單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數據處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協議棧、內置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網收發緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現了All-in-One解決方案，為開發者提供極大便利。

在封裝規格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復雜工控場景設計。它擁有66個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、5個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設資源，能夠輕松應對工業控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執行器的通信，還是對復雜工業協議的支持，都能游刃有余，成為復雜工控領域的理想選擇。 同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網關模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入http://www.w5500.com/網站或者私信獲取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網絡通信安全再添保障。

為助力開發者快速上手與深入開發，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發板。開發板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數據線，就能輕松實現調試、下載以及串口打印日志等功能。開發板將所有外設全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發者全面評估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發板的更多詳細信息，包括產品特性、技術參數以及價格等，歡迎訪問官方網頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第十二章 SysTick——系統定時器

本章參考資料《Cortex-M3內核編程手冊》-4.5 章節SysTick Timer(STK)，和4.48章節SHPRx， 其中STK這個章節有SysTick的簡介和寄存器的詳細描述。因為SysTick是屬于CM3內核的外設， 有關寄存器的定義和部分庫函數都在core_CM3.h這個頭文件中實現。所以學習SysTick的時候可以參考這兩個資料，一個是文檔，一個是源碼。

1 SysTick簡介

SysTick—系統定時器是屬于CM3內核中的一個外設，內嵌在NVIC中。系統定時器是一個24bit的向下遞減的計數器， 計數器每計數一次的時間為1/SYSCLK，一般我們設置系統時鐘SYSCLK等于72M。當重裝載數值寄存器的值遞減到0的時候，系統定時器就產生一次中斷，以此循環往復。

因為SysTick是屬于CM3內核的外設，所以所有基于CM3內核的單片機都具有這個系統定時器，使得軟件在CM3單片機中可以很容易的移植。 系統定時器一般用于操作系統，用于產生時基，維持操作系統的心跳。

2 SysTick寄存器介紹

SysTick—系統定時器有4個寄存器，簡要介紹如下。在使用SysTick產生定時的時候，只需要配置前三個寄存器，最后一個校準寄存器不需要使用。

系統定時器的校準數值寄存器在定時實驗中不需要用到。有關各個位的描述這里引用手冊里面的英文版本，比較晦澀難懂， 暫時不知道這個寄存器用來干什么。有研究過的朋友可以交流，起個拋磚引玉的作用。

3 SysTick定時介紹

3.1 代碼分析

SysTick 屬于內核的外設，有關的寄存器定義和庫函數都在內核相關的庫文件core_cm3.h中。

SysTick配置庫函數

代碼清單:SysTick-1SysTick配置庫函數

__STATIC_INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
    // 不可能的重裝載值，超出范圍
    if ((ticks - 1UL) > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) {
        return (1UL);
    }

    // 設置重裝載寄存器
    SysTick->LOAD  = (uint32_t)(ticks - 1UL);

    // 設置中斷優先級
    NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL VAL   = 0UL;

    // 設置系統定時器的時鐘源為AHBCLK=72M
    // 使能系統定時器中斷
    // 使能定時器
    SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                    SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
    return (0UL);
}

用固件庫編程的時候我們只需要調用庫函數SysTick_Config()即可，形參ticks用來設置重裝載寄存器的值， 最大不能超過重裝載寄存器的值224，當重裝載寄存器的值遞減到0的時候產生中斷，然后重裝載寄存器的值又重新裝載往下遞減計數， 以此循環往復。緊隨其后設置好中斷優先級，最后配置系統定時器的時鐘等于AHBCLK=72M，使能定時器和定時器中斷，這樣系統定時器就配置好了，一個庫函數搞定。

SysTick_Config()庫函數主要配置了SysTick中的三個寄存器：LOAD、VAL和CTRL，有關具體的部分看代碼注釋即可。

配置SysTick中斷優先級

在SysTick_Config()庫函數還調用了固件庫函數NVIC_SetPriority()來配置系統定時器的中斷優先級，該庫函數也在core_m3.h中定義，原型如下：

__STATIC_INLINE void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)
{
    if ((int32_t)IRQn < 0) {
        SCB-?>SHP[(((uint32_t)(int32_t)IRQn) & 0xFUL)-4UL] =
        (uint8_t)((priority IP[((uint32_t)(int32_t)IRQn)] =
        (uint8_t)((priority 

	

