Cortex-M0系统滴答定时器Systick详解

2022-03-14 06:44:41

上图是LPC1114系统滴答定时器（SysTick）的结构图。系统滴答定时器位于Cortex-M0内核中，也就是说，不论是LPC1114，还是其他的Cortex-M0内核单片机，都有这个系统定时器。其存在的主要目的是为嵌入式操作系统提供100Hz(即10ms)的定时节拍。当然，也可以做为其它的普通定时等其他用途。下面是LPC1114用户手册上列举出的一些用途，你可以了解了解。

可编程设置频率的RTOS 定时器(例如100 Hz)，调用一个SysTick 服务程序。
用于核时钟的高速报警定时器。
简单计数器。软件可使用它测量时间（如：完成任务所需时间、已使用时间）。
基于丢失 / 命中期限控制的内部时钟源。控制和状态寄存器中的COUNTFLAG 位域，可用于决定一个动作是否在设定的期限内完成，作为动态时钟管理控制环的一部分。

一、寄存器

系统定时器使用起来非常简单。它一共有4个寄存器：SYST_CSR、SYST_RVR、SYST_CVR、SYST_CALIB。定义如下所示：

4个寄存器中，校准寄存器SYST_CALIB不用我们考虑，出厂前就配置好了。这时，就剩下3个寄存器了。一共需要配置3个寄存器就可以完成工作的模块，你想想会很难使用吗？英文不好的同学，请看下面的寄存器翻译：

SYST_CSR寄存器，就是系统定时器控制和状态寄存器
SYST_RVR寄存器，就是系统定时器重载值寄存器
SYST_CVR寄存器，就是系统定时器当前值寄存器

1.SYST_CSR寄存器

翻译成中文的：

CSR寄存器用到的位有4个，bit0用于是否开启定时器，bit1用于是否产生中断，bit2用于选择定时器的时钟源是等于主时钟还是等于主时钟的一半，bit16是定时器的状态。

2.SYST_RVR寄存器

翻译成中文的：

RVR寄存器用到bit0~23，即24位数，这个值是定时器倒计时的初值，打开定时器以后，SYST_CVR值会从此值倒计时到0，因为倒计时到0以后，又会从此值开始倒计时，所以定义里面叫这个寄存器位重载值。

3.SYST_CVR寄存器

翻译成中文：

CVR寄存器用到bit0~23，即24位数，这是一个状态寄存器，当定时器开始运作，这个值在不断地变化，从RVR寄存器获取初值以后，倒计时到0.

二、如何调用Keil自带的系统定时器函数

系统自带的Systick函数，由CMSIS(关于什么是CMSIS，去百度搜吧)提供，位于core_cm0.h文件，你可以在LPC1114工程中，如下地方找到：

双击上图红色框内的文件名称，打开对应文件。在core_cm0.h文件的最底部，有一个函数，如下所示：

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
  ) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  );      /* Reload value impossible */

  SysTick->LOAD  = ticks - ;                                  /* set reload register */
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (<<__NVIC_PRIO_BITS) - );  /* set Priority for Systick Interrupt */
  SysTick->VAL   = ;                                          /* Load the SysTick Counter Value */
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
  );                                                  /* Function successful */
}

　　此函数就是CMSIS提供的系统定时器控制函数SysTick_Config()。在使用的时候，可以直接调用，函数有一个参数ticks。由函数内部的语句“SysTick->LOAD = ticks – 1;”知道，ticks就是LOAD值，即重载值，表示两次中断的计数。

例如，要产生10ms的中断，可以在程序中如下调用函数：

Systick_Config(SystemCoreClock/);

　　函数参数中的SystemCoreClock是当前主频的值，假如现在的主频是50MHz，SystemCoreClock就是50 000 000 ，50 000 000 /100=500 000。我们把参数带进去以后，LOAD=499 999，也就是说，定时器开始运行后，定时器的值会从499 999递减到0，进入中断函数，然后再次从499 999 递减到0，如此循环。

　　这时候，你心中会有一个大大的问号：“为什么从499 999递减到0就是10ms？”接下来，瑞生给你解答，其实很简单，不信听我说。

　　定时器运行，要知道“为什么从499 999递减到0就是10ms”，只要知道定时器每递减一个值需要多长时间就可以了。知道每递减一个值需要多长时间，那么递减500 000下，需要多长时间，就知道了。要知道每递减一个值需要多长时间，就需要知道当前定时器运行的时钟是多少。由寄存器CSR知道，定时器的时钟有两种，一种是等于主频，一种是等于主频的二分之一，由CSR寄存器中的bit2决定。

　　函数中用到的寄存器名称和我们手册上给出的名称不太一样，但是你要知道，名称就是个代号，实际调用的其实是名称背后的寄存器地址。函数中LOAD就是我们之前说的RVR，VAL就是我们之前说的CVR，CTRL就是我们之前说的CSR。

