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|  V1.0  |  2020-07-04  |  gingko  |  初次建立  | 


===== 实验五：SYSTICK定时器实验——点亮LED =====

==== 一、 实验目的与意义 ====

  - 了解STM32 GPIO结构。
  - 了解STM32 GPIO 特征。
  - 掌握SYSTICK的使用方法。
  - 掌握STM32 HAL库中SYSTICK属性的配置方法。
  - 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====

  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
  - JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====

=== 1、时钟系统简介 ===
  * 1、STM32时钟源分以下五类：
    * 内部高速时钟（HSI）：RC振荡器，精度不高。
    * 外部高速时钟（HSE）：可接石英/陶瓷谐振器或者接外部时钟源。
    * 内部低速时钟（LSI）：RC振荡器，提供低功耗时钟。应用如WDG。
    * 外部低速时钟（LSE）：接外部低频率石英晶体。应用如RTC。
    * 锁相环倍环输出（PLL）：其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频倍数
    * 可调，但是其最大输出频率受限数值因芯片型号而异。
  * 2、系统时钟SYSCLK可来源于：
    * HSI振荡器时钟
    * HSE振荡器时钟
    * PLL时钟
=== 2、SYSTICK简介 ===

  * SysTick系统定时器是属于CM7内核中的一个外设，内嵌在NVIC中。系统定时器是一个24bit的向下递减的计数器，计数器每计数一次的时间为1/SYSCLK，一般我们设置系统时钟SYSCLK等于216MHz。当重装载数值寄存器的值递减到0的时候，系统定时器就产生一次中断，以此循环往复。
  * 因为SysTick是属于CM7内核的外设，所以所有基于CM7内核的单片机都具有这个系统定时器，使得软件在CM7单片机中可以很容易的移植。系统定时器一般用于操作系统，用于产生时基，维持操作系统的心跳。
  * SysTick在设定初值并开启后，每经一个系统时钟周期，计数值减1，计数到0时，将从重载寄存器中自动重新装载定时初值并继续计数，同时内部的COUNTFLAG标志位置1，触发中断(中断允许情况下)，中断响应属于NVIC异常，异常号为15，Systick中断优先级可设置。
=== 3、SYSTICK寄存器介绍 ===
  * SysTick系统定时有4个寄存器，简要介绍如下。

|寄存器名称	|寄存器描述|
|CTRL	|SysTick控制及状态寄存器|
|LOAD	|SysTick重装载值寄存器|
|VAL	|SysTick当前数值寄存器|
|CALIB	|SysTick校准数值寄存器|

  * 在使用SysTick产生定时的时候，只需要配置CTRL、LOAD、VAL三个寄存器，CALIB校准寄存器不需要配置（出厂时已校准好），寄存器介绍如下： 
（1）CTRL控制及状态寄存器

|位段	|名称	|类型	|复位值	|描述|
|16	|COUNTFLAG	|R/W	|0	|如果计时器从上次读取后计数到0，则该位返回1|
|2	|CLKSOURCE	|R/W	|0	|时钟源选择位：|
|:::|:::|:::|:::|0 = AHB/8|
|:::|:::|:::|:::|1 = 处理器时钟AHB|
|1|TICKINT|R/W	|0	|启用SysTick异常请求：|
|:::|:::|:::|:::|0 = 计时器数到0时没有异常请求。|
|:::|:::|:::|:::|1 = 计时器数到0时产生SysTick异常请求|
|:::|:::|:::|:::|通过读取COUNTFLAG位可以确定计数器是否递减到0|
|0|ENABLE|R/W|0	|SysTick定时器的使能位|

（2）LOAD重装载值寄存器

|位段	|名称	|类型	|复位值	|描述|
|23:0	|RELOAD	|R/W	|0	|当倒数计数至零时，将被重装载的值|

  * RELOAD值可以是0x00000001 - 0x00FFFFFF范围内的任何值。起始值可以为0，但是没有效果，因为SysTick异常请求和COUNTFLAG在从1到0计数时才被激活。重新装载值是根据其使用情况计算的。例如，要生成周期为N个处理器时钟周期的多次触发定时器，可以配置RELOAD值为N-1。如果每100个时钟脉冲需要SysTick中断，则将RELOAD设置为99。
（3）VAL当前数值寄存器

|位段	|名称	|类型	|复位值	|描述|
|23:0	|CURRENT	|R/W	|0	|读取返回SysTick计数器的当前值。向寄存器写入任何值时都会将该字段清除为0，并将控制及状态寄存器中的COUNTFLAG位清除为0。|

