SysTick

Systick 驱动 | sample: src/application/samples/peripheral/systick/systick_demo.c

学习目标

理解 Systick 作为 Cortex-M 内核内置 24 位定时器的定位——系统心跳节拍，RTOS 默认 1ms 中断
掌握 uapi_systick_get_s() / uapi_systick_get_ms() / uapi_systick_get_us() 的精确计时功能
掌握 uapi_systick_delay_s() / uapi_systick_delay_ms() / uapi_systick_delay_us() 的阻塞延时用法

基本概念

Systick 是什么

Systick 是 ARM Cortex-M 内核内置的 24 位递减定时器——与芯片外设定时器不同，它是内核的一部分，全局只有一个。在 LiteOS / FreeRTOS 中，Systick 通常配置为 1ms 周期中断，作为整个操作系统的时钟节拍（tick）——所有 OS 延时、任务调度、软件定时器都依赖这个心跳。

flowchart LR
    subgraph "Cortex-M 内核"
        S[Systick 24-bit 定时器]
    end
    S -->|1ms 中断| OS[OS Tick]
    OS --> T1[任务调度]
    OS --> T2[软件定时器]
    OS --> T3[osal_msleep]
    S -->|用户 API| U1[uapi_systick_get_ms]
    S -->|用户 API| U2[uapi_systick_delay_ms]

Systick 与硬件定时器的区别

对比项	Systick	硬件定时器
归属	Cortex-M 内核内置	芯片外设 IP
全局数量	1 个	多个通道
位宽	24-bit	32-bit（通常）
默认用途	RTOS 系统 tick	用户自定义精确定时
用户可改周期	不建议（影响 OS）	可以
典型 API	`get_s/get_ms/get_us/delay_*`	`start/stop` + ISR 回调
测量精度	ms 级（受 tick 分辨率限制的 API）/ μs 级（硬件寄存器直读的 API）	μs 级 ISR

涉及 API

API	用途	头文件
`uapi_systick_init()`	初始化 Systick（使能时钟和中断）	`systick.h`
`uapi_systick_get_s()`	获取系统运行秒数（uint64）	`systick.h`
`uapi_systick_get_ms()`	获取系统运行毫秒数（uint64）	`systick.h`
`uapi_systick_get_us()`	获取系统运行微秒数（uint64）	`systick.h`
`uapi_systick_delay_s(n)`	阻塞延时 n 秒	`systick.h`
`uapi_systick_delay_ms(n)`	阻塞延时 n 毫秒	`systick.h`
`uapi_systick_delay_us(n)`	阻塞延时 n 微秒	`systick.h`

uapi_systick_get_us() 直接读取 Systick 硬件计数器，精度为微秒级。uapi_systick_get_ms() 基于 OS tick 计数器，精度为 1ms。

案例说明

做什么

本 sample 演示 Systick 时间获取与阻塞延时的三种精度（秒/毫秒/微秒），每种精度执行以下步骤：
1. 记录延时前的时间戳（get_s/ms/us）
2. 调用对应的 delay_*() 阻塞延时
3. 记录延时后的时间戳
4. 计算差值并打印，验证延时精度

规格与功能

规格项	说明
秒级延时	2 秒（`SYSTICK_DELAY_S=2`）
毫秒级延时	1000 毫秒（`SYSTICK_DELAY_MS=1000`）
微秒级延时	20000 微秒（`SYSTICK_DELAY_US=20000`）
每轮间隔	500ms（`SYSTICK_TASK_DURATION_MS=500`）
精度验证	`after > before` 即判定正常

案例流程

sequenceDiagram
    participant T as systick_task
    participant S as Systick 硬件

    T->>S: uapi_systick_init
    loop 每 500ms 一轮
        Note over T: --- 秒级测试 ---
        T->>S: before = uapi_systick_get_s
        T->>S: uapi_systick_delay_s(2)
        T->>S: after = uapi_systick_get_s
        T->>T: 打印 after - before (应≈2)

