本帖最后由 lianyiqun 于 2015-7-9 00:21 編輯
系統時鐘和SysTick定時器
1. STM32的時鐘系統
在STM32中，一共有5個時鐘源，分別是HSI、HSE、LSI、LSE、PLL
（1） HSI是高速內部時鐘，RC振蕩器，頻率為8MHz；
（2） HSE是高速外部時鐘，可接石英/陶瓷諧振器，或者接外部時鐘源，頻率范圍是4MHz – 16MHz；
（3） LSI是低速內部時鐘，RC振蕩器，頻率為40KHz；
（4） LSE是低速外部時鐘，接頻率為32.768KHz的石英晶體；
（5） PLL為鎖相環倍頻輸出，嚴格的來說并不算一個獨立的時鐘源，PLL的輸入可以接HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2 – 16倍，但是其輸出頻率最大不得超過72MHz。
其中，40kHz的LSI供獨立看門狗IWDG使用，另外它還可以被選擇為實時時鐘RTC的時鐘源。另外，實時時鐘RTC的時鐘源還可以選擇LSE，或者是HSE的128分頻。
STM32中有一個全速功能的USB模塊，其串行接口引擎需要一個頻率為48MHz的時鐘源。該時鐘源只能從PLL端獲取，可以選擇為1.5分頻或者1分頻，也就是，當需使用到USB模塊時，PLL必須使能，并且時鐘配置為48MHz或72MHz。
另外STM32還可以選擇一個時鐘信號輸出到MCO腳(PA.8)上，可以選擇為PLL輸出的2分頻、HSI、HSE或者系統時鐘。
系統時鐘SYSCLK，它是提供STM32中絕大部分部件工作的時鐘源。系統時鐘可以選擇為PLL輸出、HSI、HSE。系系統時鐘最大頻率為72MHz，它通過AHB分頻器分頻后送給各個模塊使用，AHB分頻器可以選擇1、2、4、8、16、64、128、256、512分頻，其分頻器輸出的時鐘送給5大模塊使用：
（1） 送給AHB總線、內核、內存和DMA使用的HCLK時鐘；
（2） 通過8分頻后送給Cortex的系統定時器時鐘；
（3） 直接送給Cortex的空閑運行時鐘FCLK；
（4） 送給APB1分頻器。APB1分頻器可以選擇1、2、4、8、16分頻，其輸出一路供APB1外設使用（PCLK1，最大頻率36MHz），另一路送給定時器(Timer)2、3、4倍頻器使用。該倍頻器可以選擇1或者2倍頻，時鐘輸出供定時器2、3、4使用。
（5） 送給APB2分頻器。APB2分頻器可以選擇1、2、4、8、16分頻，其輸出一路供APB2外設使用（PCLK2，最大頻率72MHz），另外一路送給定時器(Timer)1倍頻使用。該倍頻器可以選擇1或2倍頻，時鐘輸出供定時器1使用。另外APB2分頻器還有一路輸出供ADC分頻器使用，分頻后送給ADC模塊使用。ADC分頻器可選擇為2、4、6、8分頻。
需要注意的是定時器的倍頻器，當APB的分頻為1時，它的倍頻值為1，否則它的倍頻值就為2。
連接在APB1(低速外設)上的設備有：電源接口、備份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看門狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模塊雖然需要一個單獨的48MHz的時鐘信號，但是它應該不是供USB模塊工作的時鐘，而只是提供給串行接口引擎(SIE)使用的時鐘。USB模塊的工作時鐘應該是由APB1提供的。
連接在APB2（高速外設）上的設備有：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、GPIOx(PA~PE)、第二功能IO口。
2. STM32時鐘的初始化
由于我現在所用的開發板已經外接了一個8MHz的晶振，因此將采用HSE時鐘，在MDK編譯平臺中，程序的時鐘設置參數流程如下：
(1) 將RCC寄存器重新設置為默認值：RCC_DeInit;
(2) 打開外部高速時鐘晶振HSE： RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
(3) 等待外部高速時鐘晶振工作： HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
(4) 設置AHB時鐘(HCLK)： RCC_HCLKConfig;
(5) 設置高速AHB時鐘(APB2)： RCC_PCLK2Config;
(6) 設置低速AHB時鐘(APB1)： RCC_PCLK1Config;
(7) 設置PLL： RCC_PLLConfig;
(8) 打開PLL： RCC_PLLCmd(ENABLE);
(9) 等待PLL工作： while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
(10)設置系統時鐘： RCC_SYSCLKConfig;
(11)判斷PLL是否是系統時鐘： while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
(12)打開要使用的外設時鐘： RCC_APB2PerphClockCmd()….
