11.1 关于SysTick定时器
+ Y/ L* ?% |/ X  X3 JSysTick定时器(又名系统滴答定时器)是存在于Cortex-M3的一个定时器，只要是ARM Cotex-M系列内核的MCU都包含这个定时器。使用内核的SysTick定时器来实现延时，可以不占用系统定时器，节约资源。由于SysTick是在CPU核内部实现的，跟MCU外设无关，因此它的代码可以在不同厂家之间移植。
) z0 {# S% h7 b, z9 R) D
本章将使用系统滴答定时器实现延时函数，注意SysTick用于了HAL库的毫秒级延时函数“HAL_Delay()”，不建议日常使用SysTick去作为其它用途，这里只作为演示。
+ A1 A4 @& ^+ _  R. {$ A" L; n; c
SysTick定时器是一个24位递减定时器，即计数器可以从最大值224开始，每个时钟周期减1，当减到0时，会产生Systick异常，同时再自动重载定时初值，开始新一轮计数。通过设置这个定时初值，就可以实现得到指定时间。如下图 11.1.1 所示，y为定时器初值，然后随着时间增加，值逐渐减小，直至为0，再重新加载初值，如此往复，x1、x2、x3这些时间段，就是我们需要的延时时间。


  G7 K" p; a  V8 [* E0 G* c: o
% V$ e% |, R4 `1 X0 u2 c, X) R图 11.1.1 Systick定时器工作示意图
假设STM32F103工作在72MHz，即72000000Hz，意味着1s时间内，会计数72000000次。那么1ms则计数72000000/1000=72000次。这个72000就可以作为系统滴答定时器的初始值，将这个值写入系统滴答定时器，定时器在每个时钟周期减1，减到0时，就刚好是1ms，同时产生中断通知，再次加载72000如此反复。HAL库提供“HAL_SYSTICK_Config()”函数去设置这个初始值。

9 l; J( k, Z# n9 g4 M- h系统滴答定时器控制寄存器比较少，整体比较简单，借助本次机会详细分析一下寄存器和HAL之间是调用关系。系统滴答定时器只有四个控制寄存器：STK_CTRL，STK_LOAD，STK_VAL和STK_CALIB。因为系统滴答定时器属于Cotex-M3内核的外设，相关寄存器介绍不在《参考手册》，而在《3_STM32F10xx Cortex-M3编程手册》，后简称《编程手册》。

系统滴答定时器控制和状态寄存器（STK_CTRL）
3 |) f- j1 ?9 a/ U. O3 T/ b: I

. \( x' ^2 l" Z
) b2 S& R% s" K9 o重点关注Bit[0]，用于使能系统滴答定时器，Bit[1]使能系统滴答定时器中断，Bit[2]系统滴答时钟的时钟来源。
0 f0 G3 ?7 |3 c2 |! A" J3 _9 L
系统滴答定时器加载值寄存器（STK_LOAD）
- B. b$ T! ?$ i5 R, ?

! F9 {' o5 C+ X. {1 r: f8 L- m! v+ @9 @
Bit[23:0]，一共24位，用来设置系统滴答定时器的初始值，因此范围为1~ 16777216。

( m2 g+ m2 m: S  D系统滴答定时器当前值寄存器（STK_VAL）
3 B' V) z8 n8 J
8 A5 ^4 t3 o5 n

Bit[23:0]，一共24位，用来获取当前系统滴答定时器的计数值。
) b* ~! A  p: x! d6 q( Y. z; E
/ U* j5 E. l+ P系统滴答定时器校准值寄存器（STK_CALIB）
/ s3 o% u0 u$ O- H! H

* {/ G9 Q$ S( @# u: _  v" e
+ c1 l4 @: t9 [5 v这个寄存器没用到，可以不用管。此外，当处理器在调试期间被暂停（halt）时，系统滴答定时器也将暂停运作。
  W' f0 o" B$ x# ]
0 d+ O  O* g) n在理解系统滴答定时器的工作方式，了解系统滴答定时器的寄存器基本信息后，就可以尝试编写程序了。
6 F+ F' q8 R- d; ]0 k, x: N* b- L
( F- A/ {1 m' F. y* ^6 O3 q' P) A
11.2 硬件设计
系统滴答定时器属于Cortex-M3内核资源，不涉及外部硬件电路。实验中会用到LED灯，电路设计参考前面LED点灯实验。

