关于RT thread系统节拍时钟的配置

-----本文基于rt-thread-3.1.3版本编写

首先，使用RTthread OS时，要配置（或者明白）它的系统节拍rt_tick（划重点）。

系统节拍

系统节拍是特定的周期中断，可以看是系统心跳，中断之间的时间间隔取决于不同的应用，一般是 1ms–100ms，系统节拍率越快，系统的额外开销就越大，从系统启动开始计数的时钟节拍数称为系统时间。
RT-Thread 中，系统节拍的长度可以根据 RT_TICK_PER_SECOND 的定义来调整，等于 1/RT_TICK_PER_SECOND 秒。

系统节拍实现方式

系统节拍由配置为中断触发模式的硬件定时器产生，当中断到来时，将调用一次：void rt_tick_increase(void)，通知操作系统已经过去一个系统时钟

先看这段代码：

void SysTick_Handler(void)
{
/* enter interrupt */
rt_interrupt_enter();
rt_tick_increase();
/* leave interrupt */
rt_interrupt_leave();
}

其中函数rt_tick_increase()的代码是：

void rt_tick_increase(void)
{
struct rt_thread *thread;
/* increase the global tick */
#ifdef RT_USING_SMP
rt_cpu_self()->tick ++;
#else
++ rt_tick;
#endif
/* check time slice */
thread = rt_thread_self();
-- thread->remaining_tick;
if (thread->remaining_tick == 0)
{
/* change to initialized tick */
thread->remaining_tick = thread->init_tick;
/* yield */
rt_thread_yield();
}
/* check timer */
rt_timer_check();
}

若系统的硬件是外置8MHz晶振，系统时钟每秒节拍数1000表示1s内rt_tick增加1000，即时钟节拍为1ms；若设为100，则rt_tick每隔10ms加1，时钟节拍为10ms。

所以如果想做成时钟节拍为5ms的，那就把RT_TICK_PER_SECOND设置为200；如果想把时钟节拍做成2ms的，那就把RT_TICK_PER_SECOND设置为500，以此类推。

SysTick_Handler是STM32的硬件滴答时钟的中断库函数，既然是一个时钟，那么类似定时器，它应该有一个时间间隔才产生一次中断。这个时间间隔就由以下这个函数来设置：

HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq() / RT_TICK_PER_SECOND);

其中RT_TICK_PER_SECOND定义在rtconfig.h中：

/* Tick per Second */
#define RT_TICK_PER_SECOND 1000

RT thread对于此处代码的解释是，等于 1/RT_TICK_PER_SECOND 秒，RT_TICK_PER_SECOND默认是1000。

又因HAL_RCC_GetHCLKFreq()的返回值是SystemCoreClock，所以就要查找SystemCoreClock在哪里赋值的。所以继续查看代码，按以下顺序找到：

rtthread_startup() -> rt_hw_board_init() -> SystemClock_Config() -> SystemCoreClockUpdate ()

在函数SystemCoreClockUpdate()中有如下一段代码（关键部份为橙色）：

/* Get SYSCLK source -------------------------------------------------------*/
switch (RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS)
{
case 0x00: /* MSI used as system clock source */
SystemCoreClock = msirange;
break;
case 0x04: /* HSI used as system clock source */
SystemCoreClock = HSI_VALUE;
break;
case 0x08: /* HSE used as system clock source */
SystemCoreClock = HSE_VALUE;
break;
case 0x0C: /* PLL used as system clock source */
/* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE or MSI_VALUE/ PLLM) * PLLN
SYSCLK = PLL_VCO / PLLR
*/
pllsource = (RCC->PLLCFGR & RCC_PLLCFGR_PLLSRC);
pllm = ((RCC->PLLCFGR & RCC_PLLCFGR_PLLM) >> 4U) + 1U ;
switch (pllsource)
{
case 0x02: /* HSI used as PLL clock source */
pllvco = (HSI_VALUE / pllm);
break;
case 0x03: /* HSE used as PLL clock source */
pllvco = (HSE_VALUE / pllm);
break;
default: /* MSI used as PLL clock source */
pllvco = (msirange / pllm);
break;
}
pllvco = pllvco * ((RCC->PLLCFGR & RCC_PLLCFGR_PLLN) >> 8U);
pllr = (((RCC->PLLCFGR & RCC_PLLCFGR_PLLR) >> 25U) + 1U) * 2U;
SystemCoreClock = pllvco/pllr;
break;
default:
SystemCoreClock = msirange;
break;
}
/* Compute HCLK clock frequency --------------------------------------------*/
/* Get HCLK prescaler */
tmp = AHBPrescTable[((RCC->CFGR & RCC_CFGR_HPRE) >> 4U)];
/* HCLK clock frequency */
SystemCoreClock >>= tmp;