某些函數的詳細的使用方法，可以參考ST公司出版的《STM32F10xxx_Library_Manual》
3. SysTick定時器
NVIC中，捆綁著一個SysTick定時器，它是一個24位的倒數計數定時器，當計到0時，將從RELOAD寄存器中自動重裝載定時初值并繼續計數，同時內部的 COUNTFLAG 標志會置位，觸發中斷 (如果中斷使能情況下)。只要不把它在SysTick控制及狀態寄存器中的使能位清除，就用不停息。Cortex-M3允許為SysTick提供2個時鐘源以供選擇，第一個是內核的“自由運行時鐘”FCLK，“自由”表現在它不是來自系統時鐘HCLK，因此在系統時鐘停止時，FCLK也能繼續運行。第2個是一個外部的參考時鐘，但是使用外部時鐘時，因為它在內部是通過FCLK來采樣的，因此其周期必須至少是FCLK的兩倍（采樣定理）。
下面介紹一下STM32中的SysTick，它屬于NVIC控制部分，一共有4個寄存器：
STK_CSR， 0xE000E010： 控制寄存器
STK_LOAD， 0xE000E014： 重載寄存器
STK_VAL， 0xE000E018： 當前值寄存器
STK_CALRB， 0xE000E01C： 校準值寄存器
首先看STK_CSR控制寄存器，有4個bit具有意義：
第0位：ENABLE，SysTick使能位（0：關閉SysTick功能，1：開啟SysTick功能）；
第1位：TICKINT，SysTick中斷使能位（0：關閉SysTick中斷，1：開啟SysTick中斷）；
第2位：CLKSOURCE，SysTick時鐘選擇（0：使用HCLK/8作為時鐘源，1：使用HCLK）；
第3為：COUNTFLAG，SysTick計數比較標志，如果在上次讀取本寄存器后，SysTick已經數到0了，則該位為1，如果讀取該位，該位自動清零。
STK_LOAD重載寄存器：
Systick是一個遞減的定時器，當定時器遞減至0時，重載寄存器中的值就會被重裝載，繼續開始遞減。STK_LOAD 重載寄存器是個24位的寄存器最大計數0xFFFFFF。
STK_VAL當前值寄存器：
也是個24位的寄存器，讀取時返回當前倒計數的值，寫它則使之清零，同時還會清除在SysTick 控制及狀態寄存器中的COUNTFLAG 標志。
STK_CALRB校準值寄存器：
其中包含著一個TENMS位段，具體信息不詳。暫時用不到。
在MDK開發環境中，我們不必要非得去操作每一個寄存器，可以通過調用ST函數庫中的函數來進行相關的操作，其步驟如下：
（1） 調用SysTick_CounterCmd() 失能SysTick計數器
（2） 調用SysTick_ITConfig() 失能SysTick中斷
（3） 調用SysTick_CLKSourceConfig() 設置SysTick時鐘源
（4） 調用SysTick_SetReload() 設置SysTick重裝載值
（5） 調用NVIC_SystemHandlerPriorityConfig() 設置SysTick定時器中斷優先級
（6） 調用SysTick_ITConfig() 使能SysTick中斷
（7） 在stm32f10x_it.c中SysTickHandler()下寫中斷服務函數。
（8） 在需要的時候調用SysTick_CounterCmd() 開啟SysTick計數器
4. 工程實現
根據以上描述，準備利用開發板上的LED燈做一個小實驗，將第一個跑馬燈的實驗稍微改進一下，以1s精確延時的狀態來順序點亮LED燈，采用的定時器就是SysTick。
設計思路是先配置好系統的各個參數，然后設置SysTick定時器每1ms就進入一次中斷，再定義一個全局變量作為定時長短的參數，然后將從延時函數中得到的參數賦值給這個全局變量，每進入一次中斷，這個全局變量就減一次，直到減為0，才跳出延時函數。
1. 配置系統時鐘
void RCC_cfg()
{
//定義錯誤狀態變量
ErrorStatus HSEStartUpStatus;
//將RCC寄存器重新設置為默認值
RCC_DeInit();
//打開外部高速時鐘晶振
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
//等待外部高速時鐘晶振工作
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
//設置AHB時鐘(HCLK)為系統時鐘
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
//設置高速AHB時鐘(APB2)為HCLK時鐘
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
//設置低速AHB時鐘(APB1)為HCLK的2分頻
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
//設置FLASH代碼延時
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//使能預取指緩存
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
//設置PLL時鐘，為HSE的9倍頻 8MHz * 9 = 72MHz
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