2 x% T9 x9 l. Z) g3 d- d
11.3 软件设计
11.3.1.1 软件设计思路
& |7 U7 _: h- f1 ^实验目的：使用系统滴答定时器实现自定义延时。
' ]( z0 r; a+ }) n, x8 {) D) R
1) 分析HAL库的系统滴答定时器配置函数；
$ K% _9 r. W$ ^# t% {3 K
* a# i/ Z6 U* D* w9 ?9 }5 B0 E3 {3 E2) 初始化系统滴答定时器（设置计数初值、使能等）；
1 q. R$ E$ v3 a  z
; X* ^6 a- p2 l" x1 @# |9 `2 o3) 封装延时函数，设置系统滴答定时器中断处理函数；

4) 主函数调用验证；
2 S' U. q" o0 I0 b# ~. `0 x6 i
* D- O5 V" k' r9 A9 _本实验配套代码位于“5_程序源码\4_基础重点—SysTick定时器”。

. T: e, M( s4 }" e7 }+ K; B5 s' J11.3.1.2 软件设计讲解
1) 分析HAL库的系统滴答定时器配置函数
8 I7 \& T  v, V5 L! I
: ]! t, n: E' f& o! x5 p在HAL库中，使用“HAL_SYSTICK_Config()”函数配置SysTick的初始值。

代码段 11.3.1 SysTick配置函数（stm32f1xx_hal_cortex.c）

1. /**
   : b  p5 S  v3 X; i
2. 
   
3.   * @brief  Initializes the System Timer and its interrupt, and starts the System Tick Timer.
   
4. 
   1 @8 m6 ^& r: t5 ^) b6 k* g
5.   *         Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.
   
6. 
   + a8 K9 T9 e" Z
7.   * @param  TicksNumb: Specifies the ticks Number of ticks between two interrupts.
   & i  {  W2 a' P2 J+ b
8. 
   ( l9 @( w0 T5 M& h
9.   * @retval status:  - 0  Function succeeded.
   5 n6 D7 Z. z  @& U$ e& ]
10. 
    
11.   *                  - 1  Function failed.
    2 H$ R) L& v' D4 `2 t3 e
12. 
    " }) d/ J1 v; Q0 X% [
13.   */
      X3 G# Q1 V$ M5 y% }
14. 
    . T% i5 C' z5 o$ @1 H* v, b8 X
15. uint32_t HAL_SYSTICK_Config(uint32_t TicksNumb)
    
16. 
    6 z$ l3 m3 [4 X% b& r# Q
17. {
    : o. ~# S* {- c% B  y% L
18. 
    5 i7 O6 I: Z; a) J
19.    return SysTick_Config(TicksNumb);
    
20. 
    ( w% g1 c! A0 Y# A
21. }

复制代码

4 s( R3 A6 B, f* N: O( u' @' t" v该函数调用“SysTick_Config()”函数，函数内容如下代码段 11.3.2所示。

代码段 11.3.2 SysTick配置函数（core_cm3.h）

+ `- |& C. ?3 k0 R; W7 n

1. /* ##################################    SysTick function  ############################################ */
   6 w2 P. ?# [* P8 w! {# a% W
2. /**
   & i- x$ ?% q1 M, b( ]1 q
3.   \ingroup  CMSIS_Core_FunctionInterface
   
4.   \defgroup CMSIS_Core_SysTickFunctions SysTick Functions
   $ U9 e) i0 O; U+ z9 E. [
5.   \brief    Functions that configure the System.
   # Q' T0 F% i5 E! M
6.   @{
   ) r5 h/ b9 E& g# \0 K" C
7. */
   2 p8 a- h( v7 x/ B( _3 R
8. 
   
9. 
   
10. 
    / `* I% D1 O" y
11. #if defined (__Vendor_SysTickConfig) && (__Vendor_SysTickConfig == 0U)
    
12. 
    
