STM32系統滴答_及不可不知的延時技巧 - （上）

我想每一個單片機愛好者及工程開發設計人員都有過點燈的經歷。流水燈是個好東西，尤爲是在調試資源有限的環境中，有時會幫上大忙。

 

然在最初入門時，如何讓這些小燈們按照咱們的想法歡快地跑起來呢，絕大多數小朋友的作法是：在一個while循環里加上延時程序，讓小燈在每一個狀態下停留一段時間，再進入下一個狀態，這樣小燈們就會在不一樣的狀態中切換，就能夠根據咱們設計的程序閃爍了。

 

這樣這裏就會涉及到一個延時程序的編寫的問題，而通常的作法是一個for循環裏去減一個很大的數，直到爲0，則延時完成，那個數的值則是根據時鐘頻率和指令運行週期，估算出來的，還記得較久之前看過一篇帖子介紹51單片機精確延時的幾種方法，有一種方法是在keil中設定好時鐘頻率，而後經過軟件仿真試來算延時時間，以達到較精肯定時。

但這些方法通常都不夠方便，延時也不夠精確，更高階一點的方法即是開一個定時器，在定時中斷裏面計數達到精確延時的目的。

 

在STM32的應用中，可考慮利用SysTick系統嘀嗒定時器來實現。但在STM32開發手冊中對它的介紹卻不多，幾乎到沒有的程度。由於它是Cortex內核的部分，CM3爲它專門開出一個異常類型，而且在中斷向量表中佔有一席之地（異常號15），這樣它能夠很方便的移植到不一樣廠商出CM3內核的芯片上，而且對於有實時操做系統的軟件，它通常會做爲整個系統的時基，這個對操做系統很是重要。有關SysTick的詳細介紹可參考《Cortex-M3 權威指南》第133 頁第八章及第179頁第十三章。

SysTick總共有四個寄存器:

一、

對應於軟件中 SysTick->CTRL；

二、

對應於軟件中 SysTick-> LOAD；

三、

對應於軟件中 SysTick-> VAL；

四、

對應於軟件中 SysTick-> CALIB  （如上圖），沒有用過，也不經常使用，暫不做介紹。

這幾個寄存器的偏移量以下圖所示：

‍寄存器結構體的定義在 \CMSIS\CM3\CoreSupport  core_cm3.h中，以下‍

/** @addtogroup CMSIS_CM3_SysTick CMSIS CM3 SysTick
  memory mapped structure for SysTick
  @{
 */
typedef struct
{
  __IO uint32_t CTRL;           /*!< Offset: 0x00  SysTick Control and Status Register */
  __IO uint32_t LOAD;           /*!< Offset: 0x04  SysTick Reload Value Register       */
  __IO uint32_t VAL;            /*!< Offset: 0x08  SysTick Current Value Register      */
  __I  uint32_t CALIB;          /*!< Offset: 0x0C  SysTick Calibration Register        */
} SysTick_Type;

‍SysTick‍ 是一個24 位的定時器，即一次最多能夠計數 2²⁴個時鐘脈衝，這個脈衝計數值被保存到SysTick->VAL 當前計數值寄存器中，它只能向下計數，每接收到一個時鐘脈衝SysTick->VAL 的值就向下減 1，直至0，而後由硬件自動把重載寄存器SysTick->LOAD 中的值到SysTick->VAL從新計數，而且當SysTick->VAL值計數到0時，觸發異常，調用void SysTick_Handler(void)函數，能夠在此中斷服務函數中處理定時中斷事件了，一般是對設定值進行遞減計數操做。只要不把它在SysTick控制及狀態寄存器SysTick->CTRL中的第0位使能位清除，就永不停息。

 

SysTick 中斷優先級問題這裏須要強調下。

 它屬於系統異常，是內核級中斷，而且優先級是能夠設置的，具體設置也是在  core_cm3.h中

/**
 * @brief  Initialize and start the SysTick counter and its interrupt.
 *
 * @param   ticks   number of ticks between two interrupts
 * @return  1 = failed, 0 = successful
 *
 * Initialise the system tick timer and its interrupt and start the
 * system tick timer / counter in free running mode to generate 
 * periodical interrupts.
 */
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{ 
    if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);         /* Reload value impossible */
                                                               
    SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;   /* set reload register */
    NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  
    SysTick->VAL   = 0;                                        
    SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | 
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   | 
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    
    return (0);                                               /* Function successful */
}

