第十二章 SysTick——系统定时器

单芯片解决方案，开启全新体验——W55MH32 高性能以太网单片机

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太网单片机，它为用户带来前所未有的集成化体验。这颗芯片将强大的组件集于一身，具体来说，一颗W55MH32内置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主频最高可达216MHz；配备1024KB FLASH与96KB SRAM，满足存储与数据处理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP协议栈、内置MAC以及PHY，拥有独立的32KB以太网收发缓存，可供8个独立硬件socket使用。如此配置，真正实现了All-in-One解决方案，为开发者提供极大便利。

在封装规格上，W55MH32 提供了两种选择：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封装版本，尺寸为12x12mm，其资源丰富，专为各种复杂工控场景设计。它拥有66个GPIO、3个ADC、12通道DMA、17个定时器、2个I2C、5个串口、2个SPI接口（其中1个带I2S接口复用）、1个CAN、1个USB2.0以及1个SDIO接口。如此丰富的外设资源，能够轻松应对工业控制中多样化的连接需求，无论是与各类传感器、执行器的通信，还是对复杂工业协议的支持，都能游刃有余，成为复杂工控领域的理想选择。 同系列还有QFN68封装的W55MH32Q版本，该版本体积更小，仅为8x8mm，成本低，适合集成度高的网关模组等场景，软件使用方法一致。更多信息和资料请进入http://www.w5500.com/网站或者私信获取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法单元，WIZnet还推出TOE+SSL应用，涵盖TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，为网络通信安全再添保障。

为助力开发者快速上手与深入开发，基于W55MH32L这颗芯片，WIZnet精心打造了配套开发板。开发板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口数据线，就能轻松实现调试、下载以及串口打印日志等功能。开发板将所有外设全部引出，拓展功能也大幅提升，便于开发者全面评估芯片性能。

若您想获取芯片和开发板的更多详细信息，包括产品特性、技术参数以及价格等，欢迎访问官方网页：http://www.w5500.com/，我们期待与您共同探索W55MH32的无限可能。

第十二章 SysTick——系统定时器

本章参考资料《Cortex-M3内核编程手册》-4.5 章节SysTick Timer(STK)，和4.48章节SHPRx， 其中STK这个章节有SysTick的简介和寄存器的详细描述。因为SysTick是属于CM3内核的外设， 有关寄存器的定义和部分库函数都在core_CM3.h这个头文件中实现。所以学习SysTick的时候可以参考这两个资料，一个是文档，一个是源码。

1 SysTick简介

SysTick—系统定时器是属于CM3内核中的一个外设，内嵌在NVIC中。系统定时器是一个24bit的向下递减的计数器， 计数器每计数一次的时间为1/SYSCLK，一般我们设置系统时钟SYSCLK等于72M。当重装载数值寄存器的值递减到0的时候，系统定时器就产生一次中断，以此循环往复。

因为SysTick是属于CM3内核的外设，所以所有基于CM3内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在CM3单片机中可以很容易的移植。 系统定时器一般用于操作系统，用于产生时基，维持操作系统的心跳。

2 SysTick寄存器介绍

SysTick—系统定时器有4个寄存器，简要介绍如下。在使用SysTick产生定时的时候，只需要配置前三个寄存器，最后一个校准寄存器不需要使用。

系统定时器的校准数值寄存器在定时实验中不需要用到。有关各个位的描述这里引用手册里面的英文版本，比较晦涩难懂， 暂时不知道这个寄存器用来干什么。有研究过的朋友可以交流，起个抛砖引玉的作用。

3 SysTick定时介绍

3.1 代码分析

SysTick 属于内核的外设，有关的寄存器定义和库函数都在内核相关的库文件core_cm3.h中。

SysTick配置库函数

代码清单:SysTick-1SysTick配置库函数

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
    // 不可能的重装载值，超出范围
    if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) {
        return (1UL);
    }

    // 设置重装载寄存器
    SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);

    // 设置中断优先级
    NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL VAL   = 0UL;

    // 设置系统定时器的时钟源为AHBCLK=72M
    // 使能系统定时器中断
    // 使能定时器
    SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                    SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
    return (0UL);
}

用固件库编程的时候我们只需要调用库函数SysTick_Config()即可，形参ticks用来设置重装载寄存器的值， 最大不能超过重装载寄存器的值224，当重装载寄存器的值递减到0的时候产生中断，然后重装载寄存器的值又重新装载往下递减计数， 以此循环往复。紧随其后设置好中断优先级，最后配置系统定时器的时钟等于AHBCLK=72M，使能定时器和定时器中断，这样系统定时器就配置好了，一个库函数搞定。

