STM32F030 Nucleo-做個(gè)準(zhǔn)確的延時(shí)SysTick

時(shí)間：2018-11-23 11:30:12

關(guān)鍵字： ARM stm32f030 操作系統(tǒng)

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[導(dǎo)讀]寫過單片機(jī)程序的人都知道，軟件延時(shí)是不準(zhǔn)確的，當(dāng)然，當(dāng)在我們可接受的情況下，很多地方還是用軟件延時(shí)的!但是在情況允許的條件下，我們還是希望延時(shí)越準(zhǔn)確越好，這樣可以保證我們Demo的一些精度或者時(shí)候準(zhǔn)確

寫過單片機(jī)程序的人都知道，軟件延時(shí)是不準(zhǔn)確的，當(dāng)然，當(dāng)在我們可接受的情況下，很多地方還是用軟件延時(shí)的!但是在情況允許的條件下，我們還是希望延時(shí)越準(zhǔn)確越好，這樣可以保證我們Demo的一些精度或者時(shí)候準(zhǔn)確性。

在所以的ST32位MCU中，基本上都存在這么一個(gè)定時(shí)器，很多人都叫它“滴答定時(shí)器”，也就是SysTick，在我移植過的好幾個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，這個(gè)滴答定時(shí)器都用來(lái)作為操作系統(tǒng)調(diào)度的定時(shí)器了。其實(shí)這個(gè)定時(shí)器的使用非常簡(jiǎn)單，但是基本上很多人又覺得它是神秘的!為毛呢??打開MCU的DadaSheet，參考手冊(cè)，都很少提到SysTick，并且提到的地方也就是一句話帶過，庫(kù)手冊(cè)也就是說(shuō)明一下操作它的接口!然后!然后!然后就沒有然后了。

那么我們?cè)趺礃邮褂盟??有可能我們根本就不了解這個(gè)定時(shí)器，就算它再簡(jiǎn)單，沒資料，呵呵!玩起來(lái)也是很費(fèi)勁的啊!這個(gè)疑問先放起來(lái)!看看下一個(gè)疑問??

文章的開頭不是“做個(gè)準(zhǔn)確的延時(shí)”么??那么它和SysTick有毛關(guān)系呢??(可能多遠(yuǎn)單片機(jī)程序員來(lái)說(shuō)，延時(shí)就是：delay_ms(x)這種)，其實(shí)我就想用SysTick來(lái)給我做延時(shí)，因?yàn)镸CU的運(yùn)行時(shí)鐘在配置好之后，就基本上是穩(wěn)定的了!穩(wěn)定的時(shí)鐘數(shù)山羊，那就可以計(jì)算出每數(shù)一次山羊所用的時(shí)間，更可以算出在一定時(shí)間內(nèi)能數(shù)多少只山羊了(還記得小時(shí)候的數(shù)山羊游戲嗎?)。所以就是利用這么個(gè)思想來(lái)干這種事。

當(dāng)然，問題又來(lái)了，STM32有那么多個(gè)通用定時(shí)器和特殊定時(shí)器，干嘛非得用SysTick啊??我個(gè)人給的答案就是：(1)只要你開心，想怎么樣都好。(2)對(duì)于通用定時(shí)器和特殊定時(shí)器而言，他們除了定時(shí)功能之外，還有其他的很多特殊復(fù)用功能，比如說(shuō)PWM的輸出等等，非得這么干的話你這是在浪費(fèi)資源(當(dāng)然，你若開心，便是晴天)，然而，SysTick據(jù)我本人所知，它就是ARM核用來(lái)數(shù)山羊的，就這么個(gè)定時(shí)計(jì)時(shí)功能，不用它用誰(shuí)??

回到最上面的問題，我們?cè)趺词褂肧ysTick定時(shí)器呢??

首先，第一件事就是找到它再時(shí)鐘樹的位置(還是時(shí)鐘樹，可以想想它的地位有多重要了)。如下圖：

上圖還是時(shí)鐘樹(Clock Tree)從上圖我們可以得到這么幾個(gè)信息：

(1)SysTick就是內(nèi)核系統(tǒng)定時(shí)器(不管它，咱還是叫滴答定時(shí)器)

(2)SysTick的時(shí)鐘源來(lái)自HCLK

(3)SysTick的時(shí)鐘為HCLK的8分頻，即Fsystick = HCLK/8

(4)藍(lán)色框表示系統(tǒng)時(shí)鐘咱在前面的帖子已經(jīng)配置好了!哈哈!

