STM32进阶笔记——复位、时钟与滴答定时器

本专栏争取每周三更新直到更新完成，期待大家的订阅关注，欢迎互相学习交流。

封面图

一、复位

STM32F10系列单片机的复位方式有三种，分别是系统复位、上电复位和备份区复位，这里只介绍系统复位，另外两种如果又想了解的友友可以参考芯片手册，这里就不再介绍了。

STM32的系统复位将复位所有寄存器至它们的复位状态，以下几种情况会触发系统复位

NRST引脚上的低电平(外部复位)，这实际也就是我们复位按键利用的复位方式。
窗口看门狗计数终止(WWDG复位)
独立看门狗计数终止(IWDG复位)
软件复位(SW复位)
低功耗管理复位

可通过查看RCC_CSR控制状态寄存器中的复位状态标志位识别复位事件来源。

疑问：复位标志位怎么清除，如果发生了复位，重启后能否看到复位标志位

1.1 软件复位

通过将Cortex™-M3中断应用和复位控制寄存器中的SYSRESETREQ位置’1’，可实现软件复位。STM32的库文件中提供了软件复位函数

/**
 * @brief  Initiate a system reset request.
 *
 * Initiate a system reset request to reset the MCU
 */
static __INLINE void NVIC_SystemReset(void)
{
  SCB->AIRCR  = ((0x5FA << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos)      | 
                 (SCB->AIRCR & SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk) | 
                 SCB_AIRCR_SYSRESETREQ_Msk);                   /* Keep priority group unchanged */
  __DSB();                                                     /* Ensure completion of memory access */              
  while(1);                                                    /* wait until reset */
}

需要注意的是，从SYSRESETREQ 被置为有效，到复位发生器执行复位命令，往往会有一个延时。在此延时期间，处理器仍然可以响应中断请求。因此我们在软件复位前，需要关闭全部中断，同时在程序最开始的时候开启全部中断。STM32库文件中也提供了一个关闭全部中断和开启全部中断的函数

//关闭所有中断
void INTX_DISABLE(void)
{		  
	__ASM volatile("cpsid i");
}
//开启所有中断
void INTX_ENABLE(void)
{
	__ASM volatile("cpsie i");		  
}

关于其他开启和关闭全局中断的方法大家可以自行搜索一下，这里就不再赘述了。

下面我们来简单尝试以下系统的软件复位，每次进入系统前都输出一串字符串用来提示进入系统，设置延时一段时间后软件复位系统，查看一下现象

通过串口的信息我们可以看到，软件复位生效了。这里的main函数比较简单，贴一下，仅供参考

int main(void)
{	
	delay_init();   //延时函数初始化	 
	uart_init(115200);   // 串口初始化
	
	printf ("Enter System!\r\n");
	
	while(1)
	{
		// 延时
		delay_ms(1000);
		
		// 软件复位
		INTX_DISABLE();
		NVIC_SystemReset();
	}
}

1.2 低功耗管理复位

在以下两种情况下可产生低功耗管理复位

在进入待机模式时产生低功耗管理复位
通过将用户选择字节中的nRST_STDBY位置’1’将使能该复位。这时，即使执行了进入待机模式的过程，系统将被复位而不是进入待机模式。
在进入停止模式时产生低功耗管理复位
通过将用户选择字节中的nRST_STOP位置’1’将使能该复位。这时，即使执行了进入停机
模式的过程，系统将被复位而不是进入停机模式。

二、时钟

在介绍STM32F10系列的时钟之前，先贴一下时钟树，可以对照时钟数来看下面的内容

时钟树
STM32有5个时钟源，分别是HSI、HSE、PLL、LSI和LSE。

HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz，精度不高。
HSE是高速外部时钟，可以接石英石/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围是4MHz~16MHz
PLL实际是一个锁相环，也可以理解为倍频器，它的时钟源可以选择为 $\frac{HSI}{2}$ 、HSE或者 $\frac{HSE}{2}$ ，倍频可以选择x2~x16，但是它的输出最大不可超过72MHz
LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40KHz，提供独立看门狗时钟等。
LSE是低速外部时钟，可以接频率为32.768KHz的石英晶体，提供RTC时钟。

STM32的系统时钟SYSCLK可以来源于三个时钟源，分别是HSI、HSE和PLL时钟。STM32也可以输出时钟信号，可以选择一个时钟信号出书到PA8引脚上，可选PLL输出的二分频、HSI、HSE或者系统时钟作为时钟源。

2.1 系统时钟(SYSCLK)选择

系统复位后，HSI振荡器被选为系统时钟。我们可以通过设置时钟配置寄存器(RCC_CFGR)来切换系统时钟，在切换系统时钟时，需要等待目标时钟源准备就绪，当被选择的时钟没有就绪时，系统时钟不会发生切换。直至目标时钟源准备就绪，才会发生切换。我们可以通过在时钟控制寄存器(RCC_CR)里的状态位指示哪个时钟已经准备好了，哪个时钟目前被用作系统时钟。

在从停止或待机模式中返回时或直接或间接作为系统时钟的HSE出现故障时，由硬件强制选择HSI作为系统时钟(如果时钟安全系统已经启动)，关于时钟安全系统（CSS）这就不再赘述。

2.2 系统时钟初始化

STM32的库函数中提供了系统时钟初始化函数

/**
  * @brief  Setup the microcontroller system
  *         Initialize the Embedded Flash Interface, the PLL and update the 
  *         SystemCoreClock variable.
  * @note   This function should be used only after reset.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void SystemInit (void)
{
  /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
  /* Set HSION bit */
  RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

  /* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CL
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#else
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */   
  
  /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;

  /* Reset HSEBYP bit */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;

  /* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;

#ifdef STM32F10X_CL
  /* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;

