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STM32的滴答定时器中断比外设中断高吗

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liguanghui2588
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  • 2019-1-13 13:23:08
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2^24,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为180M,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_m4.h中定义,原型如下:
1 __STATIC_INLINE void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
2 {
3 if ((int32_t)IRQn < 0) {
4 SCB->SHP[(((uint32_t)(int32_t)IRQn) & 0xFUL)-4UL] =
5 (uint8_t)((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);
6 } else {
7 NVIC->IP[((uint32_t)(int32_t)IRQn)] =
8 (uint8_t)((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & (uint32_t)0xFFUL);
9 }
10 }
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STM32F429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-M4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STM32F429中,只有位7:3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。
表 186 系统异常优先级字段
异常
字段
寄存器描述
Memory management fault
PRI_4
SHPR1
Bus fault
PRI_5
Usage fault
PRI_6
SVCall
PRI_11
SHPR2
PendSV
PRI_14
SHPR3
SysTick
PRI_15

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。
图 181 SHPR1寄存器
图 182 SHPR2寄存器

图 183 SHPR3寄存器
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。
1 // 设置系统定时器中断优先级
2 NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 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《STM32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 182 SysTick初始化函数
1 /**
2 * @brief 启动系统滴答定时器 SysTick
3 * @param 无
4 * @retval 无
5 */
6 void SysTick_Init(void)
7 {
8 /* SystemFrequency / 1000 1ms中断一次
9 * SystemFrequency / 100000 10us中断一次
10 * SystemFrequency / 1000000 1us中断一次
11 */
12 if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)) {
13 /* Capture error */
14 while (1);
15 }
16 }
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中断= VALUELOAD/CLKAHB,其中CLKAHB =180MHZ。如果设置为180,那中断一次的时间TINT=180/180M=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=180M/100000=1800,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=1800/180M=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
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。
1 /**
2 * @brief us延时程序,10us为一个单位
3 * @param
4 * @arg nTime: Delay_us( 1 ) 则实现的延时为 1 * 10us = 10us
5 * @retval 无
6 */
7 void Delay_us(__IO u32 nTime)
8 {
9 TimingDelay = nTime;
10
11 while (TimingDelay != 0);
12 }
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
1 void SysTick_Handler(void)
2 {
3 TimingDelay_Decrement();
4 }
中断复位函数调用了另外一个函数TimingDelay_Decrement(),原型如下:
1 /**
2 * @brief 获取节拍程序
3 * @param 无
4 * @retval 无
5 * @attention 在 SysTick 中断函数 SysTick_Handler()调用
6 */
7 void TimingDelay_Decrement(void)
8 {
9 if (TimingDelay != 0x00) {
10 TimingDelay--;
11 }
12 }
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。


liguanghui2588
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  • 2019-1-13 13:23:56
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主函数
1 int main(void)
2 {
3 /* LED 端口初始化 */
4 LED_GPIO_Config();
5
6 /* 配置SysTick 为10us中断一次,时间到后触发定时中断,
7 *进入stm32fxx_it.c文件的SysTick_Handler处理,通过数中断次数计时
8 */
9 SysTick_Init();
10
11 while (1) {
12
13 LED_RED;
14 Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms
15
16 LED_GREEN;
17 Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms
18
19 LED_BLUE;
20 Delay_us(100000); // 10000 * 10us = 1000ms
21 }
22 }
主函数中初始化了LED和SysTick,然后在一个while循环中以1s的频率让LED闪烁。
上面的实验,我们是使用了中断,而且经过多个函数的调用,还使用了全局变量,理解起来挺费劲的,其实还有另外一种更简洁的写法。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 183和代码184,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 183 systick 微秒级延时
1 void SysTick_Delay_Us( __IO uint32_t us)
2 {
3 uint32_t i;
4 SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000);
5
6 for (i=0; i<us; i++) {
7 // 当计数器的值减小到0的时候,CRTL寄存器的位16会置1
8 while ( !((SysTick->CTRL)&(1<<16)) );
9 }
10 // 关闭SysTick定时器
11 SysTick->CTRL &=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
12 }
代码 184 systick 毫秒级延时
1 void SysTick_Delay_Ms( __IO uint32_t ms)
2 {
3 uint32_t i;
4 SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);
5
6 for (i=0; i<ms; i++) {
7 // 当计数器的值减小到0的时候,CRTL寄存器的位16会置1
8 // 当置1时,读取该位会清0
9 while ( !((SysTick->CTRL)&(1<<16)) );
10 }
11 // 关闭SysTick定时器
12 SysTick->CTRL &=~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
13 }
另外一种更简洁的定时编程
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 185。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 185 systick 配置函数
1 // 这个固件库函数在 core_cm3.h中
2 static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
3 {
4 // reload 寄存器为24bit,最大值为2^24
5 if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1);
6
7 // 配置 reload 寄存器的初始值
8 SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;
9
10 // 配置中断优先级为 1<<4 -1 = 15,优先级为最低
11 NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
12
13 // 配置 counter 计数器的值
14 SysTick->VAL = 0;
15
16 // 配置systick 的时钟为 72M
17 // 使能中断
18 // 使能systick
19 SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
20 SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
21 SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
22 return (0);
23 }



liguanghui2588
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  • 2019-1-13 13:26:26
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主要是红色部分,就明白滴答定时器的内核中断级别
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