	函數首先先判斷形參IRQn的大小，如果是小于0，則表示這個是系統異常，系統異常的優先級由內核外設SCB的寄存器SHPRx控制， 如果大于0則是外部中斷，外部中斷的優先級由內核外設NVIC中的IPx寄存器控制。

	因為SysTick屬于內核外設，跟普通外設的中斷優先級有些區別，并沒有搶占優先級和子優先級的說法。在W55MH32中， 內核外設的中斷優先級由內核SCB這個外設的寄存器：SHPRx（x=1.2.3）來配置。有關SHPRx寄存器的詳細描述可參考《Cortex-M3內核編程手冊》4.4.8章節。 下面我們簡單介紹下這個寄存器。

	SPRH1-SPRH3是一個32位的寄存器，但是只能通過字節訪問，每8個字段控制著一個內核外設的中斷優先級的配置。在W55MH32中， 只有位7:4這高四位有效，低四位沒有用到，所以內核外設的中斷優先級可編程為：0~15，只有16個可編程優先級，數值越小，優先級越高。 如果軟件優先級配置相同，那就根據他們在中斷向量表里面的位置編號來決定優先級大小，編號越小，優先級越高。

				異常
			

				字段
			

				寄存器描述
		

				Memory management fault
			

				PRI_4
			

				SHPR1
		

				Bus fault
			

				PRI_5
			

				SHPR1
		

				Usage fault
			

				PRI_6
			

				SHPR1
		

				SVCall
			

				PRI_11
			

				SHPR2
		

				PendSV
			

				PRI_14
			

				SHPR3
		

				SysTick
			

				PRI_15
			

				SHPR3
		

	如果要修改內核外設的優先級，只需要修改下面三個寄存器對應的某個字段即可：

	

	在系統定時器中，配置優先級為(1UL << __NVIC_PRIO_BITS) - 1UL)， 其中宏__NVIC_PRIO_BITS為4，那計算結果就等于15， 可以看出系統定時器此時設置的優先級在內核外設中是最低的，如果要修改優先級則修改這個值即可，范圍為：0~15。

	
// 設置系統定時器中斷優先級
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL 

	

	但是，問題來了，剛剛我們只是學習了內核的外設的優先級配置。如果我同時使用了systick和片上外設呢？而且片上外設也剛好需要使用中斷， 那systick的中斷優先級跟外設的中斷優先級怎么設置？會不會因為systick是內核里面的外設，所以它的中斷優先級就一定比內核之外的外設的優先級高？

	從《W55MH32中斷應用概覽》這章我們知道，外設在設置中斷優先級的時候，首先要分組，然后設置搶占優先級和子優先級。 而systick這類內核的外設在配置的時候，只需要配置一個寄存器即可，取值范圍為0~15。既然配置方法不同，那如何區分兩者的優先級？下面舉例說明。

	比如配置一個外設的中斷優先級分組為2，搶占優先級為1，子優先級也為1，systick的優先級為固件庫默認配置的15。 當我們比較內核外設和片上外設的中斷優先級的時候，我們只需要抓住NVIC的中斷優先級分組不僅對片上外設有效，同樣對內核的外設也有效。 我們把systick的優先級15轉換成二進制值就是1111(0b)，又因為NVIC的優先級分組2，那么前兩位的11(0b)就是3，后兩位的11(0b)也是3。 無論從搶占還是子優先級都比我們設定的外設的優先級低。如果當兩個的軟件優先級都配置成一樣，那么就比較他們在中斷向量表中的硬件編號，編號越小，優先級越高。

	SysTick初始化函數

	代碼清單:SysTick-2 SysTick初始化函數

	
/**
* @brief  啟動系統滴答定時器 SysTick
* @param  無
* @retval 無
*/
void SysTick_Init(void)
{
    /* SystemFrequency / 1000    1ms中斷一次
    * SystemFrequency / 100000  10us中斷一次
    * SystemFrequency / 1000000 1us中斷一次
    */
    if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)) {
        /* Capture error */
        while (1);
    }
}


	

	SysTick初始化函數由用戶編寫，里面調用了SysTick_Config()這個固件庫函數， 通過設置該固件庫函數的形參，就決定了系統定時器經過多少時間就產生一次中斷。

