ARM -- SysTick滴答定时器

SysTick滴答定时器

丞雷

926人浏览 · 2025-05-25 16:01:45

丞雷 · 2025-05-25 16:01:45 发布

参考文献：《Cortex-M3 权威指南》

https://picture.iczhiku.com/resource/upload/6820519db1f84e7faaf51c573c48e013.pdf

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SysTick（System Tick Timer）是 Cortex-M系列内核内置的一个 24 位递减计数器

捆绑在 NVIC（嵌套向量中断控制器）中，异常号 15。
所有 Cortex-M3 芯片均包含此定时器，且SysTick的处理方式都是相同的

SysTick功能

产生周期性的“滴答”（tick）中断，为操作系统（如 FreeRTOS、RT-Thread）或实时系统提供时间基准（时基）

SysTick作用

(1) 任务调度与时间片轮转

示例：

假设RTOS操作系统为任务 A 分配 3 个时间片（3ms），任务 B 分配 1 个时间片（1ms），SysTick 每 1ms 触发一次中断，RTOS 会在中断中检查是否需要切换任务，确保公平调度。

如果没有 SysTick，某个任务可能长期占用 CPU，导致系统卡死。

（2）定时功能

操作系统提供的延时函数（如 osDelay()）、软件定时器、超时检测等均依赖 SysTick。

（3）维持系统“心跳”

SysTick 的寄存器通常由操作系统内核管理，用户程序无法直接修改，防止人为破坏系统节律。

SysTick 的时钟源

（1）内部时钟（FCLK）：

Cortex-M3 的 自由运行时钟，频率与 CPU 主频相同（如 SystemCoreClock = 72MHz）。

（2）外部时钟（STCLK）：

由芯片厂商定义，可能来自分频后的系统时钟或外部低速时钟（如 32.768kHz）。

控制SysTick定时器的4个寄存器

1、控制及状态寄存器

（1）COUNTFLAG (位16)：状态标志位

功能：当SysTick计数器从1递减到0时，此位会自动置1。当程序读取这个位后，它会自动清零。
用途：常用于检测定时器是否完成了计数周期。

（2）CLKSOURCE (位2)：时钟源选择位

功能：选择时钟源

0 = 使用外部时钟源(STCLK，通常是AHB时钟的分频)
1 = 使用处理器内核时钟(FCLK)

（3）TICKINT (位1)：中断使能位

功能：控制是否产生中断

1 = 当计数器递减到0时产生SysTick异常请求(中断)
0 = 计数器递减到0时不产生中断

（4）ENABLE (位0)：定时器使能位

功能：SysTick定时器的使能位

1 = 启用SysTick定时器
0 = 禁用SysTick定时器

2、重装载数值寄存器

RELOAD 寄存器用于设置 SysTick 定时器的重装载值

这个值决定了定时器的计数周期，它是一个24位的值，最大可设置为0xFFFFFF(16,777,215)
SysTick 定时器倒数计数从 RELOAD 值开始递减，直到0时会自动从这个寄存器重新加载数值
定时周期 = (RELOAD + 1) × 时钟周期

示例：

如果要配置 SysTick 每1ms产生一次中断：(假设时钟频率为16MHz)

RELOAD = (16000000 / 1000) - 1 = 15999

3、当前数值寄存器

功能描述：

(1) 读取操作：

读取时会返回 SysTick 定时器当前的倒计数值

(2) 写入操作：

向这个寄存器写入任何值都会导致：

当前计数值被清零
同时会清除 SysTick 控制及状态寄存器中的 COUNTFLAG 标志

实际应用

读取当前倒计数的剩余值
通过写入操作手动重置计数器
手动清除 COUNTFLAG 状态标志（当计数器从1减到0时，该标志会被置位）

4、校准数值寄存器

位段说明

（1）NOREF (位31)：外部参考时钟信息

1表示没有外部参考时钟(STCLK不可用)
0表示外部参考时钟可用

（2）SKEW (位30)：校准值信息

1表示校准值不是准确的10ms
0表示校准值是准确的10ms

（3）TENMS (位23:0)：实现跨平台的恒定 SysTick 中断频率

当 SysTick 定时器以 系统时钟（SYSCLK） 运行时，TENMS存储的是 10ms 内 SysTick 需要计数的 ticks（时钟周期数）。（芯片厂商会默认写入这个值）。

