STM32系统定时器以及微秒延时函数分析

在CubeMX生成的工程中系统时钟节拍配置的函数为：

cpp 复制代码

__weak HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)
{
    HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;

    /* Check uwTickFreq for MisraC 2012 (even if uwTickFreq is a enum type that doesn't take the value zero)*/
    if ((uint32_t)uwTickFreq != 0U)
    {
        /*Configure the SysTick to have interrupt in 1ms time basis*/
        if (HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock / (1000U / (uint32_t)uwTickFreq)) == 0U)
        {
            /* Configure the SysTick IRQ priority */
            if (TickPriority < (1UL << __NVIC_PRIO_BITS))
            {
                HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, TickPriority, 0U);
                uwTickPrio = TickPriority;
            }
            else
            {
                status = HAL_ERROR;
            }
        }
        else
        {
            status = HAL_ERROR;
        }
    }
    else
    {
        status = HAL_ERROR;
    }

    /* Return function status */
    return status;
}

上述代码中的HAL_SYSTICK_Config函数为配置节拍的函数，原型为：

cpp 复制代码

/**
 * @brief  Initialize the System Timer with interrupt enabled and start the System Tick Timer (SysTick):
 *         Counter is in free running mode to generate periodic interrupts.
 * @param  TicksNumb: Specifies the ticks Number of ticks between two interrupts.
 * @retval status:  - 0  Function succeeded.
 *                  - 1  Function failed.
 */
uint32_t HAL_SYSTICK_Config(uint32_t TicksNumb)
{
    return SysTick_Config(TicksNumb);
}

可以看到此函数体调用了另一个函数SysTick_Config，SysTick_Config函数的原型为：

cpp 复制代码

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
  if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)
  {
    return (1UL);                                                   /* Reload value impossible */
  }

  SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);                         /* set reload register */
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL); /* set Priority for Systick Interrupt */
  SysTick->VAL   = 0UL;                                             /* 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 */
  return (0UL);                                                     /* Function successful */
}

由上述代码可以看到SysTick_Config函数执行具体的LOAD配置、VAL配置、CTRL配置。

下面我们逐一分析这三个寄存器的赋值是多少、以及赋值后完成的功能。（下面的分析是以STM32L475VET6芯片为例）

1、SysTick->LOAD表示系统定时器递减到0后的重装载值。

由函数调用关系得知：SysTick->LOAD的值等于（（SystemCoreClock / (1000U / (uint32_t)uwTickFreq)）- 1），系统时钟为SystemCoreClock = 80MHz = 80000000Hz。节拍频率uwTickFreq打印得知为1，所以SysTick->LOAD的值为80000 - 1 = 79999。因为系统时钟为80MHz，所以系统定时器的两次中断时间间隔为：1 / 80000000 * 80000 = 1/1000 = 1ms。由此可知系统定时定时器从79999减到0需要1ms，所以1μs = 80000 / 1000 = 80。即系统定时器每递减80个数历时1μs。

2、SysTick->VAL表示系统定时器的当前值，初始化为赋值为0。

3、SysTick->CTRL表示系统定时器的控制和状态寄存器。工程中使用了三个宏以按位或的方式对其进行赋值：SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk、SysTick_CTRL_TICKINT_Msk、SysTick_CTRL_ENABLE_Msk。

SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk：通常用于选择SysTick定时器的时钟源。如果它的值设置为1，那么SysTick定时器通常会使用外部时钟源（如核心时钟或参考时钟），而不是内部时钟源。

SysTick_CTRL_TICKINT_Msk：这个宏用于使能SysTick中断。当SysTick定时器达到其重载值时，如果此位被设置，它将产生一个中断请求。这允许你在SysTick定时器溢出时执行中断服务程序（ISR），从而可以在不阻塞主程序执行的情况下执行定时任务。

SysTick_CTRL_ENABLE_Msk：这个宏用于启动SysTick定时器。如果此位被设置，SysTick定时器将开始计数，并在达到重载值时递减到0。如果之前已经设置了中断使能位，那么在每次达到重载值时都会产生中断。

微秒延时函数如下：

cpp 复制代码

void delay_us(u32 nus)
{
    u32 ticks;
    u32 told, tnow, tcnt = 0;
    u32 reload = SysTick->LOAD; // LOAD的值
    ticks = nus * 80;       // 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.
        }
    }
}