从滴答时钟了解STM32库操作
时间：09-24
来源：互联网
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作者：areak
STM32的库函数操作给设计开发人员带来了诸多的便利，开发人员不必十分了解STM32的内部寄存器及硬件机制，只要有C语言基础，即可完成单片机的开发，缩短了开发周期，降低了开发难度，因而备受工程师喜爱。
基于库函数的开发模式，与基于API(Application Programming Interface)的软件开发有着异曲同工之处，程序员通过调用 API 函数对应用程序进行开发，而又无需访问源码，或理解内部工作机制的细节，可以减轻编程任务。STM32的基于函数库的开发模式也是一样的道理，因此对于有单片机开发经验的工程师来说，学习STM32，很容易就可以上手。
虽然可以不考虑库函数内部的细节，不考虑如何实现硬件寄存器的配置，但是深入了解库函数对于提高编程能力是很有好处的，下面以系统滴答时钟为例，详解其工作流程。
滴答时钟是STM32内部的一个24位定时器，其操作相对简单，配置寄存器较少。大体的工作流程是这样的，定时器首先要有时钟源，时钟源配置好之后，设置定时时间，然后定时器启动，当定时时间到时，置位标志位，重载定时器初值，系统可采用查询标志位和中断两种工作方式做出相应的响应，下面来看看程序如何实现延时功能。
//初始化配置函数
Void Delay_Init()
{
RCC_ClocksTypeDef RCC_ClocksStatus;
RCC_GetClocksFreq(&RCC_ClocksStatus);//获取时钟频率
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);//时钟源配置为系统主时钟频率/8
SysTick_ITConfig(DISABLE);//不使能中断，采用查询方式
delay_fac_us = RCC_ClocksStatus.HCLK_Frequency / 8000000;// 1us的定时初值
}
//实现延时Nus的延时功能
void Delay_us(u32 Nus)
{
SysTick_SetReload(delay_fac_us * Nus);//载入初值
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Clear);//计数器清零
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Enable);//计数器开始计数
do
{
Status = SysTick_GetFlagStatus(SysTick_FLAG_COUNT);
}while (Status != SET);//不断查询标志位，当载入初值与计数器相等时，标志位置位。
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Disable);//关闭计数器
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Clear);//清零计数器
}
//实现闪灯
Delay_Init();
While(1)
{
LED1(ON);
Delay_us(500000);//延时500ms
LED1(OFF);
}
下面来看看库函数如何实现相应的寄存器配置。
void SysTick_ITConfig(FunctionalState NewState)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
if (NewState != DISABLE)
{
SysTick->CTRL |= CTRL_TICKINT_Set;
}
else
{
SysTick->CTRL &= CTRL_TICKINT_Reset;
}
}
这个函数的作用是配置寄存器开启/关闭中断，FunctionalState是自定义的数据类型，是一个枚举类型，typedef enum {DISABLE = 0, ENABLE = !DISABLE} FunctionalState;
枚举类型是一种基本数据类型而不是构造类型，它用于声明一组命名的常数，将变量的值一一列出来，变量的值只限于列举出来的值的范围内，因此当一个变量有几种可能的取值时，可以将它定义为枚举类型。
assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
这句话的作用是判断参数NewState的值是否正确，如果发现参数出错，它会调用函数assert_failed()向程序员报告错误。
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)
{
while (1)
{}
}
SysTick->CTRL |= CTRL_TICKINT_Set;这句话就是用来配置寄存器的语句， SysTick是系统定义的一个结构体如下，SysTick->CTRL即为滴答时钟的控制寄存器。
typedef struct
{
__IO uint32_t CTRL; /*!< Offset: 0x000 (R/W) SysTick Control and Status Register */
__IO uint32_t LOAD; /*!< Offset: 0x004 (R/W) SysTick Reload Value Register */
__IO uint32_t VAL; /*!< Offset: 0x008 (R/W) SysTick Current Value Register */
__I uint32_t CALIB; /*!< Offset: 0x00C (R/ ) SysTick Calibration Register */
} SysTick_Type; //声明一个SysTick_Type型的结构体。
#define SysTick ((SysTick_Type *) SysTick_BASE ) /*!< SysTick configuration struct */
