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STM32的SYSTICK详解_freertos systick频率

作者：小桥流水78 | 2024-06-25 08:45:28

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freertos systick频率

什么是SysTick？

这是一个24位的系统节拍定时器system tick timer,SysTick,具有自动重载和溢出中断功能，所有基于Cortex_M3处理器的微控制器都可以由这个定时器获得一定的时间间隔。

SysTick作用

在单任务引用程序中，因为其架构就决定了它执行任务的串行性，这就引出一个问题：当某个任务出现问题时，就会牵连到后续的任务，进而导致整个系统崩溃。
要解决这个问题，可以使用实时操作系统（RTOS）.因为RTOS以并行的架构处理任务，单一任务的崩溃并不会牵连到整个系统。这样用户出于可靠性的考虑可能就会基于RTOS来设计自己的应用程序。SYSTICK存在的意义就是提供必要的时钟节拍，为RTOS的任务调度提供一个有节奏的“心跳”。

微控制器的定时器资源一般比较丰富，比如STM32存在8个定时器，为啥还要再提供一个SYSTICK？
原因就是所有基于ARM Cortex_M3内核的控制器都带有SysTick定时器，这样就方便了程序在不同的器件之间的移植。而使用RTOS的第一项工作往往就是将其移植到开发人员的硬件平台上，由于SYSTICK的存在无疑降低了移植的难度。

SysTick定时器除了能服务于操作系统之外，还能用于其它目的：如作为一个闹铃，用于测量时间等。
要注意的是，当处理器在调试期间被喊停（halt）时，则SysTick定时器亦将暂停运作。

SysTick时钟的选择

SysTick寄存器说明在《Cortex-M3权威指南》（chap8.SysTick定时器章节）有说明

用户可以在位于Cortex_M3处理器系统控制单元中的系统节拍定时器控制和状态寄存器（SysTick control and status register ,SCSR）选择systick 时钟源。如将SCSR中的CLKSOURCE位置位，SysTick会在CPU频率下运行；而将CLKSOUCE位清除则SysTick会以CPU主频的1/8频率运行。

3.5版本的库函数与以往的有所区别
不存在stm32f10x_systick.c文件，故原来的一些函数也不存在，比如SysTick_SetReload(u32 reload);SysTick_ITConfig(FunctionalState NewState);等

在3.5版本的库函数中与systick相关的函数只有两个
第一个，SysTick_Config(uint32_t ticks)，在core_cm3.h头文件中进行定义的。
第二个，void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)，在misc.c文件中定义的。

SysTick_Config(uint32_t ticks)，在core_cm3.h
主要的作用：
1、初始化systick
2、打开systick
3、打开systick的中断并设置优先级
4、返回一个0代表成功或1代表失败
注意：
Uint32_t ticks  即为重装值，
这个函数默认使用的时钟源是AHB，即不分频。
要想分频，调用void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)，
但是要注意函数调用的次序，先SysTick_Config(uint32_t ticks)，
后SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)

uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)函数说明：
/**
* @brief  Initialize and start the SysTick counter and its interrupt.
*
* @param   ticks   number of ticks between two interrupts
* @return  1 = failed, 0 = successful
*
* Initialise the system tick timer and its interrupt and start the
* system tick timer / counter in free running mode to generate
* periodical interrupts.
*/
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
  if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            
  /* Reload value impossible */ 重装载值必须小于0XFF FFFF,因为这是一个24位的递减计数器

  SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;
     /* set reload register */ //设置重装载值，SysTick_LOAD_RELOAD_Msk定义见后面
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
/* set Priority for Cortex-M0 System Interrupts */
  SysTick->VAL   = 0;
  /* Load the SysTick Counter Value */
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | //配置CTRL寄存器，选择内核时钟FCLK为时钟源（STM32 的FCLK为72M）
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   | //开启SysTick中断
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                   //SysTick使能
/* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
  return (0);
  /* Function successful */
}

与systick相关的寄存器定义
/** @addtogroup CMSIS_CM3_SysTick CMSIS CM3 SysTick
  memory mapped structure for SysTick
  @{
*/
typedef struct
{
  __IO uint32_t CTRL; /*!< Offset: 0x00  SysTick Control and Status Register */
  __IO uint32_t LOAD; /*!< Offset: 0x04  SysTick Reload Value Register       */
  __IO uint32_t VAL; /*!< Offset: 0x08  SysTick Current Value Register      */
  __I  uint32_t CALIB; /*!< Offset: 0x0C  SysTick Calibration Register        */
} SysTick_Type;