  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x00FF0000;

  /* Reset CFGR2 register */
  RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x009F0000;

  /* Reset CFGR2 register */
  RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
#else
  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
    
#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  #ifdef DATA_IN_ExtSRAM
    SystemInit_ExtMemCtl(); 
  #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif 

  /* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
  /* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
  SetSysClock();

#ifdef VECT_TAB_SRAM
  SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#else
  SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif 
}

关于系统时钟配置函数的内容，大家可以自行对照STM32中文参考手册来查看具体每一行代码的含义，当然也有英文注释可参考，这里就不再赘述了。

不知道大家是否好奇，我们在编程时并未特地调用过时钟初始化函数SystemInit()，我们是在什么时候配置的系统时钟呢？实际在STM32的启动文件中已经调用过该函数，配置完了系统时钟

配置系统时钟

关于STM32启动文件的详细注释，大家可以移步至该帖查看，这里也不再贴出来了，STM32启动文件详解。

三、滴答定时器（Systick）

SysTick定时器被捆绑在NVIC中，它通常用来做延时或者实时系统的心跳，使用SysTick可以节省一个定时器资源。

SysTick定时器也可以叫做系统滴答定时器，它是一个24位的倒计数计时器，当它计数到0时，将从RELOAD寄存器中自动重装载定时器初值。只要我们不把它在SysTick控制及状态寄存器中的使能位清除，滴答定时器就一直在工作，即使在睡眠模式下也不会停止。SysTick有自己的中断，中断优先级可以设置。

3.1 SysTick部分寄存器

接下来我们来看一下SysTick的一些寄存器。

SysTick控制及状态寄存器（CTRL）
SysTick重装载数值寄存器（LOAD）
SysTick当前数值寄存器（VAL）

3.2 SysTick相关函数

STM32库函数给出了SysTick的一些配置函数，这里我们简单介绍一下，在看下面的函数时，大家可以对照上面的寄存器来分析一下每一行代码的作用和含义。

3.2.1 SysTick时钟源配置函数

/**
  * @brief  Configures the SysTick clock source.
  * @param  SysTick_CLKSource: specifies the SysTick clock source.
  *   This parameter can be one of the following values:
  *     @arg SysTick_CLKSource_HCLK_Div8: AHB clock divided by 8 selected as SysTick clock source.
  *     @arg SysTick_CLKSource_HCLK: AHB clock selected as SysTick clock source.
  * @retval None
  */
void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SysTick_CLKSource));
  if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK)
  {
    SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK;
  }
  else
  {
    SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;
  }
}

下面是一些相关的宏定义

#define SysTick_CLKSource_HCLK_Div8    ((uint32_t)0xFFFFFFFB)
#define SysTick_CLKSource_HCLK         ((uint32_t)0x00000004)
#define IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SOURCE) (((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK) || \
                                       ((SOURCE) == SysTick_CLKSource_HCLK_Div8))

对照上面对于SysTick控制及状态寄存器的介绍我们可以知道，当SysTick时钟源配置函数的输入值为1时，选择外部时钟作为时钟源，当输入值为0时，选择内部时钟作为时钟源。

3.2.2 SysTick初始化函数

/**
 * @brief  Initialize and start the SysTick counter and its interrupt.
 *
 * @param   ticks   number of ticks between two interrupts
 * @return  1 = failed, 0 = successful
 *
 * Initialise the system tick timer and its interrupt and start the
 * system tick timer / counter in free running mode to generate 
 * periodical interrupts.
 */
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{ 
  if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            /* Reload value impossible */
                                                               
  SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;      /* set reload register */
  NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  /* set Priority for Cortex-M0 System Interrupts */
  SysTick->VAL   = 0;                                          /* Load the SysTick Counter Value */
  SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | 
                   SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   | 
                   SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
  return (0);                                                  /* Function successful */
}

下面是一些相关的宏定义

/* SysTick Reload Register Definitions */
#define SysTick_LOAD_RELOAD_Pos             0                                             /*!< SysTick LOAD: RELOAD Position */
#define SysTick_LOAD_RELOAD_Msk            (0xFFFFFFul << SysTick_LOAD_RELOAD_Pos)        /*!< SysTick LOAD: RELOAD Mask */

#define SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Pos          2                                             /*!< SysTick CTRL: CLKSOURCE Position */
#define SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk         (1ul << SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Pos)            /*!< SysTick CTRL: CLKSOURCE Mask */

#define SysTick_CTRL_TICKINT_Pos            1                                             /*!< SysTick CTRL: TICKINT Position */
#define SysTick_CTRL_TICKINT_Msk           (1ul << SysTick_CTRL_TICKINT_Pos)              /*!< SysTick CTRL: TICKINT Mask */

#define SysTick_CTRL_ENABLE_Pos             0                                             /*!< SysTick CTRL: ENABLE Position */
#define SysTick_CTRL_ENABLE_Msk            (1ul << SysTick_CTRL_ENABLE_Pos)               /*!< SysTick CTRL: ENABLE Mask */

该函数的功能是使能SysTick，开启中断，函数的输入参数ticks是设置两次中断间的间隔，也就是设置两次中断之间有多少个SysTick时钟周期。我们如下配置就可以设置SysTick中断时间间隔为1ms。

    SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000);   // 设置SysTick中断时间间隔为1ms

这里介绍一下为什么按照上面的设置，SysTick两次中断之间的时间间隔为1ms。比如系统频率为72MHz，我们设置的是每72K个SysTick周期进入一次中断，也就是说进入中断的时间间隔为72K / 72M，也就是1ms。

其实我们用到的延时函数也是利用滴答定时器来实现的延时，这里我们就不再详细介绍，大家有兴趣的可以自行分析学习一下。