STM32-笔记10-手写延时函数（SysTick）

1、什么是SysTick

Systick，即滴答定时器，是内核中的一个特殊定时器，用于提供系统级的定时服务。该定时器是一个24位的倒计数定时器‌。它从设定的初值（即重载值）开始计数，每经过一个系统时钟周期，计数值就减1，直到计数到0时，SysTick计数器会自动从RELOAD寄存器中重装初值并继续计数‌ 1 。如果中断使能，当计数到0时，还会触发中断‌ 1 。
Systick定时器的主要功能包括实现简单的延时、生成定时中断以及进行精确定时和周期定时操作。此外，Systick定时器还可以被用于其他目的，例如作为操作系统的时基（如FreeRTOS），或者用于软件看门狗等系统调度操作。在STM32中，Systick通常以HCLK（AHB时钟）或HCLK/8作为运行时钟。

2、SysTick工作原理

在使用Systick定时器进行延时操作时，可以设定初值并使能后，每经过一个系统时钟周期，计数值就减1。当计数到0时，Systick计数器自动重装初值并继续计数，同时内部的COUNTFLAG标志会置位，触发中断（如果中断使能）。这样，可以在中断处理函数中实现特定的延时逻辑。

3、SysTick寄存器介绍

SysTick控制及状态寄存器（CTRL）

SysTick重装载数值寄存器（LOAD）

SysTick当前数值寄存器（VAL）

4、手写代码

#include "delay.h"

/**
  * @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 temp;
    SysTick->LOAD = 72 * nus;                           /* 设置定时器重装值 */
    SysTick->VAL = 0x00;                                /* 清空当前计数值 */
    SysTick->CTRL |= 1 << 2;                            /* 设置分频系数为1分频 */
    SysTick->CTRL |= 1 << 0;                            /* 启动定时器 */
    do
    {
        temp = SysTick->CTRL;
    } while ((temp & 0x01) && !(temp & (1 << 16)));     /* 等待计数到0 */
    SysTick->CTRL &= ~(1 << 0);                         /* 关闭定时器 */
}

/**
  * @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);
}

5、手写代码分析

关于函数delay_s(); = 1000*delay_ms(); = 1000*delay_us();之间的换算

等价于=>1s = 1000ms; 1ms = 1000us;

秒，毫秒之间的延迟函数只需要相互调用就好，重点是关于微秒的实现

下面这段代码是微妙的实现方法：

void delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t temp;
    SysTick->LOAD = 72 * nus;                           /* 设置定时器重装值 */
    SysTick->VAL = 0x00;                                /* 清空当前计数值 */
    SysTick->CTRL |= 1 << 2;                            /* 设置分频系数为1分频 */
    SysTick->CTRL |= 1 << 0;                            /* 启动定时器 */
    do
    {
        temp = SysTick->CTRL;
    } while ((temp & 0x01) && !(temp & (1 << 16)));     /* 等待计数到0 */
    SysTick->CTRL &= ~(1 << 0);                         /* 关闭定时器 */
}

我们知道SysTick有三个寄存器，分别是CTRL、LOAD、VAL

SysTick启动对应的寄存器使用方法为：SysTick->LOAD

给相应的寄存器存它的意义，作用，使用=、|=、&=

= ：直接赋值

|= ：把某一位给它置1

&= ：把某一位给它置0

为什么给定时器重装值是 72*nus ？

因为这里选用设置的是72MHZ；分频系数是1分频的SysTick，所以是72*nus（nus是传递进来多少微妙的数值）

如果选用设置的是72MHZ；分频系数是8分频的SysTick，就应该是72/8 = 9，是9*nus.

