STM32F4中的有关SysTick和延时函数的理解（HAL库）_hal库systick延迟函数

说到单片机的延时函数，对于很多人来说并不陌生，在F4Cube Hal库中不就是HAL_Delay()函数而已么，但是实际上，简单的HAL_Delay函数的实现原理，并不是那么容易看明白。

HAL库中SystemCoreClock的变化过程如下表所示（最终的值取决于在CubeMX中的时钟树配置中的系统时钟SYSCLK）

最终SystemCoreClock的更新值在stm32f4xx_hal_rcc.c的第708-712行完成，如下

 /* Update the SystemCoreClock global variable */
  SystemCoreClock = HAL_RCC_GetSysClockFreq() >> AHBPrescTable[(RCC->CFGR & RCC_CFGR_HPRE)>> RCC_CFGR_HPRE_Pos];
 
 /* Configure the source of time base considering new system clocks settings */
 HAL_InitTick (TICK_INT_PRIORITY);

STM32F407的时钟树配置如下图：

 

1.HAL_Delay函数

要明白HAL_Delay函数的原理，就不得先去理解SysTick的概念

Cortex -M内核的系列处理器，内部包含了一个SysTick （System tick）定时器，SysTick 是一个24 位的向下计数（倒计）定时器，它的时钟可以是系统时钟HCLK，也可以是对HCLK分频后的时钟。

当计到0 时，将从RELOAD 寄存器中自动重装载定时初值。在倒计时完成时，就会产生一个中断，中断服务函数为SysTick_Handler。当SysTick的频率和RELOAD重装载值（计数值）保持不变，中断就会以固定的时间间隔发生，此时如果在中断服务函数在对其内部预设的某一变量进行累加（或递减），就可以产生延时效果。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。

HAL_Delay函数就是利用的SysTick的上述特点

2.采用while()或for循环函数实现延时

详细分析：https://stm32f4-discovery.net/2014/09/precise-delay-counter/

要使用while等循环函数进行延时，就得要知道while一次会执行多长时间，也就是消耗多少个MCU Clock Cycle，对于F4来说，经过测试，一次while(variable--)为4个tick，因此对于毫秒级的延时来说，如果采用16Mhz的SysTick，则16tick为1us，4次简单的while循环为1us。

uint32_t multiplier;
void Delay_Init(void)
{
    /* while loop takes 4 cycles */
    /* for 1 us delay, we need to divide with 4M */
    multiplier = HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 4000000; 
}
}

最后一行的意思是1us延时，需要的while运行次数（System clock / (1MHz * 4 Tick)）。经过测试，在while中的运算与函数调用会消耗10个tick，因此可以在最终延时结果中减去者10个tick就可以降低误差

void DelayUs(uint32_t micros)
{
    /* multiply micro with multipliter */
    micros = multiplier * micros - 10;
    /* 4 cycles for one loop */
    while(micros--);
}
 
 
void DelayMs(uint32_t mills)
{
    /* multiply mills with multipliter */
    mills = multiplier * mills * 1000 - 10;
    /* 4 cycles for one loop */
    while(mills--);
}

3.非中断形式的delay（对SysTick的CTRL进行查询，实现延时）

参考正点原子delay函数，改写为HAL库适用

#include "delay.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"
//初始化延迟函数
//当使用OS的时候,此函数会初始化OS的时钟节拍
//SYSTICK的时钟需要通过时钟树配置，可选为HCLK系统时钟，也可8分频HCLK_DIV8系统时钟
//SYSCLK:系统时钟频率HCLK
 
static uint8_t  fac_us=0;							//us延时倍乘
 
void delay_init(void)
{
    HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK); //SysTick频率为HCLK
    fac_us=(uint32_t)HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000;	//不论是否使用OS,fac_us都需要使用 
}
 
//延时nus
//nus为要延时的us数.	
//nus:0~190887435(最大值即2^32/fac_us@fac_us=22.5)	 
void delay_us(uint32_t nus)
{		
	uint32_t ticks;
	uint32_t told,tnow,tcnt=0;
	uint32_t reload=SysTick->LOAD;				//LOAD的值	    	 
	ticks=nus*fac_us; 						//需要的节拍数 
	told=SysTick->VAL;        				//刚进入时的计数器值
	while(1)
	{
		tnow=SysTick->VAL;	
		if(tnow!=told)
		{	    
			if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;	//这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
			else tcnt+=reload-tnow+told;	    
			told=tnow;
			if(tcnt>=ticks)break;			//时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
		}  
	};
}
 
//延时nms
//nms:要延时的ms数
void delay_ms(uint16_t nms)
{
	uint32_t i;
	for(i=0;i<nms;i++) delay_us(1000);
}

在STM32F4Discovery 开发板的实测结果如下

 

4.dwt_stm32_delay.c/h（HAL库）

关于DWT的内容，可以参考这里：

• [野火]一种Cortex-M内核中的精确延时方法-ns级别-DWT
• https://www.youtube.com/watch?v=iq6j1hGTVR8

 

DWT延时函数源码下载地址：https://controllerstech.com/create-1-microsecond-delay-stm32/

参考资料：

• STM32固件库使用手册的中文翻译版.pdf
• https://forum.mianbaoban.cn/topic/61447_1_1.html
• https://blog.csdn.net/qq_17351161/article/details/89216473
• https://stm32f4-discovery.net/2014/09/precise-delay-counter/
• https://www.cnblogs.com/ollie-lin/p/10057884.html