【正点原子STM32连载】第十二章 SYSTEM文件夹介绍 摘自【正点原子】MiniPro STM32H750 开发指南_V1.1

1）实验平台：正点原子MiniPro H750开发板 2）平台购买地址：https://detail.tmall.com/item.htm?id=677017430560 3）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/thread-336836-1-1.html 4）对正点原子STM32感兴趣的同学可以加群讨论：879133275

第十二章 SYSTEM文件夹介绍

SYSTEM文件夹里面的代码由正点原子提供，是STM32H7xx系列的底层核心驱动函数，可以用在STM32H7xx系列的各个型号上面，方便大家快速构建自己的工程。 SYSTEM文件夹下包含了delay、sys、usart等三个文件夹。分别包含了delay.c、sys.c、usart.c及其头文件。通过这3个c文件，可以快速的给任何一款STM32H7构建最基本的框架，使用起来是很方便的。 本章，我们将向大家介绍这些代码，通过这章的学习，大家将了解到这些代码的由来，也希望大家可以灵活使用SYSTEM文件夹提供的函数，来快速构建工程，并实际应用到自己的项目中去。 本章将分为如下几个小节： 12.1 deley文件夹代码介绍 12.2 sys文件夹代码介绍 12.3 usart文件夹代码介绍

12.1 deley文件夹代码介绍

delay文件夹内包含了delay.c和delay.h两个文件，这两个文件用来实现系统的延时功能，其中包含7个函数：

void delay_osschedlock(void);
void delay_osschedunlock(void);
void delay_ostimedly(uint32_t ticks);
void SysTick_Handler(void);
void delay_init(uint16_t sysclk);
void delay_us(uint32_t nus);
void delay_ms(uint16_t nms);

前面4个函数，仅在支持操作系统（OS）的时候，需要用到，而后面3个函数，则不论是否支持OS都需要用到。 在介绍这些函数之前，我们先了解一下编程思想：CM7内核和CM3/CM4内核一样，内部都包含了一个SysTick定时器，SysTick 是一个24 位的向下递减的计数定时器，当计数值减到0 时，将从RELOAD 寄存器中自动重装载定时初值。只要不把它在SysTick 控制及状态寄存器中的使能位清除，就永不停息。SysTick在《STM32H7xx参考手册_V7（英文版）.pdf》里面基本没有介绍，其详细介绍，请参阅《STM32H7编程手册.pdf》第212页，4.4节。我们就是利用STM32的内部SysTick来实现延时的，这样既不占用中断，也不占用系统定时器。 这里我们将介绍的是正点原子提供的最新版本的延时函数，该版本的延时函数支持在任意操作系统（OS）下面使用，它可以和操作系统共用SysTick定时器。 这里，我们以UCOSII为例，介绍如何实现操作系统和我们的delay函数共用SysTick定时器。首先，我们简单介绍下UCOSII的时钟：ucos运行需要一个系统时钟节拍（类似 “心跳”），而这个节拍是固定的（由OS_TICKS_PER_SEC宏定义设置），比如要求5ms一次（即可设置：OS_TICKS_PER_SEC=200），在STM32上面，一般是由SysTick来提供这个节拍，也就是SysTick要设置为5ms中断一次，为ucos提供时钟节拍，而且这个时钟一般是不能被打断的（否则就不准了）。 因为在ucos下systick不能再被随意更改，如果我们还想利用systick来做delay_us或者delay_ms的延时，就必须想点办法了，这里我们利用的是时钟摘取法。以delay_us为例，比如delay_us（50），在刚进入delay_us的时候先计算好这段延时需要等待的systick计数次数，这里为50480（假设系统时钟为480Mhz，因为systick的频率等于系统时钟频率，那么systick每增加1，就是1/480us），然后我们就一直统计systick的计数变化，直到这个值变化了50480，一旦检测到变化达到或者超过这个值，就说明延时50us时间到了。这样，我们只是抓取SysTick计数器的变化，并不需要修改SysTick的任何状态，完全不影响SysTick作为UCOS时钟节拍的功能，这就是实现delay和操作系统共用SysTick定时器的原理。 下面我们开始介绍这几个函数。