	SysTick中斷時間的計算

	SysTick定時器的計數器是向下遞減計數的，計數一次的時間TDEC=1/CLKAHB， 當重裝載寄存器中的值VALUELOAD減到0的時候，產生中斷， 可知中斷一次的時間TINT=VALUELOAD * TDEC= VALUELOAD/CLKAHB， 其中CLKAHB =72MHZ。如果設置VALUELOAD為72， 那中斷一次的時間TINT=72/72M=1us。 不過1us的中斷沒啥意義，整個程序的重心都花在進出中斷上了，根本沒有時間處理其他的任務。

	
SysTick_Config(SystemCoreClock / 100000)

	

	SysTick_Config（）的形我們配置為SystemCoreClock / 100000=72M/100000=720， 從剛剛分析我們知道這個形參的值最終是寫到重裝載寄存器LOAD中的， 從而可知我們現在把SysTick定時器中斷一次的時間TINT=720/72M=10us。

	SysTick定時時間的計算

	當設置好中斷時間TINT后，我們可以設置一個變量t，用來記錄進入中斷的次數， 那么變量t乘以中斷的時間TINT就可以計算出需要定時的時間。

	SysTick定時函數

	當設置好中斷時間TINT后，我們可以設置一個變量t，用來記錄進入中斷的次數， 那么變量t乘以中斷的時間TINT就可以計算出需要定時的時間。

	SysTick定時函數

	現在我們定義一個微秒級別的延時函數，形參為nTime，當用這個形參乘以中斷時間TINT就得出我們需要的延時時間， 其中TINT我們已經設置好為10us。關于這個函數的具體調用看注釋即可。

	
/**
* @brief   us延時程序,10us為一個單位
* @param
*   @arg nTime: Delay_us( 1 ) 則實現的延時為 1 * 10us = 10us
* @retval  無
*/
void Delay_us(__IO u32 nTime)
{
    TimingDelay = nTime;

    while (TimingDelay != 0);
}


	

	函數Delay_us()中我們等待TimingDelay為0，當TimingDelay為0的時候表示延時時間到。變量TimingDelay在中斷函數中遞減， 即SysTick每進一次中斷即10us的時間TimingDelay遞減一次。

	SysTick中斷服務函數

	
void SysTick_Handler(void)
{
    TimingDelay_Decrement();
}


	

	中斷復位函數調用了另外一個函數TimingDelay_Decrement()，原型如下：

	
/**
* @brief  獲取節拍程序
* @param  無
* @retval 無
* @attention  在 SysTick 中斷函數 SysTick_Handler()調用
*/
void TimingDelay_Decrement(void)
{
    if (TimingDelay != 0x00) {
        TimingDelay--;
    }
}


	

	TimingDelay的值等于延時函數中傳進去的nTime的值，比如nTime=100000，則延時的時間等于100000*10us=1s。

	我們知道，systick的counter從reload值往下遞減到0的時候，CTRL寄存器的位16:countflag會置1，且讀取該位的值可清0， 所有我們可以使用軟件查詢的方法來實現延時。具體代碼見 代碼清單:SysTick-3 和 代碼清單:SysTick-4 ，我敢肯定這樣的寫法， 初學者肯定會更喜歡，因為它直接，套路淺。

	代碼清單:SysTick-3 systick 微秒級延時

	
void SysTick_Delay_Us( __IO uint32_t us)
{
    uint32_t i;
    SysTick_Config(SystemCoreClock/1000000);

    for (i=0; iCTRL)&(1CTRL &=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}


	

	代碼清單:SysTick-4 systick 毫秒級延時

	
void SysTick_Delay_Ms( __IO uint32_t ms)
{
    uint32_t i;
    SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);

    for (i=0; iCTRL)&(1CTRL &=~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}


	

	在這兩個微秒和毫秒級別的延時函數中，我們還是調用了SysTick_Config這個固件庫函數，有關這個函數的說明具體見 代碼清單:SysTick-5 。 配套代碼注釋理解即可。其中SystemCoreClock是一個宏，大小為72000000，如果不想使用這個宏，也可以直接改成數字。

	代碼清單:SysTick-5 systick 配置函數

	
// 這個 固件庫函數 在 core_cm3.h中
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
{
    // reload 寄存器為24bit，最大值為2^24
    if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);

    // 配置 reload 寄存器的初始值
    SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;

    // 配置中斷優先級為 1VAL   = 0;

    // 配置systick 的時鐘為 72M
    // 使能中斷
    // 使能systick
    SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                    SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
    return (0);
}


	

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