江协的延时函数

最新推荐文章于 2025-05-03 14:43:54 发布

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文章标签：单片机嵌入式硬件

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/QL_SD/article/details/142643956

一、起因：看不懂江协的延时函数配置

图片内容来自江协Stm32的延时函数配置。

其中参数来源于

也就是说江协是不通过封装好的函数进行传参，而是自行通过赋值变量达到效果，可能是为了方便启动和关闭Systick。

二、Stm32标准库函数的一些内容---分部说明

1.简述：关键词——volatile：用于定义直接访问内存的变量，不让编译器优化访问流程。

前补知识：当CPU需要访问某个变量时，如果该变量已经在缓存区中，则可以直接从缓存区获取，而不需要访问主内存，从而提高访问速度。

非volatile声明的变量，可能会被编译器认为是不变的，然后直接访问缓存区里面的值（来源于内存区，但需要更新），但是可能内存区的值≠缓存区的值，为了读取到真实的值，就要volatile。

#define A B；的语句的作用是把B加了个外号名为A。这条语句之后，可以同时用A，B定义变量。

volatile声明一个变量是易变的，这意味着该变量的值可能会被程序之外的因素（如中断服务程序、多线程环境或硬件）改变。

对于非volatile变量，编译器会进行优化，可能会将变量的值缓存到寄存器中，从而减少对内存的访问次数。

这种优化在单线程环境中通常是安全的，但在多线程或多处理器环境中可能会导致可见性问题。编译器不会对volatile变量进行这种优化，从而确保了变量的可见性和安全性。

使用volatile关键字可以提高变量的可见性和安全性：

①可见性：在多线程或多处理器环境中，volatile关键字确保变量的值在内存中是可见的。每次读取或写入操作都会直接从内存中获取或更新变量的值，而不是使用缓存中的旧值。这有助于避免由于编译器优化导致的变量值不一致问题。

②安全性：volatile关键字防止编译器对变量的访问进行优化，确保每次访问都是直接的内存操作。这在处理硬件寄存器或共享内存时尤为重要，因为这些变量可能会被外部因素修改，而编译器优化可能会导致程序行为不符合预期。

2.简述：认识变量名：

CTRL ：系统控制和状态寄存器。LOAD ：重新加载值寄存器。

VAL : 当前值寄存器。CALIB ：校准寄存器。

Offset：偏移量。

意思是变量所描述的寄存器位置为内存基地址+偏移量地址。地址在物理层面是固定的，要访问特定寄存器只要知道基地址和偏移量就行。

SysTick：系统滴答

CTRL 0x00：系统控制和状态寄存器。

用于控制systick的启动与关闭。

LOAD 0x04：重新加载值寄存器。

对这个写值就是多少个systick进入一次中断。也就是中断周期

VAL 0x08: 当前值寄存器。

记录当前systick的值。在定时时，需要清空，否则会从未清空的值开始计数，导致第一个中断的时间不一定等于目标时间。

CALIB 0x0C：校准寄存器。

3.简述：SysTick是一个（2.）提到的结构体的指针型变量名

绿色选定的SysTicks那一行的意思：将SysTick_BASE 取个别名 SysTick。

SysTick_BASE前面的（SysTick_Type *）在②中有说明是一个结构体类型名，

整体（（SysTick_Type *） SysTick_BASE ）的意思是：定义了一个（SysTick_Type *）类型的变量SysTick_BASE ，并且给 SysTick_BASE 取个别名 SysTick。

补充：

结构体定义和结构体指针定义法的区别：

用SysTick_Type定义：SysTick_Type A，那么变量访问形式是A.CTRL

用SysTick_Type *定义：SysTick_Type * A，那么变量访问形式是A->CTRL

4.简述：Pos是地址，Msk是标志位。

①SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk：标志计数器是否减到0（完成计数周期）（1是0非，1时读取会清零）

②SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk：系统时钟（SYSCLK）。

配置： |= SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk

③SysTick_CTRL_TICKINT_Msk：使能或禁止SysTick定时器的中断。1开启，0关闭。

配置： |=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk

④SysTick_CTRL_ENABLE_Msk：定时器使能标志位。

配置： |=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk。

⑤SysTick_LOAD_RELOAD_Msk：表示SysTick定时器的重装载寄存器（LOAD）的最大值（0xFFFFFF ）。

16进制表示24位，一位16进制表示四个2进制，0xFFFFFF =1111 1111 1111 1111 1111 1111

配置：SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;

⑥SysTick_VAL_CURRENT_Msk：表示SysTick定时器的当前值掩码。

SysTick_VAL_CURRENT_Msk = 0；

A = SysTick_VAL_CURRENT_Msk；

⑦SysTick_CALIB_NOREF_Msk：这个宏定义用于检查SysTick定时器的校准寄存器中是否设置了NOREF位。NOREF位表示SysTick定时器是否使用外部参考时钟。这个宏定义用于检查SysTick定时器的校准寄存器中是否设置了NOREF位。NOREF位表示SysTick定时器是否使用外部参考时钟。

配置：|= SysTick_CALIB_NOREF_Msk；

⑧SysTick_CALIB_SKEW_Msk：如果SKEW位被设置，表示SysTick计数器的周期不精确，即SysTick计数器的周期与预期的周期之间存在偏差。

配置：|= SysTick_CALIB_SKEW_Msk；

⑨SysTick_CALIB_TENMS_Msk：1毫秒的计数值，通常为10500。由时钟频率计算得出，取决于系统的时钟配置。

SysTick定时器：24位的倒计数定时器，常用于实现精确的延时功能。

位置（position），用于说明状态标志位在CTRL、LOAD、VAL、CALLB状态寄存器的位置。SysTick_XXX_YYYY_Pos 表示XXX寄存器中YYYY状态标志位的位置。pos=Position。

