【第17期】裸机时间管理：SysTick与时间片轮询

原创于 2025-12-27 04:01:19 发布 · 725 阅读

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#单片机 #嵌入式硬件 #stm32 #开发语言 #c语言

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核心目标：彻底抛弃阻塞式延时（Blocking Delay），构建**非阻塞（Non-blocking）**的协作式调度架构。

1. 为什么 `Delay` 是万恶之源？

先看一段典型的“代码”：

while (1) {
HAL_GPIO_TogglePin(LED_PORT, LED_PIN);
HAL_Delay(500); // 罪魁祸首！

if (HAL_GPIO_ReadPin(BTN_PORT, BTN_PIN) == 0) {
// 处理按键...
}
}

问题在哪里？ HAL_Delay(500) 的本质是一个死循环。CPU 就像被点穴了一样，在那儿傻等 500 毫秒。在这 500 毫秒里：

用户按了按钮？检测不到（除非用中断，但中断不能做复杂逻辑）。
串口来了数据？没空处理。
屏幕需要刷新？卡住不动。

这就叫阻塞（Blocking）。只要系统里有一个这样的 Delay，整个系统的实时性就完了。

2. 解药：SysTick (系统滴答定时器)

要实现“非阻塞”，我们需要一个独立于主程序的时钟基准。ARM Cortex-M 内核自带了一个神级外设——SysTick。

身份：它是内核的一部分，不是芯片厂商的外设。这意味着你的代码在 STM32、GD32、NXP 上都能通用。
原理：它是一个 24 位的倒计数器。通常我们会把它配置为每 1 毫秒产生一次中断。
心跳变量：在 SysTick 的中断服务函数（ISR）里，我们维护一个全局变量 g_sys_tick。

// 定义一个全局心跳计数器 (必须加 volatile)
volatile uint32_t g_sys_tick = 0;

// SysTick 中断服务函数 (每 1ms 触发一次)
void SysTick_Handler(void) {
g_sys_tick++;
}

// 获取当前系统时间的函数
uint32_t GetTick(void) {
return g_sys_tick;
}

有了这个不断增长的 g_sys_tick，CPU 就不需要“傻等”了，它只需要“看表”。

3. 时间片轮询 (Time-Slicing Polling) 架构

我们可以把 while(1) 变成一个轮询调度器。每个任务都去检查：“现在时间到了吗？”

如果到了，干活，更新下次时间。
如果没到，立马退出，把 CPU 让给下一个任务。

改造后的非阻塞代码：

// 定义任务的刷新间隔
#define LED_TASK_INTERVAL 500
#define KEY_TASK_INTERVAL 10

// 记录上次执行的时间点
uint32_t last_led_time = 0;
uint32_t last_key_time = 0;

while (1) {
// ---------------------------------------
// 任务 1：LED 闪烁 (每 500ms 执行一次)
// ---------------------------------------
if (GetTick() - last_led_time >= LED_TASK_INTERVAL) {
// 1. 更新时间戳 (核心！)
last_led_time = GetTick();

// 2. 执行非阻塞业务
HAL_GPIO_TogglePin(LED_PORT, LED_PIN);
}

// ---------------------------------------
// 任务 2：按键扫描 (每 10ms 执行一次)
// ---------------------------------------
if (GetTick() - last_key_time >= KEY_TASK_INTERVAL) {
last_key_time = GetTick();

// 扫描按键，消抖逻辑也不用 Delay 了
Scan_Key_NonBlocking();
}

// ... 可以无限添加任务 3, 4, 5 ...
}

效果： CPU 会以极快的速度在这些 if 之间空转。一旦某个任务时间到了，就进去执行一下。所有任务看起来就像是“同时”在运行！