与systick寄存器相关的寄存器及位的宏定义
/* SysTick Control / Status Register Definitions */控制/状态寄存器
#define  SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Pos  16      /*!< SysTick CTRL: COUNTFLAG Position */
#define SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk         (1ul << SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Pos)         
/*!< SysTick CTRL: COUNTFLAG Mask */ 溢出标志位

#define SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Pos   2       /*!< SysTick CTRL: CLKSOURCE Position */
#define SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk         (1ul << SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Pos)  
/*!< SysTick CTRL: CLKSOURCE Mask */时钟源选择位，0=外部时钟；1=内核时钟

#define SysTick_CTRL_TICKINT_Pos      1        /*!< SysTick CTRL: TICKINT Position */
#define SysTick_CTRL_TICKINT_Msk           (1ul << SysTick_CTRL_TICKINT_Pos)         
/*!< SysTick CTRL: TICKINT Mask */异常请求位

#define SysTick_CTRL_ENABLE_Pos             0       /*!< SysTick CTRL: ENABLE Position */
#define SysTick_CTRL_ENABLE_Msk            (1ul << SysTick_CTRL_ENABLE_Pos)               
/*!< SysTick CTRL: ENABLE Mask */使能位

/* SysTick Reload Register Definitions */
#define SysTick_LOAD_RELOAD_Pos             0    /*!< SysTick LOAD: RELOAD Position */
#define SysTick_LOAD_RELOAD_Msk            (0xFFFFFFul << SysTick_LOAD_RELOAD_Pos)        
/*!< SysTick LOAD: RELOAD Mask */

/* SysTick Current Register Definitions */
#define SysTick_VAL_CURRENT_Pos             0       /*!< SysTick VAL: CURRENT Position */
#define SysTick_VAL_CURRENT_Msk            (0xFFFFFFul << SysTick_VAL_CURRENT_Pos)        
/*!< SysTick VAL: CURRENT Mask */

/* SysTick Calibration Register Definitions */
#define SysTick_CALIB_NOREF_Pos            31      /*!< SysTick CALIB: NOREF Position */
#define SysTick_CALIB_NOREF_Msk            (1ul << SysTick_CALIB_NOREF_Pos)              
/*!< SysTick CALIB: NOREF Mask */

#define SysTick_CALIB_SKEW_Pos             30       /*!< SysTick CALIB: SKEW Position */
#define SysTick_CALIB_SKEW_Msk             (1ul << SysTick_CALIB_SKEW_Pos)               
/*!< SysTick CALIB: SKEW Mask */

#define SysTick_CALIB_TENMS_Pos             0       /*!< SysTick CALIB: TENMS Position */
#define SysTick_CALIB_TENMS_Msk            (0xFFFFFFul << SysTick_VAL_CURRENT_Pos)        /*!< SysTick CALIB: TENMS Mask */
/*@}*/ /* end of group CMSIS_CM3_SysTick */


void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)
作用：
选择systick的时钟源，AHB时钟或AHB的8分频
库函数中默认使用的是AHB时钟（在SysTick_Config()函数中设置），即72MHz

函数说明：
/**
  * @brief  Configures the SysTick clock source.
  * @param  SysTick_CLKSource: specifies the SysTick clock source.
  *   This parameter can be one of the following values:
  *     @arg SysTick_CLKSource_HCLK_Div8: AHB clock divided by 8 selected as SysTick clock source.
  *     @arg SysTick_CLKSource_HCLK: AHB clock selected as SysTick clock source.
  * @retval None
  */
void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SysTick_CLKSource));
  if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK)
  {
    SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK;
  }
  else
  {
    SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;
  }
}

Systick时钟源的定义：
/** @defgroup SysTick_clock_source
  * @{
  */

#define SysTick_CLKSource_HCLK_Div8    ((uint32_t)0xFFFFFFFB)//将控制状态寄存器的第二位置0，即用外部时钟源
#define SysTick_CLKSource_HCLK         ((uint32_t)0x00000004)//将控制状态寄存器的第二位置1，即用内核时钟
#define IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SOURCE) (((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK) || \
                                       ((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK_Div8))

