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ARM Cortex-M4处理器内部包含一个简单的定时器。因为所有的Cortex-M4芯片都带有这个定时器，软件在不同Cortex-M4器件间的移植工作得以化简。该定时器的时钟源可以是内部时钟（FCLK，Cortex-M4处理器上的自由运行时钟），也可以是外部时钟（Cortex-M4处理器上的STCLK信号）。不过，STCLK的具体来源则由芯片设计者决定，因此不同产品之间的时钟频率可能会大不相同，需要查阅芯片的器件手册来决定选择什么作为时钟源。有4个寄存器控制SysTick定时器，如表1~表4所示。表1 SysTick控制及状态寄存器STK_CTRL
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| | | | 如果在上次读取本寄存器后，SysTick 已经数到了0，则该位为1。如果读取该位，该位将自动清零 |
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| | | | 1=SysTick倒数到0时产生SysTick异常请求 |
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表2 SysTick重装载数值寄存器STK_LOAD
表3 SysTick当前数值寄存器STK_VAL
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| | | | 读取时返回当前倒计数的值，写它则使之清零，同时还会清除在SysTick 控制及状态寄存器中的COUNTFLAG标志 |
表4 SysTick校准数值寄存器STK_CALIB
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| | | | 10ms的时间内倒计数的格数。芯片设计者应该通过 Cortex‐M4的输入信号提供该数值。若该值读回零，则无法使用校准功能 |
3 延时函数HAL_Delay
在HAL库当中提供了一个十分方便的利用SysTick定时器实现的延时函数HAL_Delay()，为更好地理解和应用这一函数，下面对其实现过程进行详细讲解。
HAL_Delay()函数位于stm32f4xx_hal.c文件当中，其原型为：
__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
uint32_t wait = Delay;
/* Add a freq to guarantee minimum wait */
if (wait < HAL_MAX_DELAY) // HAL_MAX_DELAY=0xFFFF FFFF
{
wait += (uint32_t)(uwTickFreq);
}
while((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)
{
}
}
延时函数首先调用HAL_GetTick()函数，并把它的返回值赋给变量tickstart，同时把函数的形参（Delay，延时的毫秒数）赋给变量wait，随后使用if语句判断wait的值是否小于HAL_MAX_DELAY（宏定义值为0xFFFF FFFF），如果是，则wait变量增加uwTickFreq（枚举类型，ms延时为1）。最后进入while循环中，while循环执行的时间即为延时的时间。继续打开HAL_GetTick()函数，其代码比较简单，仅返回变量uwTick值。__weak uint32_t HAL_GetTick(void)由此可见变量uwTick在延时实现中起关键作用，我们进一步观察与这一变量数值变化有关的函数，其中一个为HAL_IncTick()函数，其代码也较为简单，只是将uwTick数值加1。
__weak void HAL_IncTick(void)通过代码跟踪发现HAL_IncTick()函数被SysTick中断服务程序SysTick_Handler()调用，其位于stm32f4xx_it.c文件中，代码如下：void SysTick_Handler(void)综上所述HAL_Delay()延时函数实现原理为，定义一个无符号整型变量uwTick，通过中断服务程序每1ms其数值加1。进入延时函数，首先记录下uwTick初始值，然后不断读取当前的uwTick变量值，如果二者差值小于延时数值，则一直等待，直至延时完成。
由上述分析可知，使用延时函数需要注意以下几点：
| （1）SysTick定时器使用内部时钟作为时钟源。（2）SysTick定时器延时是阻塞运行的，延时过程独占CPU，无法执行其他任务。（3）SysTick定时器要想跳出延时函数，必须保证中断服务程序能够被执行，否则将会导致系统死机。 |
4 HAL_Delay延时实例
上一节LED流水灯控制程序中延时程序是通过软件延时的方法实现的，这个时间很不精确，只能大概估计。根据上述分析，本节利用HAL_Delay()函数来实现精确的1秒延时，操作较为简单，只需要将原程序中的delay(24000000)替换为HAL_Delay(1000)即可。main()函数的参考代码如下：
/* USER CODE BEGIN WHILE */GPIOF->ODR=0xFE; HAL_Delay(1000);GPIOF->ODR=0xFD; HAL_Delay(1000);GPIOF->ODR=0xFB; HAL_Delay(1000);GPIOF->ODR=0xF7; HAL_Delay(1000);GPIOF->ODR=0xEF; HAL_Delay(1000);GPIOF->ODR=0xDF; HAL_Delay(1000);GPIOF->ODR=0xBF; HAL_Delay(1000);GPIOF->ODR=0x7F; HAL_Delay(1000);/* USER CODE END WHILE */5 微秒延时实现
HAL_Delay()函数无需用户设计代码，在工程任何位置可以直接调用，十分方便。但它也存在一些缺点，一是使用中断方式，如果在其他中断服务程序中使用，则需重新配置中断优先级，否则将会导致死机。二是无法实现微秒级延时，因为配置的中断服务程序是1ms执行一次，只能进行毫秒级延时。本节将使用查询方式实现SysTick定时器微秒级的延时，这在某些传感器或数据通信中是经常需要使用的，其参考程序如下。
void delay_us(uint32_t nus)uint32_t told,tnow,tcnt=0;uint32_t reload=SysTick->LOAD+1; //计数个数为重装载值加1ticks=nus*(SystemCoreClock/1000000); //需要的节拍数 told=SysTick->VAL; //初始计数器值if(tnow<told) tcnt+=told-tnow; //Systick递减的计数器else tcnt+=reload-tnow+told; if(tcnt>=ticks) break; //延时时间已到，退出 | 分析delay_us()函数的实现代码可知，函数使用重装载值参与节拍数的累加，但并没有更改寄存器的数值。根据系统变量SystemCoreClock计算1μs定时所需要节拍数。上述两点使得延时函数可以应用于任意内核频率系统且和SysTick定时器重装载值无关。 |
使用delay_us(1000)可以实现1ms的延时，基于查询方式的毫秒延时函数就是延时若干个1ms，其参考程序如下：
void delay_ms(uint32_t nms)6 综合延时程序实例
至此，本章共介绍了4种延时函数的实现方式，还是以LED流水灯为例进行项目实验，采用四种方式分别延时，参考代码如下：
/* USER CODE BEGIN WHILE */ delay_us(1000000); //SysTick查询方式us延时 delay_ms(1000); // SysTick查询方式ms延时 HAL_Delay(1000); // SysTick中断方式ms延时 delay(24000000); //软件延时，空循环等待 /* USER CODE END WHILE */ | 需要说明的是上述代码中4种延时方式混合使用，只为测试方便，这种程序设计风格是不推荐的。测试表明4种延时函数可以交替使用，相互之间没有影响，除软件延时时间精度难以保证而外，其余三种方式可以实现精确的延时。 |
这么多的延时方式应该如何选择呢？软件延时函数delay()简单方便、易于实现，在短延时或不需要精确延时场合使用更加高效。基于中断方式的HAL_Delay()延时函数由官方提供，且已经初始化完成，在任何文件中都可以直接使用，在大部分场合，使用该函数实现毫秒级延时。如果要实现微秒级延时，则可以使用作者编写的delay_us()延时函数，令人欣喜的是，该函数与官方延时函数共用系统初始化，可以交替使用。如果需要采用基于查询方式的毫秒级延时，则可以使用delay_ms()延时函数。
一文掌握SysTick定时器.docx
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