SysTick_Config()库函数主要配置了SysTick中的三个寄存器：LOAD、VAL和CTRL，有关具体的部分看代码注释即可。

配置SysTick中断优先级

在SysTick_Config()库函数还调用了固件库函数NVIC_SetPriority()来配置系统定时器的中断优先级，该库函数也在core_m3.h中定义，原型如下：

__STATIC_INLINE void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
{
    if ((int32_t)IRQn < 0) {
        SCB-?>SHP[(((uint32_t)(int32_t)IRQn) & 0xFUL)-4UL] =
        (uint8_t)((priority IP[((uint32_t)(int32_t)IRQn)] =
        (uint8_t)((priority 

	

	函数首先先判断形参IRQn的大小，如果是小于0，则表示这个是系统异常，系统异常的优先级由内核外设SCB的寄存器SHPRx控制， 如果大于0则是外部中断，外部中断的优先级由内核外设NVIC中的IPx寄存器控制。

	因为SysTick属于内核外设，跟普通外设的中断优先级有些区别，并没有抢占优先级和子优先级的说法。在W55MH32中， 内核外设的中断优先级由内核SCB这个外设的寄存器：SHPRx（x=1.2.3）来配置。有关SHPRx寄存器的详细描述可参考《Cortex-M3内核编程手册》4.4.8章节。 下面我们简单介绍下这个寄存器。

	SPRH1-SPRH3是一个32位的寄存器，但是只能通过字节访问，每8个字段控制着一个内核外设的中断优先级的配置。在W55MH32中， 只有位7:4这高四位有效，低四位没有用到，所以内核外设的中断优先级可编程为：0~15，只有16个可编程优先级，数值越小，优先级越高。 如果软件优先级配置相同，那就根据他们在中断向量表里面的位置编号来决定优先级大小，编号越小，优先级越高。

				异常
			

				字段
			

				寄存器描述
		

				Memory management fault
			

				PRI_4
			

				SHPR1
		

				Bus fault
			

				PRI_5
			

				SHPR1
		

				Usage fault
			

				PRI_6
			

				SHPR1
		

				SVCall
			

				PRI_11
			

				SHPR2
		

				PendSV
			

				PRI_14
			

				SHPR3
		

				SysTick
			

				PRI_15
			

				SHPR3
		

	如果要修改内核外设的优先级，只需要修改下面三个寄存器对应的某个字段即可：

	

	在系统定时器中，配置优先级为(1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL)， 其中宏__NVIC_PRIO_BITS为4，那计算结果就等于15， 可以看出系统定时器此时设置的优先级在内核外设中是最低的，如果要修改优先级则修改这个值即可，范围为：0~15。

	
// 设置系统定时器中断优先级
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL 

	

	但是，问题来了，刚刚我们只是学习了内核的外设的优先级配置。如果我同时使用了systick和片上外设呢？而且片上外设也刚好需要使用中断， 那systick的中断优先级跟外设的中断优先级怎么设置？会不会因为systick是内核里面的外设，所以它的中断优先级就一定比内核之外的外设的优先级高？

	从《W55MH32中断应用概览》这章我们知道，外设在设置中断优先级的时候，首先要分组，然后设置抢占优先级和子优先级。 而systick这类内核的外设在配置的时候，只需要配置一个寄存器即可，取值范围为0~15。既然配置方法不同，那如何区分两者的优先级？下面举例说明。

	比如配置一个外设的中断优先级分组为2，抢占优先级为1，子优先级也为1，systick的优先级为固件库默认配置的15。 当我们比较内核外设和片上外设的中断优先级的时候，我们只需要抓住NVIC的中断优先级分组不仅对片上外设有效，同样对内核的外设也有效。 我们把systick的优先级15转换成二进制值就是1111(0b)，又因为NVIC的优先级分组2，那么前两位的11(0b)就是3，后两位的11(0b)也是3。 无论从抢占还是子优先级都比我们设定的外设的优先级低。如果当两个的软件优先级都配置成一样，那么就比较他们在中断向量表中的硬件编号，编号越小，优先级越高。

	SysTick初始化函数

	代码清单:SysTick-2 SysTick初始化函数

	
/**
* @brief  启动系统滴答定时器 SysTick
* @param  无
* @retval 无
*/
void SysTick_Init(void)
{
    /* SystemFrequency / 1000    1ms中断一次
    * SystemFrequency / 100000  10us中断一次
    * SystemFrequency / 1000000 1us中断一次
    */
    if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)) {
        /* Capture error */
        while (1);
    }
}