#define SysTick_BASE (SCS_BASE + 0x0010UL) /*!< SysTick Base Address */
#define SCS_BASE (0xE000E000UL) /*!< System Control Space Base Address */
定义一个SysTick_Type类型的结构体实例SysTick，而从根本上来说这是一个地址，就是STM32芯片内部分配给滴答时钟的实际地址0xE000E000UL+0x0010UL。
CTRL_TICKINT_Set是一个宏定义，定义如下
/* CTRL TICKINT Mask */
#define CTRL_TICKINT_Set ((u32)0x00000002)
#define CTRL_TICKINT_Reset ((u32)0xFFFFFFFD)
至此，SysTick->CTRL |= CTRL_TICKINT_Set;这句话的意义已经很清晰了，就是给地址0xE000E000+0x0010 +0x000赋一个0x00000002的值，对应滴答时钟的CTRL寄存器的第2位置1。即为开启中断的意思。
上面讲的是用查询的方式，下面再说下中断触发。只需调用下面这个函数即可完成中断的设置。
SysTick_Config(uint32_t ticks);具体实现如下：
__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
if ((ticks - 1) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1);
SysTick->LOAD = ticks - 1;
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
return (0);
}
函数的参数为ticks，是要装入寄存器SysTick->LOAD的计数值，如果系统时钟为72M，把ticks赋值为SystemFrequency/10000，表示计数到720个时钟周期产生一次中断，而一个时钟周期的时间为(1/72)us，所以720x(1/72)=10us，也就实现了定时10us的功能。
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);为SysTick中断设置优先级。将寄存器SysTick->VAL的值清0。然后使能中断，使能SysTick定时器，时钟源选择为AHB时钟。当定时时间到时，进入中断函数
void SysTick_Handler(void)
{
//具体函数实现由用户编写。
}
通过对这样一个简单定时器的操作，我们可以初步了解到STM32库函数的使用方法，其实开发人员没必要深究库函数内部是如何处理实现的，只需要了解已经封装好的库函数，进行调用即可，因此可以大大降低开发周期，提高开发效率，更多的功能留给读者自行研究开发。
STM32的库函数操作给设计开发人员带来了诸多的便利，开发人员不必十分了解STM32的内部寄存器及硬件机制，只要有C语言基础，即可完成单片机的开发，缩短了开发周期，降低了开发难度，因而备受工程师喜爱。
基于库函数的开发模式，与基于API(Application Programming Interface)的软件开发有着异曲同工之处，程序员通过调用 API 函数对应用程序进行开发，而又无需访问源码，或理解内部工作机制的细节，可以减轻编程任务。STM32的基于函数库的开发模式也是一样的道理，因此对于有单片机开发经验的工程师来说，学习STM32，很容易就可以上手。
虽然可以不考虑库函数内部的细节，不考虑如何实现硬件寄存器的配置，但是深入了解库函数对于提高编程能力是很有好处的，下面以系统滴答时钟为例，详解其工作流程。
滴答时钟是STM32内部的一个24位定时器，其操作相对简单，配置寄存器较少。大体的工作流程是这样的，定时器首先要有时钟源，时钟源配置好之后，设置定时时间，然后定时器启动，当定时时间到时，置位标志位，重载定时器初值，系统可采用查询标志位和中断两种工作方式做出相应的响应，下面来看看程序如何实现延时功能。
//初始化配置函数
Void Delay_Init()
{
RCC_ClocksTypeDef RCC_ClocksStatus;
RCC_GetClocksFreq(&RCC_ClocksStatus);//获取时钟频率
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);//时钟源配置为系统主时钟频率/8
SysTick_ITConfig(DISABLE);//不使能中断，采用查询方式
delay_fac_us = RCC_ClocksStatus.HCLK_Frequency / 8000000;// 1us的定时初值
}
//实现延时Nus的延时功能
void Delay_us(u32 Nus)
{
SysTick_SetReload(delay_fac_us * Nus);//载入初值
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Clear);//计数器清零
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Enable);//计数器开始计数
do
{
Status = SysTick_GetFlagStatus(SysTick_FLAG_COUNT);
}while (Status != SET);//不断查询标志位，当载入初值与计数器相等时，标志位置位。
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Disable);//关闭计数器
SysTick_CounterCmd(SysTick_Counter_Clear);//清零计数器
}
//实现闪灯
Delay_Init();
While(1)
{
LED1(ON);