12.1.1 操作系统支持宏定义及相关函数

当需要delay_ms和delay_us支持操作系统（OS）的时候，我们需要用到3个宏定义和4个函数，宏定义及函数代码如下：

/*
 *  当delay_us/delay_ms需要支持OS的时候需要三个与OS相关的宏定义和函数来支持
 *  首先是3个宏定义:
 *      delay_osrunning     :用于表示OS当前是否正在运行,以决定是否可以使用相关函数
 *      delay_ostickspersec:用于表示OS设定的时钟节拍,delay_init
*                              将根据这个参数来初始化systick
 *      delay_osintnesting :用于表示OS中断嵌套级别,因为中断里面不可以调度,
*                              delay_ms使用该参数来决定如何运行
 *  然后是3个函数:
 *      delay_osschedlock  :用于锁定OS任务调度,禁止调度
 *      delay_osschedunlock:用于解锁OS任务调度,重新开启调度
 *      delay_ostimedly     :用于OS延时,可以引起任务调度.
 *
 *  本例程仅作UCOSII和UCOSIII的支持,其他OS,请自行参考着移植
 */
/* 支持UCOSII */
#ifdef  OS_CRITICAL_METHOD               /* OS_CRITICAL_METHOD定义了,说明要支持UCOSII */
#define delay_osrunning   OSRunning    /* OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行 */
#define delay_ostickspersec OS_TICKS_PER_SEC 	/* OS时钟节拍,即每秒调度次数 */
#define delay_osintnesting  OSIntNesting     	/* 中断嵌套级别,即中断嵌套次数 */
#endif

/* 支持UCOSIII */
#ifdef  CPU_CFG_CRITICAL_METHOD  /* CPU_CFG_CRITICAL_METHOD定义了,说明要支持UCOSIII */
#define delay_osrunning   OSRunning          /* OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行 */
#define delay_ostickspersec OSCfg_TickRate_Hz  /* OS时钟节拍,即每秒调度次数 */
#define delay_osintnesting  OSIntNestingCtr     /* 中断嵌套级别,即中断嵌套次数 */
#endif

/**
 * @brief     us级延时时,关闭任务调度(防止打断us级延迟)
 * @param     无  
 * @retval    无
 */  
void delay_osschedlock(void)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD 	/* 使用UCOSIII */
    OS_ERR err;
    OSSchedLock(&err);          	/* UCOSIII的方式,禁止调度，防止打断us延时 */
#else                             	/* 否则UCOSII */
    OSSchedLock();              	/* UCOSII的方式,禁止调度，防止打断us延时 */
#endif
}

/**
 * @brief     us级延时时,恢复任务调度
 * @param     无  
 * @retval    无
 */  
void delay_osschedunlock(void)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD  /* 使用UCOSIII */
    OS_ERR err;
    OSSchedUnlock(&err);         	/* UCOSIII的方式,恢复调度 */
#else                               	/* 否则UCOSII */
    OSSchedUnlock();              /* UCOSII的方式,恢复调度 */
#endif
}

/**
 * @brief     us级延时时,恢复任务调度
 * @param     ticks: 延时的节拍数  
 * @retval    无
 */  
void delay_ostimedly(uint32_t ticks)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD
    OS_ERR err; 
    OSTimeDly(ticks, OS_OPT_TIME_PERIODIC, &err);  /* UCOSIII延时采用周期模式 */
#else
    OSTimeDly(ticks);  /* UCOSII延时 */
#endif 
}

/**
 * @brief     systick中断服务函数,使用OS时用到
 * @param     ticks: 延时的节拍数  
 * @retval    无
 */  
void SysTick_Handler(void)
{
    HAL_IncTick();
    if (delay_osrunning == 1)    /* OS开始跑了,才执行正常的调度处理 */
    {
        OSIntEnter();         	/* 进入中断 */
        OSTimeTick();         	/* 调用ucos的时钟服务程序 */
        OSIntExit();          	/* 触发任务切换软中断 */
    }
}
#endif

以上代码，仅支持UCOSII和UCOSIII，不过，对于其他OS的支持，也只需要对以上代码进行简单修改即可实现。 支持OS需要用到的三个宏定义（以UCOSII为例）即：

#define delay_osrunning   OSRunning             /* OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行 */
#define delay_ostickspersec OS_TICKS_PER_SEC /* OS时钟节拍,即每秒调度次数 */
#define delay_osintnesting  OSIntNesting      /* 中断嵌套级别,即中断嵌套次数 */