13. 
    9 H" ]0 c; o4 }. b/ D: l$ [3 X! Q0 Q
14. /**
    
15.   \brief   System Tick Configuration
    ; n. p+ K8 u$ i$ G' ]6 {5 `
16. 
    
17.   \details Initializes the System Timer and its interrupt, and starts the System Tick Timer.
    7 r+ e) o. j9 C+ ^
18.            Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.
    
19.   \param [in]  ticks  Number of ticks between two interrupts.
    ; S% L4 U3 I, _1 o( G% H# O
20. 
    1 ~3 T1 k# R0 [3 ^
21. 
    / A: C' J) G- e, V3 a/ t$ G. G
22. 
    1 ~1 u, H0 b' U) G7 [
23.   \return          0  Function succeeded.
    
24. 
    * N9 @4 G0 C; r$ J- p! z
25.   \return          1  Function failed.
    
26. 
    - d( B& Y5 e) i$ ]1 I
27.   \note    When the variable <b>__Vendor_SysTickConfig</b> is set to 1, then the
    & {: B. Q2 L. t' u5 X* \0 Q
28.            function <b>SysTick_Config</b> is not included. In this case, the file <b><i>device</i>.h</b>
    
29.            must contain a vendor-specific implementation of this function.
    
30. */
    
31. __STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
    * ^$ x* G. k5 R) v  u
32. 
    9 a' G3 E7 @/ b
33. {
    7 o) X( h) P+ t! G) n4 }; k. Q
34. 
    - Q4 x3 S$ i' C  h
35.   if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)
    
36.   {
    
37.     return (1UL);                                                   /* Reload value impossible */
    
38.   }
    ; U3 i  w. Y3 Z  {7 i# [
39. 
    
40.   SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);                         /* set reload register */
    , K+ e0 v0 |6 n
41. 
    
42.   NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL); /* set Priority for Systick Interrupt */
    8 f: a3 V( c& m, z+ F1 b! l4 K+ k
43.   SysTick->VAL   = 0UL;                                             /* Load the SysTick Counter Value */
    
44.   SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
    
45.                    SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
    0 I& P0 }  k# `1 z! C2 P6 r$ d" z
46.                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                         /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
    
47.   return (0UL);                                                     /* Function successful */
    
48. }
    
49. 
    , z8 o) H3 L/ l5 B" @5 e- C/ _8 S+ G% e
50. #endif
    

复制代码

7 E6 f: S4 w4 @6 K' K
24~27行：判断传入的SysTick初始值是否大于最大值224；

9 `/ |3 P* G# v8 a, m) ?) K, o29行：设置SysTick初始值;
' V, @7 T4 }7 z9 Y/ Y: A: p+ e- m
' R+ z, ?) f5 n( s30行：设置SysTick中断的优先级，默认为最低；
& c; I# ?" _7 K+ d; E
31行：将SysTick当前计数值清零；
& s& B; L) s7 X# ^) X
32~34行：设置SysTick的控制和状态寄存器，展开对应的宏，值为“(1<<2) | (1<<1) | (1)”，结合前面STK_CTRL寄存器介绍，可知这里使能了SysTick，使能了SysTick中断，时钟源为AHB。当系统时钟为72MHz时，AHB不分频，也为72MHz，则SysTick的时钟也为72MHz。
6 T' R* t. i! S% C  s
通过对“HAL_SYSTICK_Config()”函数分析，可知只需要传入SysTick初始值，其它的都默认已经设置完成了。
* @7 W, G$ o" o* G% I6 y2 m

) u2 U7 A  _$ P! e5 A: K2) 初始化系统滴答定时器

假设当MCU工作在72MHz，SysTick也工作在72MHz。时钟在1s内完成周期性变化的次数叫做频率（单位：Hz），因此72MHz则表示1秒SysTick计数72000000次，即1毫秒计数72000次。
! q, J/ P6 ~: h/ X
" @* [& P; d# w4 z: ^0 \' M" B因此，如果将72000传入“HAL_SYSTICK_Config()”函数，则SysTick从72000减到0，花费时间为1毫秒，创建函数“SysTickInit()”初始化系统滴答定时器，如代码段 11.3.3 所示。
; }8 j2 p6 y6 I: N' A
代码段 11.3.3 初始化SysTick（driver_systick.c）

1. /*
   
2. 
   : K  _* F6 a) _. A) ]5 w( k+ P% I3 v
3. *  函数名：void SysTickInit(uint32_t cycle)
   
4. 
   
