
HAL_StatusTypeDef HAL_SetTickFreq(uint32_t Freq)：设置中断频率
uint32_t HAL_GetTickFreq(void)：获取时钟中断频率
void HAL_SuspendTick(void)：挂起滴答定时器
void HAL_ResumeTick(void)：恢复滴答定时器

Systick中断服务函数

void SysTick_Handler (void);
每毫秒响一次（默认情况下滴答时钟的中断服务号为15，也就是Systick时钟的优先级为15）

配置

STM32CubeMx: Clock

MHz对应微秒级，KHz对应毫秒级

$1∗1616000=1ms\frac{1*16}{16000}=1ms$

系统刚复位的时候，即外部时钟没有生效时，要先使用内部时钟（HSI RC，16MHz），此时系统时钟SYSCLK为16MHz（16000000Hz = 16000KHz）

外部时钟稳定后（即不震荡）才能被使用

在这里插入图片描述

中断

使用NVIC，需要做三件事：

首先为我们使用的中断源配置中断向量表
配置NVIC寄存器来启用NVIC中断和设置NVIC终端的优先级
使能中断：
与向量表里名称相对应的ISR（中断服务程序）

void Systick_Handler(void){
...
}

有了中断向量表配置和ISR原型定义，我们可以配置NVIC来处理Systick定时器中断

总结：通常情况下，需要做两件事——设置中断的优先级，然后使能中断源。NVIC寄存器位于系统控制空间

时钟源

HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig函数（在stm32g4xx_hal_cortex.c头文件中）

该函数从未被调用

在这里插入图片描述

初始值、中断与控制

SysTick_Config函数（在core_cm4.h头文件中——放到头文件里作为内联函数使用）

在该函数中改变了CTRL寄存器的值

在这里插入图片描述

Systick应用

us（微秒级）延时

在这里插入图片描述

HAL_Delay

在这里插入图片描述

实例

法1：利用HAL_Delay()

在这里插入图片描述

法2：利用SysTick_Handler ()中断服务

在这里插入图片描述

函数指针

每个函数都占用一段内存单元，他们有一个入口地址（起始地址）
在C语言中，函数名代表函数的入口地址
可以定义一个指针变量，接收函数的入口地址，让他指向函数，这就是指向函数的指针，也称为函数指针
通过函数指针可以调用函数，它也可以作为函数的参数

定义

函数指针定义的格式为：类型名(*变量名)(参数类型表);
- 类型名指定函数返回值的类型，变量名时指向函数的指针变量的名称
例如：int (*funptr) (int, int);
- 定义一个函数指针funptr，它可以指向有两个整型参数且返回值类型为int的函数

调用函数

通过函数指针调用函数的一般格式为：(*函数指针名)(参数表)
例如：

int fun (int x, int y);
int (*funptr) (int, int); 
funptr = fun;
(*funptr) (3, 5); // 变量的内容发生改变
//(*funptr)是一个整体，指向函数fun

回调函数

回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用为调用它所指向的函数时，我们就说这是回调函数

**来自Stack Overflow某位大神简洁明了的表述：**A “callback” is any function that is called by another function which takes the first function as a parameter。也就是说，函数 F1 调用函数 F2 的时候，函数 F1 通过参数给函数 F2 传递了另外一个函数 F3 的指针，在函数 F2 执行的过程中，函数F2 调用了函数 F3，这个动作就叫做回调（Callback），而先被当做指针传入、后面又被回调的函数 F3 就是回调函数。
回调函数可用于通知机制

法3：利用SysTick_Handler()中断服务和回调函数

在这里插入图片描述

法4：利用SysTick_Handler ()中断服务和回调函数（法3简化版）

在这里插入图片描述

代码实现：

在variable.h头文件中，添加下列结构体声明

typedef struct SystickHandler{
	uint32_t u32Counter;
	uint32_t u32Period;
	void (*pInit)(void);
	void (*pCallBack)(void);
}stSystickHandler;

在main.c中的Private variables部分，添加下列代码，实现对结构体内变量的初始化

void LedFlash(void);

// 初始化结构体内的变量
stSystickHandler sSystickHandler = {
    .u32Counter = 0, // 计数器
    .u32Period = 1000, // 设置周期为1000，即1s闪烁一次
    .pCallBack = LedFlash, // 回调函数
};
	
// 回调函数
void LedFlash(void){
    // 当计数器的值大于周期时，LED闪烁一次，并将计数器清零
    if(sSystickHandler.u32Counter > sSystickHandler.u32Period - 1){
        HAL_GPIO_TogglePin(TickLED_GPIO_Port, TickLED_Pin);
        sSystickHandler.u32Counter = 0;
    }
    // 计数器+1，不闪烁
    else{
        sSystickHandler.u32Counter ++;
    }
}

在stm32g4xx_it.c中的External variables部分，添加下列外部变量声明

extern stSystickHandler sSystickHandler;

在stm32g4xx_it.c中的void SysTick_Handler(void)函数中，添加下列代码，调用回调函数

if(sSystickHandler.pCallBack){
    sSystickHandler.pCallBack();
}

实验结果：开发板对应的LED灯每秒闪烁一次，通过修改.u32Period的值可以更改闪烁的频率

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