宏定义：delay_osrunning，用于标记OS是否正在运行，当OS已经开始运行时，该宏定义值为1，当OS还未运行时，该宏定义值为0。 宏定义：delay_ ostickspersec，用于表示OS的时钟节拍，即OS每秒钟任务调度次数。 宏定义：delay_ osintnesting，用于表示OS中断嵌套级别，即中断嵌套次数，每进入一个中断，该值加1，每退出一个中断，该值减1。 支持OS需要用到的4个函数，即： 函数：delay_osschedlock，用于delay_us延时，作用是禁止OS进行调度，以防打断us级延时，导致延时时间不准。 函数：delay_osschedunlock，同样用于delay_us延时，作用是在延时结束后恢复OS的调度，继续正常的OS任务调度。 函数：delay_ostimedly，则是调用OS自带的延时函数，实现延时。该函数的参数为时钟节拍数。 函数：SysTick_Handler，则是systick的中断服务函数，该函数为OS提供时钟节拍，同时可以引起任务调度。 以上就是delay_ms和delay_us支持操作系统时，需要实现的3个宏定义和4个函数。

12.1.2 delay_init函数

该函数用来初始化2个重要参数：fac_us以及fac_ms；同时把SysTick的时钟源选择为外部时钟，如果需要支持操作系统（OS），只需要在sys.h里面，设置SYS_SUPPORT_OS宏的值为1即可，然后，该函数会根据delay_ostickspersec宏的设置，来配置SysTick的中断时间，并开启SysTick中断。具体代码如下：

/**
 * @brief     初始化延迟函数
 * @param     sysclk: 系统时钟频率, 即CPU频率(rcc_c_ck), 480Mhz
 * @retval    无
 */  
void delay_init(uint16_t sysclk)
{
#if SYS_SUPPORT_OS   /* 如果需要支持OS */
    uint32_t reload;
#endif
/* SYSTICK使用内核时钟源,同CPU同频率 */
    HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);
    g_fac_us = sysclk;                 	/* 不论是否使用OS,g_fac_us都需要使用 */
#if SYS_SUPPORT_OS                      	/* 如果需要支持OS. */
    reload = sysclk;                     	/* 每秒钟的计数次数 单位为M */
   /* 根据delay_ostickspersec设定溢出时间,reload为24位
       寄存器,最大值:16777216,在480M下,约合0.035s左右 */
  reload *= 1000000 / delay_ostickspersec;     
    g_fac_ms = 1000 / delay_ostickspersec;       /* 代表OS可以延时的最少单位 */ 
    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;  /* 开启SYSTICK中断 */
    SysTick->LOAD = reload;              /* 每1/delay_ostickspersec秒中断一次 */
    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;   /* 开启SYSTICK */
#endif 
}

可以看到，delay_init函数使用了条件编译，来选择不同的初始化过程，如果不使用OS的时候，只是设置一下SysTick的时钟源以及确定fac_us值。而如果使用OS的时候，则会进行一些不同的配置，这里的条件编译是根据SYS_SUPPORT_OS这个宏来确定的，该宏在sys.h里面定义。 SysTick是MDK定义了的一个结构体（在core_m7.h里面），里面包含CTRL、LOAD、VAL、CALIB等4个寄存器。 SysTick->CTRL的各位定义如图12.1.2.1所示：

图12.1.2.1 SysTick->CTRL寄存器各位定义 SysTick-> LOAD的定义如图12.1.2.2所示：

图12.1.2.2 SysTick->LOAD寄存器各位定义 SysTick-> VAL的定义如图12.1.2.3所示：

图12.1.2.3 SysTick->VAL寄存器各位定义 SysTick-> CALIB不常用，在这里我们也用不到，故不介绍了。 HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);这句代码把SysTick的时钟选择为内核时钟，这里需要注意的是：SysTick的时钟源自HCLK，假设我们外部晶振为8M，然后倍频到480MHZ，那么SysTick的时钟即为480Mhz，也就是SysTick的计数器VAL每减1，就代表时间过了1/480us。 在不使用OS的时候：fac_us，为us延时的基数，也就是延时1us，Systick定时器需要走过的时钟周期数。 当使用OS的时候，fac_us，还是us延时的基数，不过这个值不会被写到SysTick->LOAD寄存器来实现延时，而是通过时钟摘取的办法实现的（前面已经介绍了）。而fac_ms则代表ucos自带的延时函数所能实现的最小延时时间（如delay_ostickspersec=200，那么fac_ms就是5ms）。