        Note over T: --- 毫秒级测试 ---
        T->>S: before = uapi_systick_get_ms
        T->>S: uapi_systick_delay_ms(1000)
        T->>S: after = uapi_systick_get_ms
        T->>T: 打印 after - before (应≈1000)

        Note over T: --- 微秒级测试 ---
        T->>S: before = uapi_systick_get_us
        T->>S: uapi_systick_delay_us(20000)
        T->>S: after = uapi_systick_get_us
        T->>T: 打印 after - before (应≈20000)
    end

案例操作指导

编译：
```
fbb build systick
```
烧录固件，串口观察输出：
systick delay 2s! → count_s = 2 → systick get s work normall.
systick delay 1000ms! → count_ms = 1000 → systick get ms work normall.
systick delay 20000us! → count_us ≈ 20000 → systick get us work normall.
每 500ms 打印一轮，循环持续输出

关键配置

配置项	推荐值	说明
Systick 周期	1ms（RTOS 默认）	用户一般不改——修改会影响 OS 调度精度和所有 `osal_msleep` 行为
`uapi_systick_delay_us` 最小值	>= 2us	极短延时（1us）可能因函数调用开销而不准确。sample 用 20000us 验证
时间戳变量类型	`uint64_t`	`get_s/get_ms` 返回值是 `uint64_t`，系统长期运行（>49 天）不会溢出

Trade-off：uapi_systick_get_us() 直接读硬件寄存器，精度最高但可能受 Systick 重载瞬间的竞态影响（概率极低）；uapi_systick_get_ms() 基于软件 tick 计数器，绝对可靠但精度仅 1ms。对us级测量用 get_us，对长时间计时用 get_ms。

代码详解

1. Systick 初始化

uapi_systick_init();

uapi_systick_init() 在 sample 中由用户任务显式调用，但通常情况下 RTOS 启动时已自动初始化 Systick——用户任务调用是幂等的，不会产生副作用。

2. 秒级延时与验证

记录延时前后的秒时间戳，差值应等于延时值（误差 ±1 秒内）：

uint64_t count_before_get_s;
uint64_t count_after_get_s;

count_before_get_s = uapi_systick_get_s();
uapi_systick_delay_s(SYSTICK_DELAY_S);   /* 阻塞 2 秒 */
count_after_get_s = uapi_systick_get_s();

osal_printk("count_s = %llu\r\n", count_after_get_s - count_before_get_s);
if (count_after_get_s > count_before_get_s) {
    osal_printk("systick get s work normall.\r\n");
}

3. 毫秒级延时与验证

uint64_t count_before_get_ms;
uint64_t count_after_get_ms;

count_before_get_ms = uapi_systick_get_ms();
uapi_systick_delay_ms(SYSTICK_DELAY_MS); /* 阻塞 1000ms */
count_after_get_ms = uapi_systick_get_ms();

osal_printk("count_ms = %llu\r\n", count_after_get_ms - count_before_get_ms);
if (count_after_get_ms > count_before_get_ms) {
    osal_printk("systick get ms work normall.\r\n");
}

4. 微秒级延时与验证

uint64_t count_before_get_us;
uint64_t count_after_get_us;

count_before_get_us = uapi_systick_get_us();
uapi_systick_delay_us(SYSTICK_DELAY_US); /* 阻塞 20000us = 20ms */
count_after_get_us = uapi_systick_get_us();

osal_printk("count_us = %llu\r\n", count_after_get_us - count_before_get_us);
if (count_after_get_us > count_before_get_us) {
    osal_printk("systick get us work normall.\r\n");
}

uapi_systick_delay_us() 是阻塞延时——调用期间 CPU 不释放。微秒级短延时（<100us）用阻塞方式无问题，但毫秒级以上延时建议用 osal_msleep() 释放 CPU 给其他任务。