好!第一件事干完了，也得到了相應(yīng)的信息，那么咱們干第二件事：

還記得在準(zhǔn)備資料的時(shí)候，特別提示，一點(diǎn)要將MCU的編程手冊(cè)下載下來(lái)嗎???在這里就用到它了!

就是上圖這個(gè)東西，名字叫STM32F0xxx Cortex-M0 programming manual ---->STM32F0xxx 系列Corte-M0編程手冊(cè)。

打開這個(gè)手冊(cè)，我們可以看到很多的東西，我簡(jiǎn)單介紹一下吧!

瀏覽整個(gè)目錄，分為5章，如下：

第一章從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，可能不是那么重要，但是對(duì)于不了解ST說(shuō)明文檔的布局的童鞋而言，我個(gè)人認(rèn)為還是必須瀏覽第一章的，因?yàn)樗榻B了，本文檔的格式和關(guān)鍵詞使用還有必要的說(shuō)明格式等，再就是簡(jiǎn)單的介紹了文章的布局，和所包含的內(nèi)容，這對(duì)于閱讀文檔，找到想要的資料是最快速的方法。

第二章基本上就是對(duì)Cortex-M0內(nèi)核的簡(jiǎn)單介紹了，比如模式，堆棧，內(nèi)核寄存器，數(shù)據(jù)類型，內(nèi)存，低功耗模式等等的介紹了。

第三章看到這些想都不用想，就知道這是Cortex-M0內(nèi)核的匯編指令，操作指令了。

第四章，哈哈哈哈哈哈!看到標(biāo)題沒??Core peripherals 我想英語(yǔ)水平再差的人都知道這是Cortex-M0的核心外設(shè)了，那就是說(shuō)這是ARM架構(gòu)Cortex-M0核有的東西，并不只有ST的才有。OK!SysTick就是核心外設(shè)之一啦!這就是為毛找它的原因了啊!哈哈!!等等，還有第五章，得裝完B再說(shuō)。

下去!看看!就可以看到!第五章就是記錄著修訂歷史的，如下圖：

從這個(gè)圖我們可以得知，第一次出這個(gè)文檔的時(shí)間，而且從未修改過!哈哈 !不管了!談?wù)劯惺苄?/p>

首先，我覺得這個(gè)手冊(cè)是寫給程序員看的!它不是真正的Cortex-M0手冊(cè)，因?yàn)閺氖謨?cè)的內(nèi)容來(lái)看，它再教我們?cè)趺词褂?，怎么寫程序配置，而不是解釋Cortex-M0內(nèi)核(當(dāng)然，從名字就知道了!哈哈!)。這一點(diǎn)很重要，所以它是非常重要的手冊(cè)，比庫(kù)函數(shù)手冊(cè)重要N倍。

OK!廢話了一大堆!先把滴答定時(shí)器用起來(lái)吧!

第一件事，找到庫(kù)中相應(yīng)的操作函數(shù)接口，所以我在keil中全工程搜索了一下，結(jié)果如下：

從上圖可以看出了，只看到了兩個(gè)與SysTick相關(guān)的函數(shù)(我用紅框標(biāo)出了)，分別是：void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)函數(shù)和__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)函數(shù)，(在Linux中__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)這種類型的函數(shù)叫內(nèi)聯(lián)函數(shù)，不知道這是不是這樣叫)，其中，void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)函數(shù)的作用，是是選擇SysTick的時(shí)鐘和初始化SysTick(從注釋和函數(shù)名就可以看出來(lái)了)。__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)函數(shù)就是“The function initializes the System Timer and its interrupt, and starts the System Tick Timer.

Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.”初始化SysTick和中斷，開啟定時(shí)器。

從注釋上來(lái)分析，要讓SysTick跑起來(lái)使用這兩函數(shù)的確足夠了，但是想想哪里不對(duì)勁啊??咱的目的是做個(gè)延時(shí)程序，希望能夠精確的延時(shí)，并且咱隨時(shí)指定延時(shí)多久，這怎么還玩起中斷來(lái)了，不對(duì)，不對(duì)，這不靠譜(我說(shuō)的不靠譜是和我們的目的不靠譜，并非這個(gè)庫(kù)不靠譜，哈哈!)，唉!沒辦法，只能對(duì)ST的攻城獅說(shuō)，你不給咱寫好，咋就自己玩了!哈哈!那砸門就自己玩!