5. *  输入参数：cycle,设置系统滴答时钟周期
   
6. 
   
7. *  输出参数：无
     E' q2 R1 W/ e8 m' M
8. 
   
9. *  返回值：无
   
10. 
    
11. *  函数作用：初始化系统滴答时钟的频率和中断优先级
    
12. 
    # y7 ^' `; H$ c6 R5 W" F
13. */
    ( E, o2 Z' q9 r3 Z
14. 
    # @0 ~; U, O. k9 J& P
15. void SysTickInit(uint32_t cycle)
    ( L; V% E3 i' A$ e4 b' E$ g# Y" V' v
16. 
    
17. {
    
18. 
    
19.     uint32_t init_t = 0;
    3 O6 s' l( B* z; z, w0 m$ q
20. 
    6 s. N  m0 I; E3 m7 O
21. 
    
22. 
    3 T( }; x2 }; u3 O, ^
23.     init_t = SystemCoreClock/cycle;
    1 h: b% A( R$ `! }; Q0 i
24. 
    
25. 
    
26. 
    
27.     /* 时间(单位:s)=1/频率(单位:HZ)
    % v5 [: h; W) L8 y
28. 
    ; Z$ W2 e' }" ]' ~: p9 r! B. D
29.      * SystemCoreClock频率: 72MHz = 72,000,000
    % s1 F7 ^, v% {+ {" g
30. 
    : t4 V' M8 X  H) |/ Z& t( @
31.      * 即MCU 1秒会计数72,000,000次
    
32. 
    4 b7 c1 Q# U' q) ?5 E) ]
33.      *       1ms则计数 72MHz/1000 = 72000次
    
34. 
    
35.      * 72000就是滴答时钟的初始值,它向下计数72000次,计数将变为0,就会产生一次中断
    / b" l$ m& i" l& M" m/ L
36. 
    4 p4 A2 F4 t3 v0 c' V, s, z+ d
37.      * 滴答时钟初始值范围:1~16777216
    7 `, }( v# ]4 j3 b0 |- _
38. 
    9 ^  m2 w) H% W9 L5 [4 r( A
39.      *
    
40. 
    4 K4 P  t7 k* A0 @' n2 p( }
41.      * SystemCoreClock/1000:    1ms中断一次
    / c3 T8 e4 O: A6 B
42. 
    
43.      * SystemCoreClock/100000:  10us中断一次
    4 t  T2 f( w# ?& C2 \# G: k% E  V
44. 
    
45.      * SystemCoreClock/1000000: 1us中断一次
    % C: ^* B# i2 d
46. 
    7 Y# _3 b! `* O/ L/ Y0 K! S
47.      */
    
48. 
    
49.     if(HAL_SYSTICK_Config(init_t) != HAL_OK)
    
50. 
    ! D0 O. a! o* a6 q# }9 x9 }! V
51.     {
    8 G) Q; }2 |$ \
52. 
    1 j4 J4 L" B6 N$ \+ P
53.         Error_Handler();
    
54. 
    ) R( S1 ^$ S+ k2 A1 h
55.     }
    
56. 
    8 b% D! C5 U8 \7 S3 i2 _5 [, w: n
57. 
    
58. 
    + C9 C& `2 q0 ]6 z" q" d; r
59.     // 设置滴答定时器中断优先级：最高
    - Q9 S( U1 u, m+ N7 e& L, {
60. 
    3 R  R4 e; I7 l8 p, f' X; x8 k
61.     HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
    
62. 
    
63.     // 使能滴答定时器中断
    
64. 
    