与systick相关的寄存器的说明

SysTick寄存器说明在《Cortex-M3权威指南》（chap8.SysTick定时器章节）有说明






Systick使用实践

Systick定时时间的设定：

重装载值=systick 时钟频率(Hz)X想要的定时时间（S）
如果时钟频率为：AHB的8分频；AHB=72MHz那么systick的时钟频率为72/8MHz=9MHz
若要定时1秒，则重装载值=9000000X1=9000000，调用函数：SysTick_Config(9000000X1);
若要定时1毫秒，重状态值=9000000X0.001=90000， 调用函数：SysTick_Config( 9000000/1000 );

Systick的中断处理函数

在startup_stm32f10x_hd.s启动文件中有定义。
DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler
根据需要直接编写中断处理函数即可：
Void SysTick_Handler (void)
{ ;}
注意：
如果在工程中，加入了stm32f10x_it.c,而又在主函数中编写中断函数，则会报错。
因为在stm32f10x_it.c文件中，也有这个中断函数的声明，只是内容是空的。
/**
  * @brief  This function handles SysTick Handler.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void SysTick_Handler(void)
{
}

中断优先级的修改

在调用SysTick_Config(uint32_t ticks)之后，调用 void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)。这个函数在core_cm3.h头文件中。
具体内容如下：
/**
* @brief  Set the priority for an interrupt
*
* @param  IRQn      The number of the interrupt for set priority
* @param  priority  The priority to set
*
* Set the priority for the specified interrupt. The interrupt
* number can be positive to specify an external (device specific)
* interrupt, or negative to specify an internal (core) interrupt.
*
* Note: The priority cannot be set for every core interrupt.
*/

static __INLINE void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
{
  if(IRQn < 0) {
    SCB->SHP[((uint32_t)(IRQn) & 0xF)-4] = ((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & 0xff); } /* set Priority for Cortex-M3 System Interrupts */
  else {
    NVIC->IP[(uint32_t)(IRQn)] = ((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & 0xff);    }        /* set Priority for device specific Interrupts  */
}

下面以一个实例来说明：
利用systick来实现以1秒的时间间隔，闪亮一个LED指示灯，指示灯接在GPIOA.8，低电平点亮。

#include "stm32f10x.h"
//函数声明
void GPIO_Configuration(void);//设置GPIOA.8端口
u32 t;//定义一个全局变量
int main(void)
{
// SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
       SysTick_Config(9000000);
       SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
       GPIO_Configuration();
       while(1);      
}

//GPIOA.8设置函数
void GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;//定义一个端口初始化结构体
       RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//打开GPIOA口时钟
       GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//设置为推挽输出
       GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//设置输出频率50M
       GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;//指定第8脚
       GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化GPIOA.8      
       GPIO_SetBits( GPIOA,  GPIO_Pin_8);//置高GPIOA.8，关闭LED
}
//systick中断函数
void SysTick_Handler(void)
{
t++;
       if(t>=1)
       {
              if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8)==1)
              {GPIO_ResetBits( GPIOA, GPIO_Pin_8);}      
       }
       if(t>=2)
       {
              if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8)==0)
                     {GPIO_SetBits( GPIOA, GPIO_Pin_8);}
                     t=0;
       }
}

模拟后的结果
1、8分频后结果

2、直接调用SysTick_Config(9000000);即不分频的结果，间隔为1/8=0.125s


总结：
1、要使用systick定时器，只需调用SysTick_Config(uint32_t ticks)函数即可，
    函数自动完成：重装载值的装载，时钟源选择，计数寄存器复位，中断优先级的设置(最低)，开中断，开始计数的工作。
2、要修改时钟源调用SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)，也可按照 SysTick_Config()中默认设置FCLK不变。
3、要修改中断优先级调用
     void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
应用说明：
1、因systick是一个24位的定时器，故重装值最大值为2的24次方=16 777 215，
   要注意不要超出这个值。
2、systick是cortex_m3的标配，不是外设。故不需要在RCC寄存器组打开他的时钟。
3、每次systick溢出后会置位计数标志位和中断标志位，计数标志位在计数器重装载后被清除，而中断标志位也会随着中断服务程序的响应被清除，所以这两个标志位都不需要手动清除。
4、采用使用库函数的方法，只能采用中断的方法响应定时器计时时间到，如要采用查询的方法，那只能采用设置systick的寄存器的方法，具体操作以后再做分析。

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