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STM32 第11讲 正点原子SYSTEM文件夹介绍及使用（sys/delay/usart）

2023-05-16

文章目录

  • sys文件夹
  • delay文件夹
    • 函数简介
    • Systick定时器
      • 工作原理
      • 寄存器
      • 函数介绍
  • usart文件夹
    • printf函数输出流程
    • printf函数的使用
    • printf函数支持
      • 微库法
      • 代码法

SYSTEM 文件夹里面的代码由正点原子提供，STM32F4xx 系列的底层核心驱动函数，可以用在 STM32F4xx 系列的各个型号上面。SYSTEM 文件夹下包含了 delay、sys、usart 等三个文件夹。

sys文件夹

在这里插入图片描述

delay文件夹

函数简介

delay 文件夹内包含了 delay.c 和 delay.h 两个文件，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

Systick定时器

工作原理

CM4 内核处理器，内部包含了一个 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，开始新一轮计数。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。
在这里插入图片描述从上一讲的时钟树可以知道F4系列Systick的时钟源为HCLK即AHB总线上
重装载指范围0~16777215

寄存器

  • CTRL(控制及状态寄存器)
    在这里插入图片描述
    在ST公司产品中CLKSOURCE位被设置的功能是设置分频系数
  • LOAD（重装载数值寄存器）
    在这里插入图片描述
  • VAL(当前数值寄存器)
    在这里插入图片描述

函数介绍

  • delay_init()函数
/**
* @brief 初始化延迟函数
* @param sysclk: 系统时钟频率, 即 CPU 频率(rcc_c_ck), 168MHz
* @retval 无
*/ 
void delay_init(uint16_t sysclk)
{
#if SYS_SUPPORT_OS /* 如果需要支持 OS */
 uint32_t reload;
#endif
 /* SYSTICK 使用外部时钟源,频率为 HCLK */
 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 168M 下,约合 0.09986s 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
}

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。

  • delay_init()函数
/**
* @brief 延时 nus
* @param nus: 要延时的 us 数.
* @note nus 取值范围 : 0 ~ 190887435us(最大值即 2^32/g_fac_us @g_fac_us = 21)
* @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 < told)
 {
 tcnt += told - tnow; /* 这里注意一下 SYSTICK 是一个递减的计数器就可以了*/
 }
 else
 {
 tcnt += reload - tnow + told;
 }
 told = tnow;
 if (tcnt >= ticks)
 {
 break; /* 时间超过/等于要延迟的时间,则退出 */
 }
 }
 }
}
  • delay_ms函数
/**
* @brief 延时 nms
* @param nms: 要延时的 ms 数 (0< nms <= 65535)
* @retval 无
165
STM32F407 开发指南
正点原子探索者 STM32F407 开发板教程
*/
void delay_ms(uint16_t nms)
{
 uint32_t repeat = nms / 540; /* 这里用 540,是考虑到可能有超频应用*/
 uint32_t remain = nms % 540;
 while (repeat)
 {
 delay_us(540 * 1000); /* 利用 delay_us 实现 540ms 延时 */
 repeat--;
 }
 if (remain)
 {
 delay_us(remain * 1000); /* 利用 delay_us, 把尾数延时(remain ms)给做了 */
 }
}
  • HAL库的延时函数 HAL_Delay
__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)
 {
 wait += (uint32_t)(uwTickFreq);
 }
 while ((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)
 {
 }
}

HAL 库的延时函数有一个局限性，在中断服务函数中使用 HAL_Delay 会引起混乱(虽然一般禁止在中断中使用延时函数)，因为它是通过中断方式实现，Systick 的中断优先级是最低的，所以在中断中运行 HAL_Delay 会导致延时出现严重误差。
HAL 库的 ms 级别的延时函数__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)；它是弱定义函数，所以用户可以自己重新定义该函数。例如：我们在 deley.c 文件可以这样重新定义该函数：