65.     HAL_NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);
    : v  k# O3 R6 E7 v! m9 Q2 Y1 Q
66. 
    1 O! F4 u: G7 z, ^  W$ [
67. }

复制代码

12行：使用HAL库提供的全局变量“SystemCoreClock”获取当前系统时钟，再根据传入的cycle，计算出SysTick的初始值； 

25~28行：使用“HAL_SYSTICK_Config()”函数设置SysTick的初始值，并检测是否设置成功;

31行：设置滴答定时器中断优先级，这里设置为最高。前面分析“HAL_SYSTICK_Config()”函数，知道该函数也会设置中断优先级，这里重新设置为最高优先级，在当前示例里，SysTick中断的优先级不重要；

33行：使能SysTick中断；这里是使能NVIC，而“HAL_SYSTICK_Config()”函数使能的是SysTick；

为了方便修改SysTick的初始值，这里定义几个常见的延时周期，如代码段 11.3.4 所示。当需要延时周期为1毫秒时，传入“CYCLE_1MS”给“SysTickInit()”，则SysTick计数到零花费1毫秒

: h. b) o' g7 f" K! G代码段 11.3.4 定义延时周期（driver_systick.h）
$ V  S% p+ f7 X9 Z: I8 G5 e

1. #define CYCLE_100MS   10
   
2. 
   
3. #define CYCLE_10MS    100
   
4. 
   
5. #define CYCLE_1MS     1000
   ; j& D8 D9 p" v- E% r. `& y
6. 
   
7. #define CYCLE_100US   10000
   - A6 [$ h2 Z% H8 l, K" ^: j
8. 
   & h6 q, Q) x2 U2 y' B% A
9. #define CYCLE_10US    100000
     p+ b+ F. B& }3 s! I# k3 X9 z
10. 
    
11. #define CYCLE_1US     1000<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">000</span>

复制代码

* Z4 S; ?' k" y$ H5 f) G3 d% l) A3) 封装延时函数，设置系统滴答定时器中断处理函数
) e/ z9 F, x" L7 O. Q- a% T
创建延时函数“SysTickDelay()”，在该函数里设置自定义全局变量systick_t的初始值，SysTick每计数完一次则进入SysTick中断，将全局变量systick_t的值减1，如代码段 11.3.6 所示。一直到systick_t变为零，结束延时，如代码段 11.3.5 所示。
/ G# Y* R9 |& Q- S- h
. L0 w' `# `% X6 i( x4 h代码段 11.3.5 SysTick延时函数（driver_systick.c ）

- V: B' o  }+ |4 U# C. |

1. /*
   " E" \2 M3 }$ k% N7 L' t% M; P
2. 
   
3. *  函数名：void SysTickDelay(uint16_t m)
   
4. 
   2 s) R0 l5 T. s3 z
5. *  输入参数：m-延时时间
   
6. 
   : `' w2 T! l2 g$ y: V
7. *  输出参数：无
   5 ~$ ]4 r7 L6 K5 A* @0 U3 y8 h
8. 
   
9. *  返回值：无
   4 Z4 ^! d5 N8 U- C  j0 U1 W
10. 
    
11. *  函数作用：滴答定时器实现的延时函数
    ( S9 a9 J, M5 _
12. 
    
13. */
    
14. 
    / s; D: c! {7 F- a6 _
15. void SysTickDelay(uint32_t m)
    , |- M4 d: J" q4 B3 B- A7 q% z* ]
16. 
    
17. {
    
18. 
    " s8 ^- j  x4 I& s/ H% i" t. q
19.     systick_t = m;
    
20. 
    # N8 G2 U4 f0 e
21.     while(systick_t != 0);
      Q3 L$ j' U2 x9 O
22. 
    
23. }
    
24. 
    
25. 
    
26. 代码段 11.3.6 SysTick中断处理函数（stm32f1xx_it.c）
    
27. 
    - H+ x, e3 C( _
28. /*
    
29. 
    1 X! I3 h1 z: L# C( i, M& _
30.   * @brief  This function handles SysTick Handler.
    ' d, n; U, |# Y3 z/ u
31. 
    
32.   * @param  None
    2 ]: {) A- N* v! a1 J1 Z; e8 A
33. 
    
34.   * @retval None
    8 o/ E7 n; G! P( l! b7 J
35. 
    
