深入理解 ARMv7-M | SysTick

1、The system timer, SysTickArmv7-M 实现必须包含一个系统定时器 SysTick。它是一个简单的24 位递减计数器采用 “写清除、到零回绕wrap” 机制并提供灵活的控制方式。系统可以通过多种方式使用该计数器例如作为 RTOS 的系统 tick 定时器以可编程频率触发中断例如 100 Hz并在每次触发时执行 SysTick 处理例程作为基于主处理器时钟main processor clock的高速告警定时器作为基于主处理器时钟的高速告警定时器SysTick 的输入时钟可选自主处理器时钟或外部参考时钟作为可变频率的告警或信号定时器其可用定时范围取决于参考时钟和计数器的动态范围作为可变频率的告警或信号定时器其可用定时范围取决于参考时钟频率和计数器的动态范围且由于 LOAD 可动态修改中断触发频率也可随之调整作为简单计数器软件可借此测量任务完成耗时或已用时间作为内部时钟源控制机制用于判断某段操作是否在规定时间内完成或未按时完成从而参与动态时钟管理控制环路此时可通过控制和状态寄存器中的COUNTFLAG位进行判断。2、SysTick 工作原理SysTick 包含四个寄存器控制和状态寄存器SYST_CSR用于配置 SysTick 时钟源、使能计数器、使能 SysTick 中断并提供计数器状态指示重载值寄存器SYST_RVR提供计数器回绕时加载的目标值当前值寄存器SYST_CVR保存计数器当前值校准值寄存器SYST_CALIB指示为获得 10 ms对应 100 Hz 触发频率系统时钟所需的重载值。使能后定时器从SYST_CVR中的值开始递减计数。当计数器减到零时会在下一个时钟边沿从SYST_RVR重新加载计数值随后继续递减Periodic / Auto-reload 模式。与之对应的是 One-shot 模式。计数器在到达零时重新加载的行为称为回绕。当计数器转换到零时状态位COUNTFLAG会被置 1读取COUNTFLAG会将其自动清零。SysTick 会在计数器转换到 0 时产生中断。可以参考SYST_CSR.TICKINT向SYST_CVR写入任意值都会将该寄存器和COUNTFLAG状态位清零并促使 SysTick 逻辑在下一个定时器时钟从SYST_RVR重新加载计数值。但对SYST_CVR的写操作不会直接触发 SysTick 异常。读取SYST_CVR时返回的是访问该寄存器时刻的计数器值。向SYST_RVR写入零会在下一次回绕时禁用计数器。回绕发生后SysTick 计数器逻辑将保持计数值为零。当 计数器 被禁用、计数器逻辑保持为 0实际上也意味着 SysTick 中断不会再产生。因为不会再产生由 1 - 0 的跳变转换注意将SYST_RVR设为零会独立于计数器使能位直接导致 SysTick 计数器被禁用。复位后SYST_CVR的值不确定。因此在使能 SysTick 计数器之前软件必须先向SYST_RVR写入所需重载值再向SYST_CVR执行一次写操作以将SYST_CVR清零。计数器使能后会从SYST_RVR重新加载并从该确定值开始递减而不是从一个不确定的初始值开始计数。软件可以利用校准值TENMS将计数器缩放到其他期望的时钟频率前提是该频率处于计数器的动态范围内。当处理器进入调试暂停状态Debug state时计数器不会继续递减。定时器的时钟来自参考时钟。该参考时钟可以是处理器时钟也可以是外部时钟源具体取决于实现。如果实现采用外部时钟则必须文档化处理器时钟与外部参考时钟之间的关系。进行系统时间校准时需要充分考虑亚稳态、时钟偏移和抖动等因素。3、寄存器详解3.1 SysTick Control and Status Register, SYST_CSR3.2 SysTick Reload Value Register, SYST_RVR3.3 SysTick Current Value Register, SYST_CVR3.4 SysTick Calibration value Register, SYST_CALIBSYST_CALIB是 SysTick 的 校准值寄存器只读主要用来告诉软件“在当前硬件配置下如果要得到大约 10 ms 的定时重载值应该填多少。”理想情况下如果你看到 TENMS 168000说明当前时钟下大约数 168000 个周期就是 10 ms。那你想做 1 ms tick就可以按比例算SysTick-LOAD(TENMS/10)-1;所以它的设计初衷是让软件不用显式知道 SysTick 的参考时钟频率也能快速得到一个 10 ms 量级的基准定时。但实际工程里基本不用它。工程上基本还是靠软件自己按时钟频率计算LOAD。