【13】STM32·HAL库-正点原子SYSTEM文件夹 | SysTick工作原理、寄存器介绍 | printf函数使用、重定向

1.sys文件夹介绍（掌握）

  下面函数都是以sys_开头，定义在sys.c中。正点原子函数现阶段命名规则如果是在led.c中，则以led_开头。在F7/H7系列中会存在Cache配置函数，I-Cache中存储指令，D-Cache中存储数据。

2.deley文件夹介绍（掌握）

2.1deley文件夹函数简介

2.2SysTick工作原理

  SysTick，即系统滴答定时器，包含在M3/4/7内核里面，核心是一个24位的递减计数器（最大计数值为2²⁴=16777216）。当计数器减至0时，证明延时成功，则让COUNTFLAG置1，并将重装载寄存器中的值赋给计数器，重装载值可以自己设置，取值范围是从0开始0~16777215。

  每次VAL到0时，VAL自动从LOAD重载，开始新一轮递减计数。

2.3SysTick寄存器介绍

  SysTick控制及状态寄存器(CTRL)（摘自：Cortex M3权威指南(中文).pdf）。其中，CLKSOURCE并不是时钟源选择位，而是配置分频系数。

SysTick重装载数值寄存器(LOAD)（摘自：Cortex M3权威指南(中文).pdf），LOAD中的值会重装载到VAL寄存器中。

SysTick当前数值寄存器(VAL) （摘自：Cortex M3权威指南(中文).pdf）

2.4delay_init()函数（F1）

  形参sysclk为系统时钟，单位是M，比如在F1系列中系统时钟为72MHz，则填入72。
  下列代码第一行是设置系统滴答定时器的状态控制寄存器为0，在进行dellay_init()函数之前可能会调用HAL库的初始化函数，可以将系统滴答定时器的中断以及其他设置配置好，这里需要按照我们自己的意愿来设置，所以需要将HAL库设置的清0，不会干扰后面的配置；第二行是调用HAL库的函数来选择系统滴答定时器时钟源分频系数，这里选择8分频，也就是将CTRL寄存器的位CLKSOURCE置0；第三行是定义全局变量，作为1us时基的来源，如果系统滴答定时器的计数频率为1MHz，1秒钟计数1000 000次，计数一次用1/1000 000次，F1系列的系统时钟为72Mhz，系统滴答定时器进行8分频，系统滴答定时器真正计数频率为9Mhz，用sysclk除以8得到9Mhz，得到1us需要计数多少次。1/1000 000s=1us=g_fac_us ×1/9000 000，其中g_fac_us 为达到1us需要计数的次数。

void delay_init(uint16_t sysclk) 
{ SysTick->CTRL = 0; HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK_DIV8); g_fac_us = sysclk / 8; 
}

2.5delay_us()函数（F1）

  在9MHz的计数频率上得到1us，需要进行计数9次，其中g_fac_us为9，使用变量temp来判断滴答定时器是否在工作，位16是判断计数是否完成，如果计数未完成则为0。

void delay_us(uint32_t nus) 
{ uint32_t temp; SysTick->LOAD = nus * g_fac_us; 	/* 时间加载 */ SysTick->VAL = 0x00; 			/* 清空计数器 */ SysTick->CTRL |= 1 << 0 ; 		/* 开始倒数 */ do { temp = SysTick->CTRL; } while ((temp & 0x01) && !(temp & (1 << 16))); /* CTRL.ENABLE位必须为1, 并等待时间到达 */SysTick->CTRL &= ~(1 << 0) ; 		/* 关闭SYSTICK */ SysTick->VAL = 0X00; 			/* 清空计数器 */ 
}

