11.1 关于SysTick定时器
SysTick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。

0 T( k% a) a, l) |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。

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。
  T0 c. Y& G/ t- b$ A
( u6 q7 B( h. a4 Q, O& f+ P
  {5 b6 J! o1 I6 f% {  }4 u3 q7 _

" |& Z* g) ^/ ]- Y

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。
* P# G! n7 [  v" @) R' t3 m3 ~: c
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》。
* B* r. d8 v7 ^2 y2 g  u3 v% i
系统滴答定时器控制和状态寄存器（STK_CTRL）

# }$ A5 ~, j$ _7 [: ]) u
/ Q7 L; K1 _; p* y! T5 a5 L
9 Y2 w0 V& F$ Y, a3 h. N! f+ N3 ~
9 m9 d" q* Z& g0 ~  l0 x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。
9 k/ [! B1 L4 C7 W2 I2 b
. V. r$ D- z: ^6 [2 {7 Z% J$ J: @系统滴答定时器加载值寄存器（STK_LOAD）
/ j. n0 T. o7 g2 k' e, C, F
4 ?& ?8 V" B6 u& ?8 K- Q& p( f
! `# U. F" R  m- v. K. f4 R

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。

$ \/ r2 |4 v5 o* H- b1 P系统滴答定时器当前值寄存器（STK_VAL）
* E8 d% B4 X% _8 t/ H* [& @& M

- J/ Q9 K6 Y! N0 {) ], @
2 G4 t/ N$ k. sBit[23:0]，一共24位，用来获取当前系统滴答定时器的计数值。
* a* J& w' w( ^0 k6 u! o- Q  z0 s系统滴答定时器校准值寄存器（STK_CALIB）
- A' l! v$ l# @


0 e# K" k% T% ?3 E" h# [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。


8 c- U! R) T; y$ K2 ?5 m
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。
% C4 M$ C# b6 m5 c( B
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。
* \" b6 {) p% t* T& d: x2 d4 D

11.3 软件设计
11.3.1.1 软件设计思路
实验目的：使用系统滴答定时器实现自定义延时。

5 c0 t4 q4 \6 X8 h1) 分析HAL库的系统滴答定时器配置函数；

$ k6 J8 s$ `* l4 R2) 初始化系统滴答定时器（设置计数初值、使能等）；

3) 封装延时函数，设置系统滴答定时器中断处理函数；
4 B$ e! `8 u& ?
4) 主函数调用验证；

本实验配套代码位于“5_程序源码\4_基础重点—SysTick定时器”。
( q9 Z; B2 k, b# T
  U' g" m3 W8 V5 \$ i5 d

' K7 U- _: o% Z# l7 S4 d  R11.3.1.2 软件设计讲解
$ o6 o0 m9 {. ]% E! E1 |1) 分析HAL库的系统滴答定时器配置函数

在HAL库中，使用“HAL_SYSTICK_Config()”函数配置SysTick的初始值。
. X! p: F8 ?( q" M! g& y
代码段 11.3.1 SysTick配置函数（stm32f1xx_hal_cortex.c）

9 e2 B9 G2 K( g. L

1. /**
   
2. 
   
3.   * @brief  Initializes the System Timer and its interrupt, and starts the System Tick Timer.
   8 D2 k/ M+ J( z/ d- t
4. 
   3 C1 Q% \8 E0 q8 v% D8 x5 }& n
5.   *         Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.
   
6. 
   
7.   * @param  TicksNumb: Specifies the ticks Number of ticks between two interrupts.
   
8. 
   
9.   * @retval status:  - 0  Function succeeded.
   6 y' z0 `% O, q' T; S7 L2 D
10. 
    ) b( X) m& U9 x, a0 V1 [
11.   *                  - 1  Function failed.
    
12. 
    
13.   */
    
14. 
    " g0 K9 T& d5 P) C% Q4 }
15. uint32_t HAL_SYSTICK_Config(uint32_t TicksNumb)
    
16. 
    
17. {
    
18. 
    
19.    return SysTick_Config(TicksNumb);
    , F8 z, P7 k3 l. h& m5 n. q
20. 
    ' v" u! h4 c9 F
21. }

复制代码

该函数调用“SysTick_Config()”函数，函数内容如下代码段 11.3.2所示。
8 l$ |6 h( ^) m6 K
代码段 11.3.2 SysTick配置函数（core_cm3.h）

3 I; u6 z; ~# k8 v

1. /* ##################################    SysTick function  ############################################ */
   8 b+ [* g+ k4 Y$ d) _8 ~3 o/ i
2. /**
   
3.   \ingroup  CMSIS_Core_FunctionInterface
   / z$ X6 U1 e- L
4.   \defgroup CMSIS_Core_SysTickFunctions SysTick Functions
   
5.   \brief    Functions that configure the System.
   ) N- f, [/ U* Z- Z$ ^4 V
6.   @{
     R0 H1 @2 m. W7 F7 P, f3 m+ c
7. */
   
8. 
   * L8 g. o7 |$ U6 P0 ~
9. 
   ! c1 F+ |: |- `; I9 n* {: c5 M
10. 
    " m+ `4 H. B- d# s, D
11. #if defined (__Vendor_SysTickConfig) && (__Vendor_SysTickConfig == 0U)
    * y# U. G2 t8 e3 o9 `3 g
12. 
    