那么怎么玩呢???這就是為毛在開篇的時(shí)候一大堆廢話談《Cortex-M0編程手冊(cè)》的原因了，咱自己玩，得靠它啊!OK!繼續(xù)--0------>

看到上圖，我想再不明白的人也要明白了!這就清清楚楚的介紹了SysTick的使用了哈!(翻譯就算了，水平太菜了，不惡心人了)。

繼續(xù)曬圖：

哈哈哈!看到了沒??SysTick的寄存器被我看到了!既然看到了寄存器，那要搞它就不難了。哈哈!繼續(xù)再往下!再往下!再往下!

嘎嘎!你看到的沒錯(cuò)，你沒眼花，這里清清楚楚的說(shuō)明了SySTick的第一個(gè)寄存器STK_CSR的功能和使用了。東西比較少，我就解釋一下：

Bit 0 ----- 0位，SysTick的開關(guān)，置1使能

Bit 1-----1位，SysTick的異常開關(guān)，其實(shí)就是中斷開關(guān)，置1，當(dāng)SysTick計(jì)時(shí)到0時(shí)，產(chǎn)生中斷

注意：SysTick數(shù)山羊的方式和咱小時(shí)候玩的不太一樣，人家要倒著數(shù)，到0說(shuō)明完成一次數(shù)山羊

Bit 2-----2位，SysTick的時(shí)鐘資源選擇，置0，使用外部參考時(shí)鐘;置1，使用處理器的時(shí)鐘

Bit 16---16位，定時(shí)器數(shù)山羊數(shù)到0的時(shí)候，返回1

這個(gè)寄存器就這么愉快的搞定了!!!哈哈哈哈!繼續(xù)裝B!

看到這個(gè)，就知道了，STK_RVR寄存器就是SysTick的裝載寄存器了，用來(lái)裝山羊的個(gè)數(shù)的嘛，哈哈!但是注意哦，因?yàn)镾ysTick是24位的定時(shí)器(前面文檔有介紹)，所以別越界了哦!越界就像是用個(gè)吃飯的碗來(lái)裝一桶水，肯定裝不完啦!肯定會(huì)溢出啦!不懂啥事溢出的話，就想想水從碗里溢出來(lái)的現(xiàn)象哈哈!只是在這里是數(shù)據(jù)溢出而言!

所以這個(gè)寄存器沒啥好解釋的了(沒解釋也廢話了半天。。。汪汪)!

看看下一個(gè)：

看標(biāo)題就知道了，SysTick的當(dāng)前計(jì)數(shù)值寄存器，想知道此時(shí)計(jì)數(shù)到哪里了，讀它就好了!

下一個(gè)!

SysTick的校準(zhǔn)定時(shí)器!!!!咱不校準(zhǔn)，想校準(zhǔn)的童鞋自己看看!多么簡(jiǎn)單的東西!

到這里，我們得到的信息是：

(1)我們需要操作的寄存器：STK_CSR、STK_RVR和STK_CVR

(2)寄存器的地址：如下圖

現(xiàn)在要干的第一件事是，我們應(yīng)該怎樣才能操作寄存器：

方法1：直接操作

在頭文件里直接定義這三個(gè)寄存器的物理地址(特別注意：寄存器是32位的)，相應(yīng)操作寄存器的某一位只需要操作TK_CSR、STK_RVR和STK_CVR的相應(yīng)的某一位即可。就是這么簡(jiǎn)單!

方法2：使用庫(kù)的定義

在core_m0.h文件中，有如下定義：

從注釋來(lái)看，它說(shuō)這就是SysTick的寄存器結(jié)構(gòu)體!OK!怎么證明呢??