在代码中，switch (RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS)显然就是硬件的时钟寄存器，一般STM32F103系列电路板上用的是外部晶振，所以就是0x08的值在起作用。

case 0x08: /* HSE used as system clock source */
SystemCoreClock = HSE_VALUE;

查找HSE_VALUE的定义，果然能找到

#define HSE_VALUE ((uint32_t)8000000U) /*!< Value of the External oscillator in Hz */

一般电路板上这个外部晶振都是8MHz，所以此处HSE_VALUE为8000000U

同时，看这段代码：

/* Get HCLK prescaler */
tmp = AHBPrescTable[((RCC->CFGR & RCC_CFGR_HPRE) >> 4U)];
/* HCLK clock frequency */
SystemCoreClock >>= tmp;

注释Get HCLK prescaler，意思是取得AHB的预分频；

注释HCLK clock frequency，意思是HCLK的频率。

一般我们都会将HCLK调整为72MHz，由此可知，SystemCoreClock算出来的值是72000000。

资料一：RT thread中的SysTick

在版本为3.1.3的RT thread OS的board.c源码中，有关于OS系统滴答（心跳）的初始化的代码。

此处要先说明一个知识点，STM32芯片中，分为ARM内核（如SysTick）和普通外设（如IIC,USART,TIM）。ARM内核的部件也是具有中断的，这些中断当然也具有优先级。

RT thread OS通过重定义和配置，来使能SysTick计时，并产生SysTick_Handler中断。

/**
* SysTick是一个简单的递减24位计数器
* 以下是对SysTick进行重定义，用于初始化OS系统的系统滴答（又称心跳）
**/
#define _SCB_BASE (0xE000E010UL)
#define _SYSTICK_CTRL (*(rt_uint32_t *)(_SCB_BASE + 0x0)) //SysTick->CTRL, 地址 0xE000E010 -- 状态和控制寄存器
#define _SYSTICK_LOAD (*(rt_uint32_t *)(_SCB_BASE + 0x4)) //SysTick->LOAD, 地址 0xE000E014 -- 重装载值寄存器
#define _SYSTICK_VAL (*(rt_uint32_t *)(_SCB_BASE + 0x8)) //SysTick->VAL, 地址 0xE000E018 -- 当前值寄存器
#define _SYSTICK_CALIB (*(rt_uint32_t *)(_SCB_BASE + 0xC)) //SysTick->CALRB, 地址 0xE000E01C -- 校准值寄存器
#define _SYSTICK_PRI (*(rt_uint8_t *)(0xE000ED23UL)) //SCB->SHP[11], 地址 0xE000ED23 -- ARM内核部件优先级设置寄存器的第11个字节：SysTick Priority level ，
// 用于配置SysTick（系统定时器）的优先级，0x00为最高，0xFF为最低

static uint32_t _SysTick_Config(rt_uint32_t ticks)
{
if ((ticks - 1) > 0xFFFFFF)
{
return 1;
}
_SYSTICK_LOAD = ticks - 1;
_SYSTICK_PRI = 0xFF;
_SYSTICK_VAL = 0;
_SYSTICK_CTRL = 0x07; //使能了SysTick工作；产生中断；时钟来源：HCLK；
return 0;
}