13. 
    
14. /**
    
15.   \brief   System Tick Configuration
    3 L6 _+ \$ S9 y% O" `6 I) e& O6 L6 H
16. 
    
17.   \details Initializes the System Timer and its interrupt, and starts the System Tick Timer.
    4 Z7 b9 Y% V4 U# Y$ S  a  g  I
18.            Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.
    
19.   \param [in]  ticks  Number of ticks between two interrupts.
    
20. 
    % P, j7 V4 c! W3 N! ~8 w4 Z
21. 
    
22. 
    
23.   \return          0  Function succeeded.
    6 d* N) L6 Y$ A, `) {0 H
24. 
    6 ?& c5 h9 x8 O( J. S
25.   \return          1  Function failed.
    
26. 
      [$ U; n7 H7 J" ]! Q: f
27.   \note    When the variable <b>__Vendor_SysTickConfig</b> is set to 1, then the
    
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.
    * S( P% \: }7 C% c& g) z
30. */
    
31. __STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
    
32. 
    
33. {
    
34. 
    3 [9 G8 V( u5 y3 p8 M. c& M" N2 O$ {5 Y
35.   if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)
    ( z- c* c" W+ c! f9 K4 T
36.   {
    
37.     return (1UL);                                                   /* Reload value impossible */
    4 R) v. Q6 M; {- A8 I4 Q3 x
38.   }
    
39. 
    
40.   SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);                         /* set reload register */
    5 M; a3 w0 z7 c; V+ b2 r
41. 
    
42.   NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL); /* set Priority for Systick Interrupt */
    ; Z! Z6 @$ v/ K+ _5 H9 p( S! b
43.   SysTick->VAL   = 0UL;                                             /* Load the SysTick Counter Value */
      W" D/ }* s+ U( X7 z
44.   SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
    
45.                    SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
    
46.                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                         /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
    * X: i  F4 F0 ]# [( R) L4 b# Y5 L; X% P
47.   return (0UL);                                                     /* Function successful */
    - ~, q& o" y: O! F9 u* D6 ^# s
48. }
    
49. 
    / W& F7 u2 S3 C5 \$ `4 k* s1 t
50. #endif

复制代码

0 c1 r& I2 U! r' c# Y24~27行：判断传入的SysTick初始值是否大于最大值224；
5 D- z) V* l3 [( m3 s- K. p& l
! H2 }( s$ {+ A29行：设置SysTick初始值;
" C3 o' R3 |! _# G( O; L) _
7 j. v$ Q" |& F6 m5 a( i% f3 u30行：设置SysTick中断的优先级，默认为最低；
. e3 X  i+ d) ^  P
2 L  S  W3 q9 A. S- m7 L31行：将SysTick当前计数值清零；

' k" N3 n# ?4 s32~34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。

0 V% w% x7 a3 ~8 E1 P9 G0 F- ?: ^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。



: }0 X$ E: v: }* c% w2) 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。

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。
9 L+ G% Z/ i3 J* ]8 n; ^4 Q  S
8 l" e- I* A' h" i0 V代码段 11.3.3 初始化SysTick（driver_systick.c）
- _  |9 k" u  q- L% `5 i/ q
- ?9 W; U4 u# q3 }$ t5 ~! o. d% C5 Y

1. /*
   - \0 V; R2 W2 P2 Q0 |3 t9 b
2. 
   ; q$ A6 x1 n3 ^  O2 c0 {( E* g
3. *  函数名：void SysTickInit(uint32_t cycle)
   7 D) m6 |& B, c2 W& h4 s' T
4. 
   
5. *  输入参数：cycle,设置系统滴答时钟周期
   + o$ m8 V: @6 x8 u& f$ B: [
6. 
   
7. *  输出参数：无
   ( f  v% J8 j% q' E. n
8. 
   8 f1 Q* e* o4 c0 \) {$ B
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. 
    
13. */
    
14. 
    
15. void SysTickInit(uint32_t cycle)
    
16. 
    % p% s6 n. |& v& `! |3 e: ?
17. {
    8 K! X' j! N% c9 I6 k0 b9 F" z
18. 
    
19.     uint32_t init_t = 0;
    
20. 
    8 F5 E) G3 Q, }: [# H: M
21. 
    
