当前位置：首页 > news >正文

滴答时钟延时

news 2025/10/14 9:03:50

SysTick 工作原理

SysTick 是 Cortex-M 内核的一个递减计数器，时钟源可配置为处理器时钟或外部时钟。初始化时需设置 LOAD 寄存器作为重装载值，VAL 寄存器存储当前计数值，从 LOAD 开始递减至 0 后自动重载。

周期计算方式为 SysTick->LOAD - SysTick->VAL，表示当前已走过的时钟周期数。时钟配置通常使用处理器时钟（SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk），并启用中断（SysTick_CTRL_TICKINT_Msk）和计数器（SysTick_CTRL_ENABLE_Msk）。

解读一些不清晰的地方

我们注意到SysTick是一个递减计数器，

初始化时我们设置了LOAD，

它是一个重装载的值

VAL是当前计数器的值，

它会从LOAD开始向下递减

到达0之后，会被重新赋值为LOAD的值

故 SysTick->LOAD - SysTick->VAL是当前走过的周期数

关键宏定义

#define TICKS_PER_MS (SystemCoreClock / 1000)  // 1ms 对应的时钟周期数
#define TICKS_PER_US (SystemCoreClock / 1000000)  // 1us 对应的时钟周期数

初始化函数

void cpu_tick_init(void) {SysTick->LOAD = TICKS_PER_MS;  // 设置重装载值为 1ms 的周期数SysTick->VAL = 0;  // 清空当前计数值SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |  // 使用处理器时钟SysTick_CTRL_TICKINT_Msk |    // 允许中断SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;      // 启动计数器
}

时间获取函数

uint64_t cpu_now(void) {uint64_t now, last_count;do {last_count = cpu_tick_count;  // 记录中断累积的计数值now = cpu_tick_count + (SysTick->LOAD - SysTick->VAL);  // 计算当前总周期数} while (last_count != cpu_tick_count);  // 避免读取时中断触发导致数据不一致return now;
}uint64_t cpu_get_us(void) {return cpu_now() / TICKS_PER_US;  // 转换为微秒
}uint64_t cpu_get_ms(void) {return cpu_now() / TICKS_PER_MS;  // 转换为毫秒
}

延时函数

void cpu_delay_us(uint32_t us) {uint64_t now = cpu_now();while (cpu_now() - now < (uint64_t)us * TICKS_PER_US);  // 等待指定微秒数
}void cpu_delay_ms(uint32_t ms) {uint64_t now = cpu_now();while (cpu_now() - now < (uint64_t)ms * TICKS_PER_MS);  // 等待指定毫秒数
}

中断处理函数

void SysTick_Handler(void) {cpu_tick_count += TICKS_PER_MS;  // 每次中断增加 1ms 的周期数
}

注意事项

原子操作：cpu_now() 使用循环检查确保数据一致性，避免中断导致读取错误。
时钟频率：SystemCoreClock 需正确配置为当前处理器时钟频率。
中断优先级：SysTick 中断优先级需合理设置，避免影响其他关键任务。
溢出处理：cpu_tick_count 为 64 位变量，可支持长时间运行，但需注意延时函数的参数范围。

原子操作解读

初始状态设定

text

系统时钟: 168MHz
TICKS_PER_MS = 168,000
LOAD = 168,000

当前时刻:
cpu_tick_count = 1,000,000 (表示已运行约5.95秒)
SysTick->VAL = 500 (当前ms还剩500个周期)

场景：在读取过程中发生中断

⚠️ 没有 do-while 的情况

uint64_t cpu_now_bad(void)
{
// 直接计算，没有保护
return cpu_tick_count + SysTick->LOAD - SysTick->VAL;
}

执行过程：

text

时间点1: 读取 cpu_tick_count = 1,000,000
时间点2: 读取 VAL = 500
时间点3: **发生中断!** cpu_tick_count 变成 1,168,000
时间点4: 计算 now = 1,000,000 + 168,000 - 500 = 1,167,500
返回: 1,167,500 ❌

结果分析：

正确时间应该是：1,168,000 + (168,000 - 500) = 1,168,000 + 167,500 = 1,335,500
实际返回：1,167,500
误差：1,335,500 - 1,167,500 = 168,000 个周期 = 1ms的误差!

✅ 有 do-while 的情况

uint64_t cpu_now_good(void)
{
uint64_t now, last_count;
do {
        last_count = cpu_tick_count;     // 第1次: 1,000,000
        now = cpu_tick_count + SysTick->LOAD - SysTick->VAL; // 计算: 1,167,500
} while (last_count != cpu_tick_count); // 检查: 1,000,000 ≠ 1,168,000 → 重新循环

// 第2轮循环:
do {
        last_count = cpu_tick_count;     // 第2次: 1,168,000
        now = cpu_tick_count + SysTick->LOAD - SysTick->VAL; // 计算: 1,335,500
} while (last_count != cpu_tick_count); // 检查: 1,168,000 = 1,168,000 → 退出

return now; // 返回: 1,335,500 ✓
}