掩码（mask）：标识SysTick定时器的带有的状态寄存器的各标志位。

SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk：

COUNTFLAG标志位用于指示SysTick定时器是否已经完成了计数周期。当SysTick定时器的计数值从非零值减到0时，COUNTFLAG标志位会被置位（即设置为1），表示计数周期已经结束。读取COUNTFLAG标志位，该位自动清零。

所以可以用（这句函数最后面会解释，看不懂也可接着往下看）

while(!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk));

等待计数到0

SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk：选择SysTick定时器的时钟源是系统时钟（SYSCLK）。

SysTick_CTRL_TICKINT_Msk：用于控制SysTick定时器的中断使能，用于使能或禁止SysTick定时器的中断。1开启，0关闭。

SysTick_CTRL_ENABLE_Msk：用于控制系统定时器（SysTick）的使能。用于控制SysTick定时器是否开始计数。当 SysTick_CTRL_ENABLE_Msk 被设置1时，SysTick定时器开始倒数；当它被清除时，SysTick定时器停止倒数。

SysTick_LOAD_RELOAD_Msk：用于表示SysTick定时器的重装载寄存器（LOAD）的最大值。

具体来说，SysTick_LOAD_RELOAD_Msk 的值是 0xFFFFFFul << SysTick_LOAD_RELOAD_Pos，其中 SysTick_LOAD_RELOAD_Pos 是重装载寄存器的位置，位置是0，所以相当于没改变值。

配置SysyTick定时器：SysTick->LOAD = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;

这里的 ticks 是用户希望设置的重装载值，通过 & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk 操作，确保 ticks 的值不会超过 SysTick_LOAD_RELOAD_Msk 定义的最大值。然后减去1是为了确保定时器能够正确地从 ticks-1 开始计数，从而经过 0~ticks 个脉冲

SysTick_VAL_CURRENT_Msk：表示SysTick定时器的当前值掩码。

SysTick_CALIB_NOREF_Msk：（延迟函数配置不涉及）这个宏定义用于检查SysTick定时器的校准寄存器中是否设置了NOREF位。NOREF位表示SysTick定时器是否使用外部参考时钟。这个宏定义用于检查SysTick定时器的校准寄存器中是否设置了NOREF位。NOREF位表示SysTick定时器是否使用外部参考时钟。

SysTick_CALIB_SKEW_Msk：（延迟函数配置不涉及）SysTick_CALIB_SKEW_Msk用于检查SYST_CALIB寄存器中的SKEW位是否被设置。如果SKEW位被设置，表示SysTick计数器的周期不精确，即SysTick计数器的周期与预期的周期之间存在偏差。

SysTick_CALIB_TENMS_Msk：（延迟函数配置不涉及）这个字段用于指定SysTick定时器每1毫秒的计数值。在STM32的SysTick定时器中，TENMS字段的值是固定的，通常为10500，表示每1毫秒有10500个计数周期。这个值是根据SysTick定时器的时钟频率计算得出的，具体取决于系统的时钟配置。

三、看了那么多，再分析江协延时函数

这里我用江协的注释来对应代码

①SysTick->LOAD = 72 * xus;

设置重装值是 72*us：因为系统时钟是72Mhz（72 000 000Hz） = 1s = 1 000ms = 1 000 000us。所以1us = 72 Hz。(这里不是正确对应结果，只是为了理解而作)

②SysTick->VAL = 0x00;

清空当前计数值：因为Val是不知道，为了保证第一个计数周期准确，需要清零val。

③SysTick->CTRL = 0x00000005;（难点1）

设置时钟源为HCLK，启动定时器：先看到Stm32封装好的函数定义

SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

再回想起CTRL相关标志位的基地址是0x00

CLKSOURCE时钟源标志位的位是2，定时中断标志位的位置是1，时钟使能位的位置是0，

由于延时函数不需要在完成标志位的时候做什么，所以不需要开启中断

所以由二进制的数值表示为（位2 = 1）（位1 = 1）（位0 = 1）=> 101 =>16进制是5。

0x00000005 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101。

④ while(!(SysTick->CTRL & 0x00010000)); （难点2）

等待计数到0 ：

Stm32给的封装是while(!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk));

而SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk的地址偏移是16

(1ul << SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Pos)：（unsigned long 类型的）1<<16 得到SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk。

所以SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk 的值是 1000 0000 0000 0000，而0x00010000=1*（16^4） = 1 * （（2）^ 4）^ 4 = 1*2^16 = 1000 0000 0000 0000。

补充说明：SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk就是一个在二进制数的表示形式上只有第16位是1，其余是0的一个变量。而SysTick->CTRL是一个很多位都表示不同状态标志位值的一个组合值，其中SysTick->CTRL的第16位为计数标志位COUNTFLAG，只有当计数值为0的时候，第16位计数值标志位COUNTFLAG才会被硬件置0，否则为1。

在代码中使用while(!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk));时，程序会不断检查COUNTFLAG标志位是否被设置为1。只有当COUNTFLAG标志位被设置为1时，循环才会退出。由于COUNTFLAG标志位在每次读取后会自动清零，（也就是当COUNTFLAG == 1时，下一次执行SysTick->CTRL就会把COUNTFLAG值0），因此循环会在SysTick计数器完成一次递减到0的过程后退出，而不会导致死循环。

⑤SysTick->CTRL = 0x00000004;

关闭定时器：如果看懂了③，那就可以知道⑤是把101对应的时钟使能位置0从而关闭了时钟，没有时钟自然就无法工作，也就是关闭了定时器。