22. 
    7 T# \* F% j4 U+ g
23.     init_t = SystemCoreClock/cycle;
    
24. 
    $ R, k0 r3 S# v9 c
25. 
    & H7 z8 M' L4 J0 l8 z, z
26. 
    ' a7 H: d! _' X
27.     /* 时间(单位:s)=1/频率(单位:HZ)
    
28. 
    
29.      * SystemCoreClock频率: 72MHz = 72,000,000
    + {/ S( X" a' K/ o( A( J
30. 
    ! n) ]+ ^0 ]+ ~+ J; A" l
31.      * 即MCU 1秒会计数72,000,000次
    % g8 F) M! [( n6 Z" Y
32. 
    
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
    
36. 
    - M; d0 y  K; b5 R2 V+ |
37.      * 滴答时钟初始值范围:1~16777216
    : H5 l% K8 l+ _# _* S
38. 
      n; l" [& t' z9 P/ n+ }
39.      *
    
40. 
    
41.      * SystemCoreClock/1000:    1ms中断一次
    
42. 
    , h+ B7 V2 c) _( E; B0 \/ g# \
43.      * SystemCoreClock/100000:  10us中断一次
    
44. 
    
45.      * SystemCoreClock/1000000: 1us中断一次
    
46. 
    
47.      */
    
48. 
    
49.     if(HAL_SYSTICK_Config(init_t) != HAL_OK)
    0 g- O7 w; s7 @
50. 
    
51.     {
    
52. 
    * t3 Z- `8 B% B
53.         Error_Handler();
    * A) T7 V0 z" C0 B; I
54. 
    + E3 Q! X0 W" S8 ]; D' V; v6 O
55.     }
    . r; K9 q7 s/ D, M6 E, K# N
56. 
    
57. 
    ( k& M( F9 w+ Y* v$ R! Z
58. 
    9 D& T* x0 l- a8 b* l$ n2 l- {2 S
59.     // 设置滴答定时器中断优先级：最高
    
60. 
    ) `$ p2 L; P; ^" k; Q. Z  l
61.     HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
    
62. 
    ( i8 t4 X9 |! c' F$ o1 j
63.     // 使能滴答定时器中断
    ) [+ l+ [/ W/ x
64. 
    
65.     HAL_NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);
      k% n7 W3 e3 c! o9 o9 L7 i
66. 
    
67. }
    8 t' Z7 h8 N" R

复制代码

( t' {( W# J* m. P$ L* x- G12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； 
+ o* c. C& L4 ~6 `" d' \7 Y8 m
3 V  a, H. ~; ]" A' y$ o- _* ^- z25~28行：使用“HAL_SYSTICK_Config()”函数设置SysTick的初始值，并检测是否设置成功;
5 d8 \2 [4 f* T# z" M% _6 f; R
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；
# u: V2 r. ^  ~
33行：使能SysTick中断；这里是使能NVIC，而“HAL_SYSTICK_Config()”函数使能的是SysTick；

5 D: B9 d: G3 S! \( Y% D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
2 \  ?( ^3 p; s* ]
代码段 11.3.4 定义延时周期（driver_systick.h）
# ^/ \- S% [( C% N) g# C9 ?
" k" l$ v( G4 y

1. #define CYCLE_100MS   10
   + d3 y1 L( o; Q  R. }; q
2. 
     J2 |" U4 H- {6 \0 x5 D! j
3. #define CYCLE_10MS    100
   
4. 
   3 ^" B9 X. S7 R+ L& O. ^1 r
5. #define CYCLE_1MS     1000
   ' [6 V% y" _+ `# P; h! o; [  Y' R* s& d
6. 
   
7. #define CYCLE_100US   10000
   
8. 
   
9. #define CYCLE_10US    100000
   
10. 
    
11. #define CYCLE_1US     1000000

复制代码

4 N) D, S: q+ a+ s7 W1 B3 b
3) 封装延时函数，设置系统滴答定时器中断处理函数
6 K# q) D  r: O6 g
9 ?$ A6 F, L  y) G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。

2 |5 o  j5 K8 k# A2 e代码段 11.3.5 SysTick延时函数（driver_systick.c ）

. O8 X/ k$ Z4 R% u3 |

1. /*
   0 ^4 \. U2 O+ e# `# K5 ~( X
2. 
   
3. *  函数名：void SysTickDelay(uint16_t m)
   - [8 a7 y' f) N
4. 
   + `- S2 V6 l3 z, w
5. *  输入参数：m-延时时间
   0 m9 D! s% S$ B; N8 B) A
6. 
   ; X3 Z2 W2 L( {8 I' z; H9 n
7. *  输出参数：无
   
8. 
   6 q- `; |/ H6 s6 ^, f6 a$ s! Y: M( N
9. *  返回值：无
   
10. 
    