12.1.3 delay_us函数

该函数用来延时指定的us，其参数nus为要延时的微秒数。该函数有使用OS和不使用OS两个版本，这里我们首先介绍不使用OS的时候，实现函数如下：

/**
 * @brief       延时nus
 * @param       nus: 要延时的us数.
 * @note        注意: nus的值,不要大于34952us(最大值即2^24/g_fac_us @g_fac_us = 480)
 * @retval      无
 */
void delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t ticks;
    uint32_t told, tnow, tcnt = 0;
    uint32_t reload = SysTick->LOAD;    	/* LOAD的值 */
    ticks = nus * g_fac_us;              	/* 需要的节拍数 */
    told = SysTick->VAL;                 	/* 刚进入时的计数器值 */
    while (1)
    {
        tnow = SysTick->VAL;
        if (tnow != told)
        {
            if (tnow = ticks)
            {
                break;                /* 时间超过/等于要延迟的时间,则退出 */
            }
        }
    }
}

这里就是利用了我们前面提到的时钟摘取法，ticks是延时nus需要等待的SysTick计数次数（也就是延时时间），told用于记录最近一次的SysTick->VAL值，然后tnow则是当前的SysTick->VAL值，通过他们的对比累加，实现SysTick计数次数的统计，统计值存放在tcnt里面，然后通过对比tcnt和ticks，来判断延时是否到达，从而达到不修改SysTick实现nus的延时。对于使用OS的时候，delay_us的实现函数和不使用OS的时候方法类似，都是使用的时钟摘取法，只不过使用delay_osschedlock和delay_osschedunlock两个函数，用于调度上锁和解锁，这是为了防止OS在delay_us的时候打断延时，可能导致的延时不准，所以我们利用这两个函数来实现免打断，从而保证延时精度。 再来看看使用OS的时候，delay_us的实现函数如下：

/**
 * @brief     延时nus
 * @param     nus: 要延时的us数
 * @note      nus取值范围: 0~8947848(最大值即2^32 / g_fac_us @g_fac_us = 480)
 * @retval    无
 */ 
void delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t ticks;
    uint32_t told, tnow, tcnt = 0;
    uint32_t reload = SysTick->LOAD;  	/* LOAD的值 */
    ticks = nus * g_fac_us;            	/* 需要的节拍数 */
    delay_osschedlock();                	/* 阻止OS调度，防止打断us延时 */
    told = SysTick->VAL;                	/* 刚进入时的计数器值 */
    while (1)
    {
        tnow = SysTick->VAL;
        if (tnow != told)
        {
            if (tnow = ticks) 
            {
                break;             /* 时间超过/等于要延迟的时间,则退出 */
            }
        }
    }
    delay_osschedunlock();     /* 恢复OS调度 */
} 

这里就正是利用了我们前面提到的时钟摘取法，ticks是延时nus需要等待的SysTick计数次数（也就是延时时间），told用于记录最近一次的SysTick->VAL值，然后tnow则是当前的SysTick->VAL值，通过他们的对比累加，实现SysTick计数次数的统计，统计值存放在tcnt里面，然后通过对比tcnt和ticks，来判断延时是否到达，从而达到不修改SysTick实现nus的延时，从而可以和OS共用一个SysTick。 上面的delay_osschedlock和delay_osschedunlock是OS提供的两个函数，用于调度上锁和解锁，这里为了防止OS在delay_us的时候打断延时，可能导致的延时不准，所以我们利用这两个函数来实现免打断，从而保证延时精度！同时，此时的delay_us，，可以实现最长2^32/fac_us，在480M主频下，最大延时，大概是8.9秒。 12.1.4 delay_ms函数 该函数是用来延时指定的ms的，其参数nms为要延时的毫秒数。该函数有使用OS和不使用OS两个版本，这里我们分别介绍，首先是不使用OS的时候，实现函数如下：

/**
 * @brief       延时nms
 * @param       nms: 要延时的ms数 (0< nms