资料二：关于STM32的中断优先级设置—systick

项目中需要将systick中断的优先级调低，遇到的问题总结如下：

1. STM32中断优先级是使用4-bit来表示的，即总共有16个级别。

2. 优先级分为2个部分：抢先优先级和子优先级，上述的4个bit可以灵活分配给抢先优先级和子优先级，比如，1个bit表示抢先优先级，则剩余3个bit表示子优先级。固件库中对应的函数是：NVIC_PriorityGroupConfig（）。

3. 中断分为内核中断和芯片（STM32）中断，配置的寄存器位置是不同的，芯片中断的配置使用NVIC，内核中断（比如systick）的配置使用SCB。

4. 内核中断优先级设置使用函数：NVIC_SetPriority（），此函数需要一个表示优先级的参数，可以利用NVIC_EncodePriority（）这个函数生成，比如：

NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, NVIC_EncodePriority(NVIC_GetPriorityGrouping(), 0, 1));//抢先优先级：0（最高）；子优先级：1(中)

资料三：SysTick的总结（寄存器操作）

我是新手，最近用STM32的SYSTick做了延时

编程思路：

选择时钟源

关闭计数器

设置重装载值

当前值清零

使能SysTick

等待计数器计数完毕

当前值清零

关闭计数器

一、概述：

SysTick是一个简单的递减24位计数器

如果你不需要再应用程序中嵌入操作系统，SysTick可以作为简单的延时和产生周期性的中断；

状态控制寄存器的第0位可以使能计数器，current value register（当前值寄存器）随着时钟一直递减，当他减到0的时候，重装载寄存器（reload value register）就会重新装载这只的值，计数器继续从这个值递减

二、相关寄存器：

2.1 SysTick->CTRL 状态和控制寄存器

控制和状态寄存器CTRL（复位值0x00000000）

位段	名称	类型	描述
16	COUNTFLAG	只读	计数到0时置1；读取该位将清0
2	CLKSOURCE	可读可写	时钟来源?: 0--HCLK/8；1--HCLK
1	TICKINT	可读可写	1：计数到0时产生SysTick异常请求（即中断） 0：不产生异常请求（即中断）
0	ENABLE	可读可写	使能位，即定时器的开关，1有效

2.2 SysTick->LOAD 重装载值寄存器

当前值寄存器为0时，自动将重装载值重装到当前值计数器，重装载值的大小需要自己设置

2.3 SysTick->VAL当前值寄存器

可读可写，当计数器使能时，这个寄存器的值开始递减，使用前后注意清零

三、SysTick逻辑图

四、时钟频率与延时

4.1时钟选择

采用参考8分频的参考时钟（168M / 8 = 21M）比较准，所以此处SysTick计数器选择21M的时钟

4.2 如何延时1us

时钟频率为21M，也就是1s的时间技术21M次。

由此可知计数一次用了 (1/21000000) s ，用了(1/21000) ms, 用了(1/21) us

所以，1us计数21次。

4.3 如何延时1ms

因为1ms = 1000us，所以综上所述，1ms计数1000*21次计数，1ms也就是21000次计数

4.3最大延时

24位计数器能保存的最大值 : 16777215。

最大延时时间 =:16777215 / 21 = 798915 us = 798.915ms

五、编程思路

5.1 Delay初始化

选择时钟源

关闭计数器

5.2 延时函数

设置重装载值

当前值清零

使能SysTick

等待计数器计数完毕

当前值清零

关闭计数器

六、示例代码

#include "delay.h"
#define Value_us 21
#define Value_ms 21000
void delay_init(void)
{
SysTick->CTRL &= (1 << 2); //控制寄存器位2置0，选择8分频时钟
SysTick->CTRL &= ~(1 << 0); //关闭计数器
}
void delay_us(u32 num)
{
SysTick->LOAD = num * Value_us;
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL |= (1 << 0); //使能计数器
while (!(SysTick->CTRL & 1<<16)); //判断是否计数完毕
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL &= ~(1 << 0); //关闭计数器
}
void delay_ms(u32 num)
{
SysTick->LOAD = num * Value_ms;
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL |= (1 << 0); //使能计数器
while (!(SysTick->CTRL & 1<<16));
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL &= ~(1 << 0); //关闭计数器
}

详细资料请参考《Cortex M3与M4权威指南》