其中以下這句就是設置優先級的函數，此函數對內核中斷優先級和外部中斷優先級設置通吃，比較強大，但須要手動算出來搶佔和從優先級，不太方便，當跳進此函數，咱們能夠算出Systick默認優先是最低的（效果至關於SCB->SHP[11] = 0xF0;）

NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);

此時若其它外部中斷優先級設置比它高時，能夠剝奪它進而轉向外部中斷。

能夠作以下實驗驗證：

先設置一事件中斷，把優先級設置高一些，

void Exti_Config(void)
{
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line1;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Event;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;                
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

注：中斷分組我在實驗中，最初初始化設置爲以下：

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

設爲第二組。

在

void SysTick_Handler(void)
{   
    EXTI_GenerateSWInterrupt(EXTI_SWIER_SWIER1); 
    LED_1 = ON;
    Delay();
}

系統滴答中斷裏觸發外部中斷事件，並點亮LED1 。

外部中斷處理函數以下

void EXTI1_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET) 
    {
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);     
        LED_0 = ON;
        Delay();
    }
}

此延時函數爲阻塞延時以下：

void Delay(void)
{
    u32 i;
    for(i=0  ; i < 0xFFFFF; i++){}
}

加入延時是爲了看出來哪一個燈先亮。

當外部中斷優先級比較高時，它能夠搶佔Systick中斷先執行，以上代碼實驗結果爲，LED0先點亮後，再回到LED1再點亮。

當把外部中斷設置爲與systick相同的優先級時，則systick優先級就會相對較高，例如把上面的優先級改成

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3;    
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;

則會LED1先亮，執行完SysTick_Handle函數後才輪到EXTI1_IRQHandler執行。

我的認爲，若要實現systick精確延時，最好把systick優先級設置高一些，例如

NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, 0);

即把SCB->SHP[11] = 0x00;則可達到systick優先級高於任合外部中斷的效果，此時延時會比較精準。

另外對於SysTick的時鐘源的選擇，要注意它的時鐘源可選擇內部時鐘（FCLK，CM3上的自由運行時鐘，STM32中對應是AHB），或者是外部時鐘（  CM3處理器上的STCLK信號，STM32中對應是AHB/8）

可參考以下圖

它是在SysTick->CTRL第二位CLKSOURCE時鐘源選擇中設置。

有關systick延時函數的編寫可參考野火《零死角玩轉stm32-初級篇》。

至此咱們能夠簡單的實現一流水燈程序

while(1)
{
    LED_0 =OFF;
    LED_1 = ON;
    Delay_ms(500);
    LED_0 =OFF;
    LED_1 = ON;
    Delay_ms(500);
}

然而這樣作真的好嗎 ？這裏用的是 阻塞延時哦，CPU的效率很大一部分就耗在了空轉上了，太浪費資源。

‍假設系統時鐘頻率爲72MHZ或者幾十上百MHZ時，當完成一個循環只須要幾十或十幾納秒級或者更短，而在這個循環之中阻塞延時個幾十至幾百毫秒的話，就像是在高速公路上忽然橫出一條坑坑窪窪的泥濘路，那可想整條路都會所以而慢下來，甚至會出現災難性的後果，我的認爲，一般在系統初始化過程當中，各芯片的時序對時間有要求，能夠用下阻塞延時，只須要系統啓動時運行一下，當系統跑起來以後，最好就別再傻呼呼的這麼作了。‍

 

這時主要採用的是在定時器裏計數，在外部循環中對變量查詢，達到某個值時再執行某個動做，達到延時的效果，而在時間未到時，系統還能夠不停的跑圈圈，作別的事情去。

‍ gticks在定時中斷裏每毫秒計數一次

while(1)
{
    if(500 == gticks)
    {
        LED_0 =OFF;
        LED_1 = ON;
    }
    
    if(1000 == gticks)
    {
        LED_0 =OFF;
        LED_1 = ON;
        gticks = 0
    }
    Do_others(); 
}

‍‍以上須要在事件處理過程當中對gticks進行處理，增長了代碼的耦合度，更容易出錯，若是在一個事件處理中對gticks清除了，而下個事件中又須要查詢它，這樣就可能致使處理時序的錯亂，相互干擾。‍‍

可否在事件處理中只提供查詢功能，而定時的事情就交給定時本身去作？

下節高手將登場了，爲你們介紹個我曾在一項目中學到的，非阻塞延時的精妙設計。