Delay_us(500000);//延时500ms
LED1(OFF);
}
下面来看看库函数如何实现相应的寄存器配置。
void SysTick_ITConfig(FunctionalState NewState)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
if (NewState != DISABLE)
{
SysTick->CTRL |= CTRL_TICKINT_Set;
}
else
{
SysTick->CTRL &= CTRL_TICKINT_Reset;
}
}
这个函数的作用是配置寄存器开启/关闭中断，FunctionalState是自定义的数据类型，是一个枚举类型，typedef enum {DISABLE = 0, ENABLE = !DISABLE} FunctionalState;
枚举类型是一种基本数据类型而不是构造类型，它用于声明一组命名的常数，将变量的值一一列出来，变量的值只限于列举出来的值的范围内，因此当一个变量有几种可能的取值时，可以将它定义为枚举类型。
assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
这句话的作用是判断参数NewState的值是否正确，如果发现参数出错，它会调用函数assert_failed()向程序员报告错误。
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)
{
while (1)
{}
}
SysTick->CTRL |= CTRL_TICKINT_Set;这句话就是用来配置寄存器的语句， SysTick是系统定义的一个结构体如下，SysTick->CTRL即为滴答时钟的控制寄存器。
typedef struct
{
__IO uint32_t CTRL; /*!< Offset: 0x000 (R/W) SysTick Control and Status Register */
__IO uint32_t LOAD; /*!< Offset: 0x004 (R/W) SysTick Reload Value Register */
__IO uint32_t VAL; /*!< Offset: 0x008 (R/W) SysTick Current Value Register */
__I uint32_t CALIB; /*!< Offset: 0x00C (R/ ) SysTick Calibration Register */
} SysTick_Type; //声明一个SysTick_Type型的结构体。
#define SysTick ((SysTick_Type *) SysTick_BASE ) /*!< SysTick configuration struct */
#define SysTick_BASE (SCS_BASE + 0x0010UL) /*!< SysTick Base Address */
#define SCS_BASE (0xE000E000UL) /*!< System Control Space Base Address */
定义一个SysTick_Type类型的结构体实例SysTick，而从根本上来说这是一个地址，就是STM32芯片内部分配给滴答时钟的实际地址0xE000E000UL+0x0010UL。
CTRL_TICKINT_Set是一个宏定义，定义如下
/* CTRL TICKINT Mask */
#define CTRL_TICKINT_Set ((u32)0x00000002)
#define CTRL_TICKINT_Reset ((u32)0xFFFFFFFD)
至此，SysTick->CTRL |= CTRL_TICKINT_Set;这句话的意义已经很清晰了，就是给地址0xE000E000+0x0010 +0x000赋一个0x00000002的值，对应滴答时钟的CTRL寄存器的第2位置1。即为开启中断的意思。
上面讲的是用查询的方式，下面再说下中断触发。只需调用下面这个函数即可完成中断的设置。
SysTick_Config(uint32_t ticks);具体实现如下：
__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
if ((ticks - 1) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) return (1);
SysTick->LOAD = ticks - 1;
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |
SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
return (0);
}
函数的参数为ticks，是要装入寄存器SysTick->LOAD的计数值，如果系统时钟为72M，把ticks赋值为SystemFrequency/10000，表示计数到720个时钟周期产生一次中断，而一个时钟周期的时间为(1/72)us，所以720x(1/72)=10us，也就实现了定时10us的功能。
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);为SysTick中断设置优先级。将寄存器SysTick->VAL的值清0。然后使能中断，使能SysTick定时器，时钟源选择为AHB时钟。当定时时间到时，进入中断函数
void SysTick_Handler(void)
{
//具体函数实现由用户编写。
}
通过对这样一个简单定时器的操作，我们可以初步了解到STM32库函数的使用方法，其实开发人员没必要深究库函数内部是如何处理实现的，只需要了解已经封装好的库函数，进行调用即可，因此可以大大降低开发周期，提高开发效率，更多的功能留给读者自行研究开发。
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