例如：

如果 SYSCLK = 50MHz，则 TENMS = 50,000,000 × 0.01 = 500,000

如果 SYSCLK = 8MHz，则 TENMS = 8,000,000 × 0.01 = 80,000。

TENMS寄存器提供了 10ms 对应的 ticks 数，直接写入RELOAD 寄存器即可在所有兼容 Cortex-M3 的芯片上实现 精确的 10ms 中断，无需关心具体时钟频率。

注意：如果看到TENMS = 0，表示 该芯片不支持自动校准功能。

RX32程序示例

1、systick_init( )函数

/********************************************************************************************************
**函数信息 ：systick_init()                 
**功能描述 ：systick延时函数初始化
**输入参数 ：无
**输出参数 ：无
********************************************************************************************************/
void systick_init()
{
    // 配置 SysTick 定时器，设置中断频率为 4.2kHz
    if (SysTick_Config((SystemCoreClock) / 10000)) 
    { 
        /*  如果配置失败（SysTick_Config函数返回 1 ），则进入死循环（错误处理） */
        while (1);
    }
    // 设置 SysTick 中断优先级为 0x2（中等优先级）
    NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0x2); 
}

SysTick_Config()函数说明

SysTick_Config(uint32_t ticks)函数配置 SysTick 定时器，使其按照设定的时间间隔触发中断。
ticks表示滴答定时器运行多少步数后中断一次。
ticks(中断步数) = SystemCoreClock（系统主频） / 中断频率
已知系统主频是42MHz，这里配置滴答定时器的定时中断频率为4.2kHz，也就是约等于每 300us 触发一次中断

2、SysTick_Config( )函数

#if defined (__Vendor_SysTickConfig) && (__Vendor_SysTickConfig == 0U)

// ARM Cortex-M 的通用 SysTick 初始化模板
__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
  if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) // 检查重载值是否超出最大允许范围
  {
    return (1UL);                                                   /* 重载值超出有效范围，设置失败 */
  }

  SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);                         /* 设置重装载寄存器值（实际写入值为ticks-1） */
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL); /* 设置SysTick中断优先级为最低优先级 */
  SysTick->VAL   = 0UL;                                             /* 清零SysTick计数器当前值（强制重装载） */
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |                    	/* 选择处理器时钟作为时钟源 */
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |                     /* 使能SysTick中断 */
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                         /* 启动SysTick计数器 */
  return (0UL);                                                    /* 返回无符号长整型0，表示函数执行成功 */
  }
}

#endif

条件编译说明：

厂商自定义了SysTick初始化时，则令_Vendor_SysTickConfig为1

厂商使用ARM自带的SysTick初始化模板，令_Vendor_SysTickConfig为0

这里的条件编译就是检查_Vendor_SysTickConfig的值，决定是否使用ARM自带的SysTick初始化模板。

SysTick_Config（）函数详解：

（1）函数输入ticks的值，也就是中断步数的值
__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
（2）函数通过该语句判断重载值是否越界，越界则结束函数并返回1表示错误
  if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) 
  {
    return (1UL); 
  }
(3) 函数通过该语句设置重装载寄存器值,寄存器值应该是ticks - 1（因为数到0后才触发中断）
  SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);
(4) 函数通过该语句设置SysTick中断优先级为最低优先级
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn , (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL); 
(5) 函数通过该语句设置强制重装载(给当前数值寄存器写0)
SysTick->VAL   = 0UL;
(6) 函数通过该语句完成以下配置：（使用位掩码的方式给控制与状态寄存器写值）

选择处理器内核时钟(FCLK)作为时钟源

使能SysTick中断

启动SysTick计数器
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
(7) 函数配置完成后，返回0表示SysTick配置成功
return (0UL);