使用SysTick作为HAL的基础时钟

HAL需要设置一个定时器作为基础时钟。基础时钟通过定时溢出中断产生嘀嗒信号，嘀嗒信号的缺省频率是1000Hz，也就是基础时钟的定时周期是1ms。基础时钟主要用于实现延时函数HAL_Delay()，或在一些有超时（timeout）设置的函数里确定延时。

在不使用FreeRTOS的时候，STM32CubeMX里默认地将基础时钟源设置为SysTick定时器，如图1所示。SysTick是Cortex-M内核自带的一个24位的定时器，将SysTick作为HAL的基础时钟后，在NVIC中会自动启用SysTick的中断，并且优先级设置为最高，如图2所示。可以修改SysTick的中断优先级，但是不能在图2中禁用SysTick中断。

图1 在SYS中设置HAL的基础时钟源为SysTick

图2 使用SysTick作为HAL基础时钟源的NVIC设置

1. 基础时钟的初始化

在STM32CubeMX生成的初始化代码中，HAL_Init()是在main()函数中执行的第一行代码。HAL_Init()对SysTick定时器进行设置，使其定时中断周期为1ms。函数HAL_Init()的代码如下。HAL_StatusTypeDef HAL_Init(void){/* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache */#if (INSTRUCTION_CACHE_ENABLE != 0U)__HAL_FLASH_INSTRUCTION_CACHE_ENABLE();#endif /* INSTRUCTION_CACHE_ENABLE */#if (DATA_CACHE_ENABLE != 0U)__HAL_FLASH_DATA_CACHE_ENABLE();#endif /* DATA_CACHE_ENABLE */#if (PREFETCH_ENABLE != 0U)__HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE();#endif /* PREFETCH_ENABLE *//* 设置中断优先级分组策略 */HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);/* 使用SysTick作为基础时钟，配置嘀嗒周期为1ms  */HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY);HAL_MspInit();  /* 底层硬件初始化*/return HAL_OK;}

其中，执行的HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY)是对SysTick定时器进行定时周期和中断的设置，HAL_InitTick()是在文件stm32f4xx_hal.c中用__weak修饰符定义的弱函数，代码如下：__weak HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority){/* 配置SysTick定时周期为1ms */if (HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock / (1000U / uwTickFreq)) > 0U){return HAL_ERROR;}/* 配置SysTick定时器的中断优先级 */if (TickPriority < (1UL << __NVIC_PRIO_BITS)){HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, TickPriority, 0U);uwTickPrio = TickPriority;}else{return HAL_ERROR;}return HAL_OK;}

作为弱函数，HAL_InitTick()可以被重新实现。在使用SysTick作为基础时钟时，使用的就是文件stm32f4xx_hal.c中的HAL_InitTick()。

函数HAL_Init()中最后调用的函数HAL_MspInit()也是一个弱函数，在HAL驱动中就是个空函数。在STM32CubeMX生成的初始化代码中，在文件stm32f4xx_hal_msp.c中重新实现了这个函数，功能就是启用了RCC的时钟信号，并设置中断优先级分组策略，也就是图2中用户设置的优先级分组策略。void HAL_MspInit(void){__HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2);}

所以，执行函数HAL_Init()后，就设置了SysTick定时器的定时周期和中断优先级。默认的SysTick定时周期为1ms，产生的嘀嗒信号频率为1000Hz。

2. 基础时钟的中断处理

在文件stm32f4xx_it.c中自动生成了SysTick定时器中断的ISR函数，其代码如下：void SysTick_Handler(void){HAL_IncTick();}

在SysTick定时器的定时溢出中断里就执行了函数HAL_IncTick()，这是在文件stm32f4xx_hal.c中实现的函数，函数的代码如下：__weak void HAL_IncTick(void){uwTick += uwTickFreq;}

它的功能就是使得全局变量uwTick递增，这个变量就是嘀嗒信号的计数值。当嘀嗒信号频率为1000Hz时，uwTickFreq的值为1；当嘀嗒信号频率为100Hz时，uwTickFreq的值为10。

在文件stm32f4xx_hal.c中还定义了操作滴答定时器的两个函数，用于暂停和恢复滴答定时器，都是用__weak定义的弱函数，代码如下：__weak void HAL_SuspendTick(void){  /* 禁止 SysTick 中断 */SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;}__weak void HAL_ResumeTick(void){  /* 开启 SysTick 中断 */SysTick->CTRL  |= SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;}

常用的延时函数HAL_Delay()就是利用嘀嗒信号来实现的，函数HAL_Delay()的代码如下：__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay){uint32_t tickstart = HAL_GetTick();//获取嘀嗒信号当前计数值uint32_t wait = Delay;if (wait < HAL_MAX_DELAY)   //最少延时1ms{wait += (uint32_t)(uwTickFreq);   // uwTickFreq默认值为1}while((HAL_GetTick() - tickstart) < wait){}}

程序中调用的函数HAL_GetTick()的功能就是返回全局变量uwTick，也就是嘀嗒信号的当前计数值。函数HAL_Delay()的输入参数Delay是以毫秒为单位的延时时间。延时的原理就是先读取嘀嗒信号的当前计数值保存到变量tickstart，计算在此基础上延时所需要的计数值差量wait，然后在while循环中不断用函数HAL_GetTick()读取滴答信号当前技术值，计算相对于tickstart的差量，当差量超过wait时就达到了延时时间。

在HAL库中使用SysTick作为基础定时器时，其作用就是用于产生嘀嗒信号计数值，然后用于延时计算。如果不需要用到延时计算，停掉SysTick定时器对系统运行是没有什么影响的。例如，在使用低功耗设计时，为了使系统进入睡眠模式后不被SysTick的中断唤醒，就停掉了SysTick定时器。