//使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);
//等待PLL準備就緒
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
//設置PLL為系統時鐘源
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
//判斷PLL是否是系統時鐘
while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
}
//打開PB和PD用于點亮LED燈
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);
}
其中使用到了NVIC的函數，需要將stm32f10xR.lib加入到工程中。
2. 配置SysTick定時器
void SysTick_cfg()
{
//設置失能SysTick定時器
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Disable);
//設置失能SysTick中斷
SysTick_ITConfig(DISABLE);
//設置SysTick的時鐘源為AHB時鐘
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);
//設置重裝載值，由于SysTick是AHB時鐘，即72MHz，所以重裝載值設置為72000，即每1ms重新裝載一次
SysTick_SetReload(72000);
//設置SysTick定時器中斷優先級
NVIC_SystemHandlerPriorityConfig(SystemHandler_SysTick, 1, 0);
//設置使能SysTick中斷
SysTick_ITConfig(ENABLE);
}
3. 編寫延時函數
void Delay(u32 nTime)
{
TimingDelay = nTime;
//允許SysTick定時器
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Enable);
//循環等待定時時間到
while(TimingDelay != 0);
//禁止SysTick定時器
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Disable);
//清空SysTick定時器
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Clear);
}
4. 設置通用IO口
void GPIO_cfg()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定義GPIO宏操作結構體
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //將B5口配置為通用推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //口線翻轉速度為50MHz
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //配置GPIOB口
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_3; //將D3和D6口配置為推挽輸出
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //配置GPIOD口
}
5. 中斷服務函數
void SysTickHandler(void)
{
TimingDelay--;
}
其中TimingDelay這個全局變量在使用的時候需要在stm32f10x_it.c中進行一下聲明，要不然不能使用，其聲明語句是：
extern vu32 TimingDelay;
在延時程序中一直檢測TimingDelay這個全局變量，只有當其減為0的時候，才跳出延時函數。
6. 主程序
#include "stm32f10x_lib.h"
vu32 TimingDelay;
void RCC_cfg();
void SysTick_cfg();
void Delay(u32 nTime);
void GPIO_cfg();
int main()
{
RCC_cfg(); //配置RCC時鐘
SysTick_cfg(); //配置SysTick定時器
GPIO_cfg(); //配置通用IO口
while(1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3);
Delay(1000); //延時1s
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);
Delay(1000);
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3);
Delay(1000);
}
}
在延時函數Delay的參數中，可以填入任意的32bits的整數，延時單位是ms。至此，SysTick定時器和系統時鐘的設置就到此基本上全部講完了。
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