函数中，对控制寄存器的bit0 bit1 bit2都置1，对照前面的寄存器定义可知，时钟设置为等于主频，打开系统定时器中断，允许定时器运行。

　　我们知道了时钟，就知道定时器每递减一个值需要的时间了，即：1/SystemCoreClock 秒，换算成毫秒即：(1/SystemCoreClock)*1000=1000/SystemCoreClock毫秒，即每递减一个值，耗时1000/SystemCoreClock毫秒。所以如果要使得10ms定时，即10/(1000/SystemCoreClock)=SystemCoreClock/100，回头看看前面定时10ms的参数，是不是这个值呢。以此类推，需要定时多长时间，你可以自己算一个参数带进去了，需要注意的是，LOAD值是个24位数，带进去的数不要超过24位数的最大值。还有一个需要注意的地方，就是LOAD值最小255，当你给LOAD值带进去小于255值，LOAD会自动变成255。

三、系统定时器中断函数怎么写

系统定时器的中断函数名称如下所示：

void SysTick_Handler(void)
{                              

}

有的童鞋会问，函数名称可以自己改吗？答案是不可以改，非要自己改一个，需要一定的步骤。接下来瑞生给你解答。

打开一个工程，双击startup_LPC11xx.h文件打开

在第74行，你可以看到系统定时器中断函数的名称，如下所示：

你不仅可以看到系统定时器中断函数的名称，所有的中断函数的名称，都已经写好了，在用其它模块的中断时，到这个地方找就对了。还有前面那个是否可以自己改的问题，你把这个地方的名称改了，就可以在.c文件中使用你修改后的名称了，不过为了程序的移植性统一性阅读性，瑞生建议大家不要修改。

　　四、写一个毫秒延时函数delay_ms()

1.自己配置寄存器（假设当前主频为50MHz）

;

void SysTick_Handler(void)               // 中断函数
{
    TimeTick++;
}

void delay_ms(uint32_t ms)  // 参数最大带入671
{
    SysTick->LOAD =    *ms-;
    SysTick->VAL   =     ;
    SysTick->CTRL  |=  ((<<)|(<<));   // 开定时器，开中断
    while(!TimeTick);
    TimeTick = ;
    SysTick->CTRL =;   // 关定时器
}

　　为什么主频为50MHz时，上面函数中与ms乘的数是25000？我在上面已经讲过了，这里我再讲一次，非常简单哦。CTRL寄存器bit2默认是0，也就是说默认的系统定时器时钟是主频的1/2，即25 000 000。所以定时器每递减1，耗时1/25 000 000秒，换成毫秒为单位即：1/25000毫秒。所以每毫秒需要的定时器递减数为1/(1/25000)=25000，即你把25000-1给了LOAD寄存器，就是1ms进一次中断，2ms就是2*25000-1，以此类推，SysTick->LOAD=(25000*ms-1)。

　　接下来让我们来看看，为什么参数最大值是677？我们知道8位值，最大是255，16位数，最大值是65535，那么24位值最大值是多少呢？打开你的电脑上的计算器，在科学型模式下，16进制输入FFFFFF，再转换成十进制，得到16777215，没错，这就是24位值的最大值。用16777215+1然后除以25000得到最大值671。如果带入超过671的数，就会超过24位最大值，使得程序不可用。

　　这时候，又有人会抱怨，你这函数最大才能延时671毫秒，那我要延时1秒，岂不是不能用此函数了？瑞生说呀，你妈小时候是教育你将来不要做一个不三不四的人，但是你也不能这么二吧！你要延时1秒钟，用两次延时500毫秒不就可以了么！

delay_ms();
delay_ms();

2.自己配置寄存器（适应不同主频）

;

void SysTick_Handler(void)               // 中断函数
{
    TimeTick++;
}

void delay_ms(uint32_t ms)
{
    SysTick->LOAD =    (SystemCoreClock/)*ms-;
    SysTick->VAL   =     ;
    SysTick->CTRL  |=  ((<<)|(<<));   // 开定时器，开中断
    while(!TimeTick);
    TimeTick = ;
    SysTick->CTRL =;   // 关定时器
}

为了在不同的主频下使用此函数，而不用每次去修改不同主频下的那个值(例如50MHz对应的25000)，我们把LOAD赋值语句改成了上面函数中所示。SystemCoreClock是当前的主频。

3.利用Keil自带系统定时器配置函数写毫秒延时函数delay_ms()

void SysTick_Handler(void)
{
  msTicks++;
}

void delay_ms(uint32_t ms)
{
  SysTick_Config((SystemCoreClock/)*ms);
  while(!msTicks);
  msTicks = ;
  SysTick->CTRL =;   // 关定时器
}

为什么前面的函数SystemCoreClock是除以2000，而这里是除以1000？答：因为前面的函数中，系统定时器时钟使用主频的二分之一，而Keil自带的配置是使用主频。

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