/**
 * @brief HAL 库延时函数重定义
 * @param Delay 要延时的毫秒数
 * @retval None
 */
void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
 delay_ms(Delay);
}

usart文件夹

printf函数输出流程

在这里插入图片描述

printf函数的使用

printf("字符串\r\n");
printf("输出控制符"，输出参数);
printf("输出控制符1输出控制符2…"，输出参数1，输出参数2，…);
printf("非输出控制符 输出控制符 非输出控制符"，输出参数);
printf("%% \r\n");
printf("\\\r\n");
printf("\"\"\r\n");

常见输出控制符
在这里插入图片描述
常见转义字符
在这里插入图片描述

printf函数支持

标准库下的 printf 为调试属性的函数，如果直接使用，会使单片机进入半主机模式（semihosting），这是一种调试模式，直接下载代码后出现程序无法运行，但是在连接调试器进行 Debug 时程序反而能正常工作的情况。
半主机是 ARM 目标的一种机制，用于将输入/输出请求从应用程序代码通信到运行调试器的主机。

在独立环境下运行调试功能的函数，我们这里是 printf，printf 对字符 ch 处理后写入文件 f，最后使用 fputc 将文件 f 输出到显示设备。对于 PC 端的设备，fputc 通过复杂的源码，最终把字符显示到屏幕上。那我们需要做的，就是把 printf 调用的 fputc 函数重新实现，重定向fputc 的输出，同时避免进入半主模式。

避免进入半主机模式的方法有两种：微库法 + 代码法

微库法

ARM 的 C 微库 MicroLib 是为嵌入式设备开发的一套类似于标准 C 接口函数的精简代码库，用于替代默认 C 库，是专门针对专业嵌入式应用开发而设计的，特别适合那些对存储空间有特别要求的嵌入式应用程序，这些程序一般不在操作系统下运行。
微库只提供分离的堆和栈两区存储模式等等，它裁减了很多函数，而且还
有很多东西不支持。如果原来用标准库可以跑，选择 MicroLib 后却突然不行了，是很常见的。
使用微库时只需要在Keil中勾选Use MicroLIB即可
在这里插入图片描述

代码法

即取消 ARM 的半主机工作模式；只需在代码中添加不使用半主机的声明即可。

#if (__ARMCC_VERSION >= 6010050) /* 使用 AC6 编译器时 */
__asm(".global __use_no_semihosting\n\t"); /* 声明不使用半主机模式 */
__asm(".global __ARM_use_no_argv \n\t"); /* AC6 下需要声明 main 函数为无参数格式，否
则部分例程可能出现半主机模式 */
#else
/* 使用 AC5 编译器时, 要在这里定义__FILE 和 不使用半主机模式 */
#pragma import(__use_no_semihosting)
/* 解决 HAL 库使用时, 某些情况可能报错的 bug */
struct __FILE
{
 int handle;
 /* Whatever you require here. If the only file you are using is */
 /* standard output using printf() for debugging, no file handling */
 /* is required. */
};
#endif

使用的上面的代码，Keil 的编译器就不会把标准库的这部分函数链接到我们的代码里。如果用到原来半主机模式下的调试函数，需要重新实现它的一些依赖函数接口，对于 printf 函数需要实现的接口，我们的代码中将它们实现如下：

/* 不使用半主机模式，至少需要重定义_ttywrch\_sys_exit\_sys_command_string 函数,以同时兼
容 AC6 和 AC5 模式 */
int _ttywrch(int ch)
{
 ch = ch;
 return ch;
}
/* 定义_sys_exit()以避免使用半主机模式 */
void _sys_exit(int x)
{
 x = x;
}
char *_sys_command_string(char *cmd, int len)
{
 return NULL;
}
/* FILE 在 stdio.h 里面定义. */
FILE __stdout;

fputc 的重定向和之前一样，重定向到串口 1 即可，如果硬件资源允许，读者有特殊需求，也可以重定向到 LCD 或者其它串口。

/* 重定义 fputc 函数, printf 函数最终会通过调用 fputc 输出字符串到串口 */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
 while ((USART1->SR & 0X40) == 0); /* 等待上一个字符发送完成 */
 USART_UX->DR = (uint8_t)ch; /* 将要发送的字符 ch 写入到 DR 寄存器 */
 return ch;
}
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STM32

system

sys

DELAY

USART

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