SysTick->LOAD = (SystemCoreClock/1000/1000) *us- 1UL; //系统硬件时钟装载，168MHZ，-1是因为从零开始计数，UL是usigned long类型 SysTick->VAL = 0UL; SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //时钟

<think> 我们正在分析一段用于SysTick定时器初始化的代码，目的是实现微秒级延时。代码片段如下： ```c SysTick->LOAD = (SystemCoreClock/1000/1000) *us - 1UL; SysTick->VAL = 0UL; SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; ``` 结合之前讨论的`SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;`，我们将逐步解析这段代码。 ### 1. **代码解析** #### (1) `SysTick->LOAD = (SystemCoreClock/1000/1000) *us - 1UL;` - **目的**：设置SysTick重装载寄存器(`LOAD`)的值。 - **计算过程**： - `SystemCoreClock`：系统主时钟频率（单位：Hz）。例如：72MHz系统对应`72,000,000 Hz`。 - `SystemCoreClock/1000/1000`：将主时钟频率转换为**每微秒的时钟周期数**。 $$ \text{每微秒周期数} = \frac{\text{SystemCoreClock}}{1,000,000} $$ 例如：72MHz系统计算得72周期/微秒。 - `(SystemCoreClock/1000/1000) *us`：计算`us`微秒对应的总时钟周期数。 $$ \text{总周期数} = \frac{\text{SystemCoreClock}}{1,000,000} \times \text{us} $$ - `减去1UL`：由于SysTick是递减计数器且从`N`递减到0实际需要`N+1`个周期，因此重装载值需设为`N-1`[^2]。公式调整为： $$ \text{LOAD值} = \left( \frac{\text{SystemCoreClock}}{1,000,000} \times \text{us} \right) - 1 $$ #### (2) `SysTick->VAL = 0UL;` - **目的**：清空当前计数器值(`VAL`寄存器)。 - 写入任何值都会清零计数器，并重新从`LOAD`寄存器加载值[^3]。 #### (3) `SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;` - **目的**：配置并启动SysTick定时器。 - `SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk`：选择时钟源为**内核时钟(`HCLK`)**（即`SystemCoreClock`）。 - `SysTick_CTRL_ENABLE_Msk`：使能定时器开始递减计数。 ### 2. **整体功能** 这三行代码共同实现了一个**阻塞式微秒级延时函数**的核心逻辑： 1. 根据系统主频和延时时间`us`计算重装载值。 2. 重置计数器。 3. 启动定时器开始倒计时。 使用时需配合等待计数完成的循环，例如： ```c void delay_us(uint32_t us) { // 设置重装载值 SysTick->LOAD = (SystemCoreClock / 1000000) * us - 1; SysTick->VAL = 0; // 清空计数器 // 启动定时器（无中断） SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // 等待计数结束标志 while (!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk)); // 关闭定时器（可选） SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; } ``` ### 3. **关键注意事项** #### (1) 重装载值范围限制 - SysTick的`LOAD`寄存器是24位（最大值$2^{24}-1 = 16,777,215$）。 - 最大可延时时间计算： $$ \text{最大延时} = \frac{16,777,216}{\text{每微秒周期数}} \mu s $$ 例如：72MHz系统最大延时约233ms（$16,777,216 / 72 ≈ 233,016 \mu s$）。 #### (2) 中断配置 - 此代码**未启用中断**（无`SysTick_CTRL_TICKINT_Msk`），依赖轮询`COUNTFLAG`标志位。 - 若用于实时操作系统（RTOS）心跳时钟，需启用中断并设置优先级[^2]。 #### (3) 时钟精度 - 使用`HCLK`（内核时钟）确保最高精度。 - 若系统主频可变（如低功耗模式），需动态调整`LOAD`值。 ### 4. **与之前代码的关系** 之前的分析聚焦于控制寄存器的配置： ```c SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; ``` 本代码扩展了完整延时流程： - 补充`LOAD`和`VAL`寄存器的初始化。 - 明确重装载值的计算方法。 ### 5. **优化建议** 1. **防止数值溢出**： ```c // 推荐先除后乘避免溢出 uint32_t cycles = (SystemCoreClock / 1000000) * us - 1; ``` 2. **关闭定时器**：延时完成后建议禁用定时器以节省功耗。 3. **超范围处理**：增加对`us`最大值的校验。 ### 相关问题 1. **如何修改此代码以实现毫秒级延时？** 将计算公式中的除数改为1000： ```c SysTick->LOAD = (SystemCoreClock / 1000) * ms - 1; ``` 2. **SysTick定时器在延时过程中能否被中断？** 可以，但中断处理时间会被计入延时时间。若需精确延时，需关闭全局中断或使用高优先级。 3. **如何为SysTick中断编写处理函数？** 在中断向量表中实现`SysTick_Handler`函数： ```c void SysTick_Handler(void) { // 处理中断（例如RTOS任务调度） } ``` 4. **SystemCoreClock变量如何获取？** 通常由芯片厂商提供的库函数初始化（如STM32的`SystemInit()`）。 5. **SysTick定时器能否用于非阻塞延时？