	

	SysTick初始化函数由用户编写，里面调用了SysTick_Config()这个固件库函数， 通过设置该固件库函数的形参，就决定了系统定时器经过多少时间就产生一次中断。

	SysTick中断时间的计算

	SysTick定时器的计数器是向下递减计数的，计数一次的时间TDEC=1/CLKAHB， 当重装载寄存器中的值VALUELOAD减到0的时候，产生中断， 可知中断一次的时间TINT=VALUELOAD * TDEC= VALUELOAD/CLKAHB， 其中CLKAHB =72MHZ。如果设置VALUELOAD为72， 那中断一次的时间TINT=72/72M=1us。 不过1us的中断没啥意义，整个程序的重心都花在进出中断上了，根本没有时间处理其他的任务。

	
SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)

	

	SysTick_Config（）的形我们配置为SystemCoreClock / 100000=72M/100000=720， 从刚刚分析我们知道这个形参的值最终是写到重装载寄存器LOAD中的， 从而可知我们现在把SysTick定时器中断一次的时间TINT=720/72M=10us。

	SysTick定时时间的计算

	当设置好中断时间TINT后，我们可以设置一个变量t，用来记录进入中断的次数， 那么变量t乘以中断的时间TINT就可以计算出需要定时的时间。

	SysTick定时函数

	当设置好中断时间TINT后，我们可以设置一个变量t，用来记录进入中断的次数， 那么变量t乘以中断的时间TINT就可以计算出需要定时的时间。

	SysTick定时函数

	现在我们定义一个微秒级别的延时函数，形参为nTime，当用这个形参乘以中断时间TINT就得出我们需要的延时时间， 其中TINT我们已经设置好为10us。关于这个函数的具体调用看注释即可。

	
/**
* @brief   us延时程序,10us为一个单位
* @param
*   @arg nTime: Delay_us( 1 ) 则实现的延时为 1 * 10us = 10us
* @retval  无
*/
void Delay_us(__IO u32 nTime)
{
    TimingDelay = nTime;

    while (TimingDelay != 0);
}


	

	函数Delay_us()中我们等待TimingDelay为0，当TimingDelay为0的时候表示延时时间到。变量TimingDelay在中断函数中递减， 即SysTick每进一次中断即10us的时间TimingDelay递减一次。

	SysTick中断服务函数

	
void SysTick_Handler(void)
{
    TimingDelay_Decrement();
}


	

	中断复位函数调用了另外一个函数TimingDelay_Decrement()，原型如下：

	
/**
* @brief  获取节拍程序
* @param  无
* @retval 无
* @attention  在 SysTick 中断函数 SysTick_Handler()调用
*/
void TimingDelay_Decrement(void)
{
    if (TimingDelay != 0x00) {
        TimingDelay--;
    }
}


	

	TimingDelay的值等于延时函数中传进去的nTime的值，比如nTime=100000，则延时的时间等于100000*10us=1s。

	我们知道，systick的counter从reload值往下递减到0的时候，CTRL寄存器的位16:countflag会置1，且读取该位的值可清0， 所有我们可以使用软件查询的方法来实现延时。具体代码见 代码清单:SysTick-3 和 代码清单:SysTick-4 ，我敢肯定这样的写法， 初学者肯定会更喜欢，因为它直接，套路浅。

	代码清单:SysTick-3 systick 微秒级延时

	
void SysTick_Delay_Us( __IO uint32_t us)
{
    uint32_t i;
    SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000);

    for (i=0; iCTRL)&(1CTRL &=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}


	

	代码清单:SysTick-4 systick 毫秒级延时

	
void SysTick_Delay_Ms( __IO uint32_t ms)
{
    uint32_t i;
    SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);

    for (i=0; iCTRL)&(1CTRL &=~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}


	

	在这两个微秒和毫秒级别的延时函数中，我们还是调用了SysTick_Config这个固件库函数，有关这个函数的说明具体见 代码清单:SysTick-5 。 配套代码注释理解即可。其中SystemCoreClock是一个宏，大小为72000000，如果不想使用这个宏，也可以直接改成数字。

	代码清单:SysTick-5 systick 配置函数

	
// 这个 固件库函数 在 core_cm3.h中
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
    // reload 寄存器为24bit，最大值为2^24
    if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);

    // 配置 reload 寄存器的初始值
    SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;

    // 配置中断优先级为 1VAL   = 0;

    // 配置systick 的时钟为 72M
    // 使能中断
    // 使能systick
    SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                    SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
    return (0);
}


	

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