11. *  函数作用：滴答定时器实现的延时函数
    
12. 
    
13. */
    3 T1 g8 Q3 O  v% M8 s/ e
14. 
    
15. void SysTickDelay(uint32_t m)
    
16. 
    7 E3 Z4 X& N/ {+ |
17. {
    
18. 
    
19.     systick_t = m;
    # b5 S5 Q2 I0 P  e4 D' v! z3 s3 z8 f
20. 
    
21.     while(systick_t != 0);
    " ~8 m5 \& f$ J/ n' a* q' s
22. 
    
23. }
    ( e. ^" F0 p6 B
24. 
    
25. 
    
26. 代码段 11.3.6 SysTick中断处理函数（stm32f1xx_it.c）
    8 f# d& y, |5 G
27. 
    ' R) N: A4 s0 v$ s5 k5 h) A
28. /*
    
29. 
    
30.   * @brief  This function handles SysTick Handler.
    
31. 
    
32.   * @param  None
    / c0 T. K6 s/ m; j% P7 ?8 h: _
33. 
    
34.   * @retval None
    % h7 \+ E. k0 p
35. 
    
36.   */
    
37. 
    
38. void SysTick_Handler(void)
    " `+ J0 Z" K: v
39. 
    0 T- x/ C2 O$ D# Z
40. {
      H! F1 q' m) C7 q2 `( \$ ]' Z- ~5 l& H
41. 
    
42.     HAL_IncTick();
    3 ]* S; V0 _( e- @
43. 
    - o6 x8 w  M& ~- I. @& t1 N( p
44.     if(systick_t)
    # i! G9 E4 L* R- t5 V9 Q+ H
45. 
    ) |) U+ G' {, P4 v
46.     {
    + N' n9 a/ m0 B3 s: L( B% q
47. 
    : l# ~7 u0 L, R9 @2 M
48.         systick_t--;
    ( @2 M4 f- k& G+ }7 s
49. 
    
50.     }
    9 J5 p% Q) n1 H: f; l+ C$ S
51. 
    ) h0 m7 L; P( }) S7 s' A1 n+ H
52. }
    

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4) 主函数调用验证
0 e1 m/ Z  H$ ?0 u- \
代码段 11.3.7 SysTick延时点灯（main.c）
  n; Q( ~- _& \* L8 w3 H: S
9 D' f9 j7 y% U( G

1. /*
   
2. 
   
3. * 初始化滴答时钟
   $ c3 Z$ V$ D- w: ]
4. 
   
5. * 通过改变传入参数改变滴答时钟的频率，即SysTickDelay(1)的时长
   
6. 
   4 F/ H2 Q' J) K+ \
7. */
   
8. 
   
9. SysTickInit(CYCLE_1MS);
   $ M/ U# s% U9 I- s! Y0 E
10. 
    
11. 
    
12. 
    # {: t& m! Z0 ^; a: |
13. // 初始化LED
    
14. 
    ( ?  J( X& C9 X- {8 A
15. LedGpioInit();
    6 M+ ^$ w9 o$ {' {- z6 N
16. 
    
17. while(1)
    
18. 
    % V/ E2 l5 `; ^. n! s7 P- x9 h
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*/
    
22. 
    
23.     BLED(ON);             // 点亮LED
    ( S1 A9 m3 ?8 C3 k/ D2 r9 e( b
24. 
    
25.     SysTickDelay(1000);   // 延时CYCLE_1MS*1000=1s
    . h3 h$ Q0 K* ^8 c' Z
26. 
    
27.     BLED(OFF);            // 熄灭LED
    
28. 
    
29.     SysTickDelay(1000);   // 延时CYCLE_1MS*1000=1s
    ) u! w. ~7 u; m: [3 e& _
30. 
    5 P0 @; i# B0 T* m8 w3 z6 L- z
31. }

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  q. k! g4 J& ?) [
7 [. ]* |9 e8 z+ Q5行：初始化SysTick，这里传入CYCLE_1MS，则延时函数“SysTickDelay()”的单位为1毫秒；
0 H! z/ Q" N/ j* D2 r4 b
. m% Q2 L- ]) P$ J* p  `! k7~16行：初始化LED，调用延时函数“SysTickDelay()”，传入1000，则延时为1秒；
& H4 _3 c/ m8 I" Q) |% n
) i  s9 M9 Q# U+ @/ ?
11.4 实验效果
/ @2 v* |; r1 I- M3 d" |# e6 Z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。
, C: r/ y/ O$ k$ B0 G: K
: a' @$ v! b! t" C6 h5 g" _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。

& w) K& |( f" z' r7 o9 W: d

图 11.4.1 逻辑分析仪测试SysTick延时

; k! w4 y0 Q6 |: n  d
作者：攻城狮子黄

: w0 j5 b# z8 O# I( n