2.6delay_ms()函数（F1）

  毫秒延时函数是利用us延时函数来实现的，那么就需要知道微秒延时函数的，所能延时的最大us数，F1系统时钟为72Mhz，经过8分频得到滴答定时器时钟9Mhz计数频率，计一个数为1/9000 000，可以计数2²⁴，则最大为1/9000 000 ×2²⁴≈1.864s，这是没有考虑超频，如果超频到128Mhz，经过8分频为16Mhz，1/16000 000×2²⁴≈1.048576s。那么如果延时需要超过1ms，则可以调用多次delay_us()函数，如果不超过1ms，可以直接使用delay_us()函数。
  代码第一行首先对1000取整数，将整数部分赋值给repeat 用于1s延时，小数部分赋值给remain用于小于1s的延时，用remain乘以1000是因为ms到us是相差1000倍。。

void delay_ms(uint16_t nms) 
{ uint32_t repeat = nms / 1000;	/* 这里用1000,是考虑到可能有超频应用, * 比如128Mhz的时候, delay_us最大只能延时1048576us*/ uint32_t remain = nms % 1000; while (repeat) { delay_us(1000 * 1000); 	/* 利用delay_us 实现 1000ms 延时 */ repeat--; } if (remain) { delay_us(remain * 1000); 	/* 利用delay_us, 把尾数延时(remain ms)给做了 */ } 
}

3.usart文件夹介绍（掌握）

3.1printf函数输出流程

  如果要使用printf()函数，必须包含stdio.h头文件，用工使用printf()函数，然后自动调用C标准库钟内容，最终会调用fputc()函数，此函数与硬件相关，通过屏幕或者串口来输出内容。

3.2printf的使用

1. printf(“字符串\r\n”);使用\r\n实现换行，有些操作系统钟只用\n即可，为了兼容不同的操作系统推荐使用\r\n来实现换行。

printf("Hello World!\r\n");

2. printf(“输出控制符”，输出参数);%d是输出十进制数。

uint32_t  temp = 10;
printf("%d\r\n", temp);          /* %d是输出控制符，temp是输出参数 */

3. printf(“输出控制符1输出控制符2…”，输出参数1，输出参数2，…);%x以十六进制形式输出，则输出5A。

uint32_t  temp1 = 5;   
uint32_t  temp2 = 10;
printf("%d%x\r\n", temp1,temp2);  

5. printf(“非输出控制符 输出控制符 非输出控制符”，输出参数);

uint32_t  temp = 10;   
printf("temp=  %d  收到over\r\n", temp);  

6. 如何输出%、\和双引号

printf("%% \r\n");
printf("\\\r\n");
printf("\"\"\r\n");

3.2.1常用输出控制符表

3.2.2常用转义字符表

3.3printf函数支持

1. 避免使用半主机模式：两种方法：微库法、代码法
2. 实现fputc函数实现单个字符输出

3.3.1半主机模式简介

  用于 ARM 目标的一种机制，可将来自应用程序代码的输入/输出请求传送至运行调试器的主机。简单说，就是通过仿真器实现开发板在电脑上的输入和输出，一般我们不使用半主机模式。具体半主机模式的介绍可以查看参考链接。

3.3.2微库法

  在魔术棒->Target选项卡，勾选【Use Micro LIB】，即可避免半主机模式。

3.3.3代码法

  1个预处理、 2个定义、3个函数。

1.#pragma import(__use_no_semihosting)，确保不从C库中使用半主机函数;
2.定义：__FILE结构体，避免HAL库某些情况下报错;
3.定义： FILE __stdout，避免编译报错;
4.实现：_ttywrch、_sys_exit和_sys_command_string等三个函数。
AC5和AC6不使用半主机模式稍有差异，详见源码

3.3.4微库法VS代码法

  推荐使用代码法，正点原子源码已做好。

/******************************************************************************************/
/* 加入以下代码, 支持printf函数, 而不需要选择use MicroLIB */#if 1#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)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/* 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;/* MDK下需要重定义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 ((USART_UX->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;
}
#endif

3.3.5实现fputc函数

  在fputc函数中，第一行等待上一个字符发送完成，也就是检查串口状态寄存器SR的位6是否为1，为1则发送成功；第二行是将要发送的字符写入到串口的数据寄存器DR。如果注释掉第一行，print()函数发送的数据会乱码，因为fputc()函数是实现一个字符的输出，printf()输出很多个字符时，注释掉第一行代码将不再等待上一字符发送完成，将会一直发送叠加，导致乱码。使用微库法时，不能屏蔽掉fputc函数，只需要屏蔽1个预处理、 2个定义、3个函数。

/* MDK下需要重定义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 ((USART_UX->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;
}
#endif

4.总结（了解）