** 可以，通过全局变量记录状态： ```c volatile uint32_t ticks; void SysTick_Handler(void) { ticks--; } // 启动延时 ticks = us; SysTick_Config(...); while (ticks != 0); ``` --- ### 代码示例：完整微秒延时函数 ```c void delay_us(uint32_t us) { // 计算重装载值（防止溢出） uint32_t cycles = (SystemCoreClock / 1000000) * us; if (cycles == 0) cycles = 1; // 至少1周期 else if (cycles > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk + 1) { cycles = SysTick_LOAD_RELOAD_Msk + 1; // 限制最大值 } SysTick->LOAD = cycles - 1; SysTick->VAL = 0; // 清空计数器 SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // 等待计数结束 while ((SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk) == 0); // 关闭定时器 SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; } ``` 此函数实现了高精度微秒级延时，适用于对时间敏感的应用场景[^2][^3]。 </think> ### 代码解析：SysTick 微秒级延时实现 #### 1. **完整代码功能** 这段代码实现了基于 SysTick 定时器的**微秒级精确延时**功能，完整代码如下： ```c SysTick->LOAD = (SystemCoreClock/1000/1000) * us - 1UL; SysTick->VAL = 0UL; SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; ``` #### 2. **逐行解析** **(1) 设置重装载值：** `SysTick->LOAD = (SystemCoreClock/1000/1000) * us - 1UL;` - `SystemCoreClock`：系统主时钟频率（Hz），如 72MHz = 72,000,000Hz - `SystemCoreClock/1000/1000`：计算每微秒的时钟周期数 $$ \text{每微秒周期数} = \frac{\text{SystemCoreClock}}{1,000,000} $$ （如 72MHz 系统：72 周期/μs） - `* us`：乘以需要的微秒数 - `-1UL`：SysTick 是递减计数器，从 N 到 0 需要 N+1 个周期[^2] **(2) 复位当前值：** `SysTick->VAL = 0UL;` - 清除当前计数器值，触发从 LOAD 寄存器重载初值 - 计数器将从 LOAD 值开始递减 **(3) 配置控制寄存器：** `SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;` - `SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk`：选择内核时钟（HCLK）作为时钟源 - `SysTick_CTRL_ENABLE_Msk`：启动计数器开始递减 #### 3. **工作原理** 1. LOAD 寄存器根据系统时钟和延时时间计算重装载值： $$ \text{LOAD} = \left(\frac{\text{SystemCoreClock}}{1,000,000} \times \text{us}\right) - 1 $$ 2. VAL 寄存器清零后，计数器从 LOAD 值开始递减 3. 当计数器减到 0 时： - 自动重载 LOAD 值 - COUNTFLAG 标志位置 1（可用作延时完成标志） #### 4. **与之前代码的关系** 之前分析的代码片段： ```c SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; ``` 是当前代码的子集，仅包含定时器配置部分。完整延时实现还需： - 精确计算 LOAD 值（根据时钟频率和延时时间） - 复位 VAL 寄存器启动计数 #### 5. **实际使用场景** 典型微秒级延时函数实现： ```c void delay_us(uint32_t us) { // 计算重装载值 uint32_t reload = (SystemCoreClock / 1000000) * us - 1; // 防止超出24位范围(0xFFFFFF) if(reload > 0xFFFFFF) reload = 0xFFFFFF; SysTick->LOAD = reload; // 设置重装载值 SysTick->VAL = 0; // 复位计数器 SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // 等待计数完成 while(!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk)); // 关闭定时器(可选) SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; } ``` #### 6. **关键特性** | 特性 | 说明 | |------|------| | 精度 | 单周期精度（HCLK时钟） | | 范围 | 最大延时：$ \frac{16,777,216}{\text{SystemCoreClock}} $ 秒 | | 中断 | 无中断模式（轮询COUNTFLAG） | | 功耗 | 休眠模式下仍可工作 | #### 7. **注意事项** 1. **24位计数器限制** LOAD 值不能超过 0xFFFFFF（16,777,215） - 72MHz 系统最大延时：233ms $$ \frac{16,777,216}{72,000,000} \approx 0.233 \text{秒} $$ 2. **时钟源一致性** 必须确保实际时钟源与计算使用的 SystemCoreClock 匹配： ```c // 验证时钟源配置 if(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk) { // 使用HCLK } else { // 使用HCLK/8，需调整计算 } ``` 3. **阻塞式延时** 当前实现为阻塞式延时，期间CPU无法执行其他任务 --- ### 相关问题 1. **如何将此代码改为毫秒级延时？** 只需修改 LOAD 值计算： ```c // 毫秒延时：将1000000改为1000 SysTick->LOAD = (SystemCoreClock/1000) * ms - 1; ``` 2. **SysTick 延时最小精度是多少？** 最小延时 = $\frac{1}{\text{SystemCoreClock}}$ 秒 （72MHz 系统约 13.9ns） 3. **如何在延时期间响应中断？** 添加中断使能位并实现中断处理函数： ```c // 启用中断 SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_TICKINT_Msk; NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn); ``` 4. **SysTick 在多核系统中如何使用？** 每个 Cortex-M 内核有独立 SysTick，需分别配置： ```c // 对于CM7双核系统 SysTick->LOAD = ...; // 核1 SysTick_1->LOAD = ...; // 核2 ``` 5. **如何实现非阻塞式延时？** 使用全局时间戳变量： ```c volatile uint32_t timeout; void SysTick_Handler(void) { if(timeout) timeout--; } void delay_nonblock(uint32_t us) { timeout = us; while(timeout); } ```