36.   */
    + Y/ A1 ^* l" |. d" S. l
37. 
    
38. void SysTick_Handler(void)
    / y  z+ ?: o. v% R, C" o2 ^
39. 
    . z% b5 N3 ^7 N1 `. g; S0 o0 T
40. {
    1 S- U+ Y" K6 v, T, B! W+ j  V6 B: }
41. 
    
42.     HAL_IncTick();
    0 Y2 _$ R2 ^0 N2 \
43. 
    / c) @, U. j1 A+ Y! q* u
44.     if(systick_t)
    , L( _3 \) O; ^) r: l  O
45. 
    6 W" o6 l+ }7 e8 @5 W  _
46.     {
    
47. 
    
48.         systick_t--;
    
49. 
    
50.     }
    + p* ^5 w* c, j
51. 
    
52. }

复制代码

0 o/ _6 _  ^9 M- H( k6 N4) 主函数调用验证
; e5 ~+ S0 G: ^7 U$ q
代码段 11.3.7 SysTick延时点灯（main.c）
4 J* t" {: x$ b! N7 l. `

1. /*
   
2. 
   
3. * 初始化滴答时钟
   
4. 
   , `; {0 U! x- h. D- K
5. * 通过改变传入参数改变滴答时钟的频率，即SysTickDelay(1)的时长
   ! Y# J# Q: R" n8 M& G3 ?
6. 
   - G, S8 w: P* v( b
7. */
   
8. 
   
9. SysTickInit(CYCLE_1MS);
   1 d4 R- u+ m5 |; @, _9 z6 @
10. 
    
11. 
    
12. 
    
13. // 初始化LED
    
14. 
    1 R; o- i. o" d. f) F' o& B
15. LedGpioInit();
    
16. 
    
17. while(1)
    
18. 
    
19. {
    
20. 
    
21.     /* 通过延时一段时间让LED亮灭实现LED闪烁，可以通过示波器打LED的引脚反转周期，精确看时间是否与设置的一致*/
    . M; G) |2 o: v1 L
22. 
    
23.     BLED(ON);             // 点亮LED
    
24. 
    
25.     SysTickDelay(1000);   // 延时CYCLE_1MS*1000=1s
    9 }- h6 {4 i9 [, ~+ a- C0 N
26. 
    
27.     BLED(OFF);            // 熄灭LED
    
28. 
    
29.     SysTickDelay(1000);   // 延时CYCLE_1MS*1000=1s
    : a; h- g; I; |  S4 \% Q
30. 
    
31. }

复制代码

* o0 |& X; ?! e2 O# x" m6 w5行：初始化SysTick，这里传入CYCLE_1MS，则延时函数“SysTickDelay()”的单位为1毫秒；
& R, }. \! o9 U: g( N+ ^
5 R" S0 b4 I; b8 X5 D0 Y7~16行：初始化LED，调用延时函数“SysTickDelay()”，传入1000，则延时为1秒；
; B# R7 A* M" A. \4 e4 W1 z5 w( K
/ z: `+ v7 l! g# {8 i7 Q1 E+ \' A
0 V" E7 j1 x- i, G7 Z/ R2 d! T
7 g  l& g) X/ t% u11.4 实验效果
本实验对应配套资料的“5_程序源码\4_基础重点—SysTick定时器\”。打开工程后，编译，下载，可以看到蓝色LED灯间隔1秒，交替闪烁。读者可修改代码段 11.3.7 中的第5行时钟周期，或者13、15行的延时时间，改变LED灯的闪烁间隔时间。
; v# N  u/ j7 h% t. F7 ]
通过LED展示SysTick的延时结果不够严谨，有条件的读者可以使用示波器或逻辑分析仪，触碰LED灯焊盘的引脚，测试翻转时间，如图 11.4.1 所示，分别修改延时时间10us、1ms、1s后逻辑分析仪测量值。
0 R: c3 b' G  H6 ~4 h& l


% l+ J9 Z8 `, {+ F( p* L9 W! S图 11.4.1 逻辑分析仪测试SysTick延时


5 i* O0 j& ^( U1 c$ v: H