那么为什么是72乘以微妙数呢？

72MHZ = 72 000 000 HZ

1S = 1000 MS = 1000 000 US

72MHZ是指STM32微控制器的系统时钟频率‌。在STM32微控制器中，72MHz通常是系统时钟（SYSCLK）的频率，72MHZ表示每秒钟有72,000,000个时钟周期。

所以1000 000 us= 71 000 000 HZ

1us有72个时钟周期

所以，重装值被赋值为72*nus

为什么设置分频系数为1分频时是SysTick->CTRL |= 1 << 2;这种表现形式？

CTRL是控制及状态寄存器，对应配置分频系数是位段2，要把位段2赋值为1，

把CTRL赋值为1，向左移2位

思考：启动定时器，怎么设置？

读上述信息可以知道，定时器的启动和关闭是CTRL寄存器的ENABLE来管理，当ENABLE为1的时候启动定时器，复位值为0的时候关闭计时器。所以CTRL赋值为1，向左移0位，表示为：1<<0;

所以设置为：SysTick->CTRL |= 1 << 0; // |= ：把某一位给它置1

关闭定时器就是：SysTick->CTRL &= ~(1 << 0); // &= ：把某一位给它置0

因为在关闭定时器的时候CTRL的倒数第三位，也就是开启定时器时向左移两位的位置，已经赋值为1了，现在要把这个位置赋值为0，可以使用与运算，1&0 = 0；原理，所以，先把CTRL赋值为1，向左移0位，然后取反，就搞出了一个倒数第三位是0的一个位，使用与运算，与原来CTRL的值进行与，就会把1置为0.

为什么要使用do-while来进行循环？

因为从启动滴答定时器开始，滴答定时器就在一直倒数，我们要等滴答定时器，数完，然后将定时器关闭，这样就完成了1us的延时，所以do-while语句就是一个等的操作。

do-while中具体怎么实现？

首先，我们明白了do-while存在的意义，那么我们知道在SysTick中CTRL寄存器的位段16 COUNTFLAG的作用是当SysTick数到0时，该位为1，所以我们只需要在while中判断COUNTFLAG什么时候为1就知道SysTick什么时候数完了。

while(!(SysTick->CTRL & (1 << 16))); //可以这么写，但是有点小错误还需要完善

会出现什么错误呢？

如果你只是单一的使用delay，那么不会出错，但是如果在很多地方使用了delay，可能会在其他地方被关掉了，所以还需要一个判断条件。需要判断你此时的定时器是正常的（还在开启的模式下）。

do{
temp = SysTick->CTRL;
} while ((temp & 0x01) && !(temp & (1 << 16)));

使用do-while多做一步，定义一个临时变量temp来承接SysTick->CTRL;的值，方便用来进行判断。

6、系统HAL_Delay（）函数代码流程

在上述代码中可以看出来HAL库自带的delay函数最小只支持到ms级别（HAL_Delay();）

可以在这里看到： __weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)这条语句。

双击点开，看到该函数由于_weak void...是弱函数，可以重写的函数所以可以在delay.c文件中重写void HAL_Delay(uint32_t Delay)；函数

在上面的图片中我们可以看到，Delay形参是有外界传过来的时间，也就是想要延迟多久的时间，最小单位是ms，uint32表示32位无符号整数，不能表示小数，所以Delay的值为整数。

在HAL_Delay函数的上下文中，HAL_GetTick()和tickstart都是调用HAL_GetTick()函数时获取的系统时钟滴答数（通常是以毫秒为单位的）。HAL_GetTick()函数返回一个无符号的32位整数，表示自系统启动以来的滴答数。用tickstart变量来承接HAL_GetTick();函数是当前系统时钟滴答数也就是刚进到这个函数时的时间。

后面在while子句(HAL_GetTick() - tickstart) < wait中，while函数不断循环，HAL_GetTick()函数不断被调用，此时这里的HAL_GetTick()函数就是每一次读完一轮数以后执行中断服务函数时的时间。

是SysTick的中断服务函数，思考：那么在什么时候会触发这个中断服务函数呢？

答案：SysTick是递减计数器，当计数器数到0的时候，就会触发一次中断（前提中断使能）

故上述的while子句中HAL_GetTick()函数就是每一次读完一轮数以后执行中断服务函数时的时间。

SysTick是递减计数器，HAL_GetTick() - tickstart) < wait也就是（新获取的时间-最开始的时间）<设置想要的时间，在实际应用中，HAL_GetTick()的值在每次调用时都会增加（通常是因为SysTick定时器的中断服务例程会在每经历过1ms时增加它），所以HAL_GetTick() - tickstart的值最终会超过wait，从而退出while循环。