再往下：

有這么幾個(gè)信息：

(1)基地址為 SCS_BASE (0xE000E000UL) ，即基地址就是0xE000E000了

(2)SysTick的基地址為：(SCS_BASE + 0x0010UL)，即為：0xE000E010 咦是不是和STK_CSR寄存器地址一樣了呢??對(duì)的，就是一樣的，再往下

(3)宏#define SysTick ((SysTick_Type *) SysTick_BASE )，首先SysTick的基地址SysTick_BASE被強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)體SysTick_Type類型的指針(也就是以這個(gè)地址為起點(diǎn)sizeof(SysTick_Type)大小的空間成為這個(gè)結(jié)構(gòu)體類型)，然后定義成宏SysTick，所以宏SysTick就成為了SysTick_Type的指針。再往下分析：

(4)分析得下圖：

SysTick的地址就是0xE000E010了，而根據(jù)結(jié)構(gòu)體的貼心，第一個(gè)成員的地址和結(jié)構(gòu)體的地址值是相等的，所以就有了上圖(要是不懂的話，建議好好的去補(bǔ)補(bǔ)C語(yǔ)言，把基本功打扎實(shí)了，沒點(diǎn)功力腫么能玩轉(zhuǎn)物理地址呢??)，所以，結(jié)構(gòu)體的成員和SysTick的寄存器就對(duì)應(yīng)上了。哈哈!其實(shí)ST的庫(kù)里面的寄存器的結(jié)構(gòu)都是這么干的，定義寄存器的方法都是一樣的!

當(dāng)然，喜歡玩寄存器的童鞋，我建議就應(yīng)該用以上的方法1的方法，這才是玩寄存器啊，!直接使用ST定義好的結(jié)構(gòu)，多沒意思!!哈哈!!

好的!完事具備!只欠程序了!如下：

首先，先定義兩個(gè)本文件全局變量(記住這兩個(gè)全局變量只適用在本文件)，分別是：fac_ms和fac_us，啥意思呢??它倆就是分別用來(lái)記錄1ms和1us時(shí)間內(nèi)SysTick能計(jì)的數(shù)。

變量定義玩了，就是初始化SysTick了!其實(shí)初始化SysTick就是一句話SysTick->CTRL = 0xfffffffb;，就是操作TK_CSR寄存器。至于為毛是這個(gè)值，那就自己看手冊(cè)了!

但是，其實(shí)適用庫(kù)函數(shù)接口也是可以的：就是這個(gè)：

void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)，這個(gè)函數(shù)的注釋是選擇SysTick的時(shí)鐘，其實(shí)就是初始化了，但是必須注意：參數(shù)必須是：SysTick_CLKSource_HCLK_Div8即HCLK的8分頻，證據(jù)就是前面的時(shí)鐘樹。但是將到這里咱不放看看這個(gè)函數(shù)的原型，

從函數(shù)中，也可以看出也是操作TK_CSR寄存器，因?yàn)閰?shù)必須是SysTick_CLKSource_HCLK_Div8，所以我們可以看看SysTick_CLKSource_HCLK_Div8的定義值如何：

看到?jīng)]：SysTick_CLKSource_HCLK_Div8的值也是0xFFFFFFFB

OK!初始化解決了!那么，這個(gè)初始化函數(shù)還有一個(gè)參數(shù)，干啥的呢??其實(shí)就是系統(tǒng)時(shí)鐘啦!比如，咱的系統(tǒng)時(shí)鐘已經(jīng)配置成48MHz，那么調(diào)用的時(shí)候，直接SysTick_Init(48);即可，其實(shí)這個(gè)參數(shù)就是用來(lái)計(jì)算fac_ms和fac_us的值的，公式如下：

SysTick的時(shí)鐘：Fsystick = HCLK/8

SysTick計(jì)數(shù)一次的時(shí)間：Tsystick = 1/Fsystick

有了以上兩個(gè)公式(對(duì)于哪來(lái)的公式，別問我，問手冊(cè)去)，那么計(jì)算fac_ms和fac_us的值就不難了!哈哈!OK!初始化結(jié)束。

咱們來(lái)個(gè)毫秒延時(shí)：

上面函數(shù)的意思就是：延時(shí)nms，比如需要延時(shí)100毫秒，就調(diào)用：delay_ms(100);即可。

那么實(shí)現(xiàn)是怎么樣的呢??

其實(shí)在編程手冊(cè)里面就教了我們?cè)趺词褂茫?/p>

哈哈!人家明明白白的告訴了咱怎么使用，并且列出了1,2,3，那咱就不能客氣了!哈哈!

1.將計(jì)數(shù)值裝載到裝載寄存器

2.清空計(jì)數(shù)器

3.計(jì)數(shù)開始

4.等等計(jì)數(shù)到達(dá)