（4）CALIB校准数值寄存器
  * 系统定时器的校准数值寄存器在定时实验中不需要用到。

|位段	|名称	|类型	|复位值	|描述|
|31	|NOREF	|R	|0	|指示是否有参考时钟提供给处理器|
|:::|:::|:::|:::|0：提供参考时钟|
|:::|:::|:::|:::|1：不提供参考时钟|
|:::|:::|:::|:::|如果器件不提供参考时钟，SYST_CSR.CLKSOURCE标志位为1，不可改写。|
|30	|SKEW	|R	|1	|S指示TENMS的值是否精确|
|:::|:::|:::|:::|0：TENMS是精确值|
|:::|:::|:::|:::|1：TENMS不是精确值或者不提供|
|:::|:::|:::|:::|不精确的TENMS值可以影响作为软件实时时钟节拍器的适用性。|
|23:0	|TENMS	|R	|0	|重新加载 10ms (100Hz) 计时的值, 受系统时钟偏差的错误。如果值读取为零, 校准值未知。|
==== 四、 实验程序 ====

=== 1、主函数 ===
<code c>
int main(void)
{
    static int led_work_status;
  /* MCU 配置*/
  /* 重置所有外围设备，初始化Flash接口和Systick */
  HAL_Init();
  /* 配置系统时钟 */
  SystemClock_Config();
  /* 初始化所有已配置的外围设备 */
  MX_GPIO_Init();
  /* 无限循环 */
  while (1)
  {
        if(systick.second_flag == 1){
            systick.second_flag = 0;
            led_work_status += 1;
            if(led_work_status > 2)led_work_status = 0;
            switch (led_work_status){
                case 0 :
                    LED_RED_ON;
                    LED_GREEN_OFF;
                    LED_BLUE_OFF;
                    break;
                case 1 :
                    LED_RED_OFF;
                    LED_GREEN_ON;
                    LED_BLUE_OFF;
                    break;
                case 2:
                    LED_RED_OFF;
                    LED_GREEN_OFF;
                    LED_BLUE_ON;
                    break;
                default:
                    break;  
            }       
        }
    }
}
 
</code>
=== 2、系统时钟初始化 ===
<code c>
void SystemClock_Config(void)  
{  
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct; //外部晶振初始化结构体
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;  
//CPU,AHB,APB等总线时钟初始化结构体
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();  
//AHB时钟使能
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1); 
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; 
//选择时钟源为HSE
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; //开启HSE
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; //开启PLL
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; //PLL时钟来源为HSE
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 24;  //分频系数M
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 432; //分频系数N
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;  分频系数P
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 2;  //分频系数Q
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)  
  {  
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }  
  if (HAL_PWREx_EnableOverDrive() != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
//初始化CPU，AHB和APB总线时钟
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK  
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;  
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; 
   //时钟源选择PLLCLK
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; //分频系数AHBPRESC=1 
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;  //分频系数APB1PRESC=4
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;  //分频系数APB2PRESC=2
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_7) != HAL_OK)
  {  
     _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }  
/**配置Systick中断时间 */
  HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);
    /**配置Systick */
 HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);
  /* SysTick_IRQn中断配置*/
  HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
}  

</code>
=== 3、SysTick配置函数 ===
<code c>
__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
  if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)
  {
    return (1UL);               /* 不可能的重装载值 */
  }
  SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);    /* 设置重装载寄存器 */
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL);
 /* 设置中断优先级 */
  SysTick->VAL   = 0UL;    /* 加载SysTick计数器值 */
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;  
/* 启用SysTick IRQ和SysTick计时器 */
  return (0UL);                 /* 操作成功 */
} 
</code>
  * 用库编程的时候我们只需要调用将SysTick_Config函数封装好的库函数HAL_SYSTICK_Config ()即可，形参ticks用来设置重装载寄存器的值，最大不能超过重装载寄存器的值224，当重装载寄存器的值递减到0的时候产生中断，然后重装载寄存器的值又重新装载往下递减计数，以此循环往复。紧随其后设置好中断优先级，最后配置系统定时器的时钟，使能定时器和定时器中断，这样系统定时器就配置好了。SysTick_Config()库函数主要配置了SysTick中的三个寄存器：LOAD、VAL和CTRL，有关具体的部分看代码注释即可。其中还调用了固件库函数NVIC_SetPriority()来配置系统定时器的中断优先级，该库函数也在core_m7.h中定义。
=== 4、中断回调函数 ===

  * 以下是系统滴答定时器中断回调函数，每发生一次滴答定时器中断进入该回调函数一次，主要实现定时1s,改变一次标志位，使用LED显色状态变换一次。
<code c>
void HAL_SYSTICK_Callback(void)  
{  
    // 中断时间1ms，每1ms进入中断一次
    static int counter = 0;  
      
    if((counter ++ % 1000) == 0){  
        systick.second_flag = 1;      
    }  
}  

</code>
==== 五、 实验步骤 ====
  - 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore4上；
  - 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====
  * iCore4双核心板与ARM相连的三色LED（PCB上标示为ARM·LED），红色、绿色、蓝色每秒交替点亮。