SysTick：STM32F103C8T6的精准延时与多任务调度核心

SysTick介绍

什么是SysTick？

SysTick（System Tick Timer）是ARM Cortex-M内核内置的一个24位系统定时器，用于提供精确的时间基准。在STM32中，SysTick常用于实现延时函数、RTOS（实时操作系统）的时基，甚至简单的多任务调度。它的核心优势在于其与内核紧密集成，无需依赖外部外设即可实现高精度定时。

SysTick工作原理

SysTick是一个递减计数器，工作流程如下：

初始化：设定重装载值（LOAD寄存器），计数器从该值开始递减。

计数：每个时钟周期计数器减1。

中断触发：当计数器减至0时，触发SysTick中断（若使能），并自动重载初始值，循环往复。

时钟源：默认使用内核时钟（HCLK，STM32F103C8T6通常为72MHz），也可配置为HCLK的1/8（需修改CTRL寄存器）。

SysTick寄存器介绍

SysTick通过4个寄存器控制：

关键位说明（CTRL寄存器）：
Bit 0：使能计数器（1=启动，0=关闭）
Bit 1：中断使能（1=计数到0时触发中断）
Bit 2：时钟源选择（1=HCLK，0=HCLK/8）

延时函数代码实现

HAL库提供了HAL_Delay()，但若需更高精度或非阻塞延时，可自定义实现：

1. 初始化SysTick（HAL库已默认配置）

// HAL库启动时已初始化SysTick，用户无需重复配置
// 时钟源为HCLK（72MHz），中断频率1kHz（LOAD=72000-1）
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */

2. 微秒级延时（操作系统中可用）

/**
  * @brief  微秒级延时
  * @param  nus 延时时长，范围：0~233015
  * @retval 无
  */
void delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t ticks;
    uint32_t tcnt = 0, told, tnow;
    uint32_t reload = SysTick->LOAD;                //重装载值
    
    ticks = nus * 72;                               //需要计的节拍数
    told = SysTick->VAL;                            //刚进入while循环时计数器的值
    
    while(1)
    {
        tnow = SysTick->VAL;
        if(tnow != told)
        {
            if(tnow < told)
                tcnt += told - tnow;
            else
                tcnt += reload - (tnow -told);
            
            told = tnow;                            //下次进入while循环时，当前VAL的值作为told
            
            if(tcnt >= ticks)                       //已计的数超过/等于需要计的数时，退出循环
                break;
        }
    }
}

3. 毫秒级延时

/**
  * @brief  毫秒级延时
  * @param  nms 延时时长，范围：0~4294967295
  * @retval 无
  */
void delay_ms(uint32_t nms)
{
    while(nms--)
        delay_us(1000);
}
 
/**
  * @brief  秒级延时
  * @param  ns 延时时长，范围：0~4294967295
  * @retval 无
  */
void delay_s(uint32_t ns)
{
    while(ns--)
        delay_ms(1000);
}

/**
  * @brief  重写HAL_Delay函数
  * @param  nms 延时时长，范围：0~4294967295
  * @retval 无
  */
void HAL_Delay(uint32_t nms)
{
    delay_ms(nms);
}

Systick模拟多线程

通过SysTick中断实现时间片轮转调度，模拟多线程任务切换：
由于Systick的中断在初始化时，HAL_Init()函数中，已经打开，我们只需要在中断处理函数中，添加一个我们的函数。

void SysTick_Handler(void)
{
  HAL_IncTick();
  systick_isr();
}

该中断函数可在.s文件中可找到。
添加的函数
由此，Systick会每一毫秒进入该函数一次。在该函数中，在该函数中，我们只做简单的计数任务，然后达到计数值则将flag值置1。在主函数中一直调用任务函数。

void systick_isr(void)
{
    if (task1_cnt < 1000)
        task1_cnt++;
    else
    {
        task1_flag = 1;
        task1_cnt = 0;
    }

    if (task2_cnt < 500)
        task2_cnt++;
    else
    {
        task2_flag = 1;
        task2_cnt = 0;
    }
}

任务函数

void task1(void)
{
    if(task1_flag == 0)
        return;
    
    task1_flag = 0;
    
    led1_toggle();
}

void task2(void)
{
    if(task2_flag == 0)
        return;
    
    task2_flag = 0;
    
    led2_toggle();
}

总结

SysTick作为Cortex-M内核的核心定时器，为STM32提供了精准的时间管理能力。通过灵活配置寄存器，开发者可实现从微秒级延时至多任务调度的复杂功能。在实际项目中，结合HAL库的封装和自定义逻辑，SysTick能够显著提升系统的实时性和效率。