如何对RTOS系统时钟(滴答定时器)进行初始化呢

移植系统最重要的细节之一就是配置系统时钟

第一次玩RT-Thread，发现同样的程序逻辑，测试现象不一样，从现象很明显看出来是时钟频率配置不一样。
由于之前玩STM32几乎没有关注过系统时钟的初始化，并且M3手册和STM32手册对于CTRL寄存器的CLKSOURCE位的说法不一，那么应该相信谁呢？
于是乎花了一下午的时间，才从系统启动过程的角度，经过测试程序的实际验证逐渐找到了原因所在。
(把我直接传送到1.4小节吧~~)
一、ARM寄存器别名及APCS






二、R0~R16寄存器用途、介绍

R0-R3

用作传入函数参数，传出函数返回值。在子程序调用之间，可以将 r0-r3 用于任何用途。
被调用函数在返回之前不必恢复 r0-r3。如果调用函数需要再次使用 r0-r3 的内容，则它必须保留这些内容。
RT-Thread代码启动过程

1、从系统初始化开始执行，将函数地址赋给R0寄存器，跳转到R0地址执行并返回此处（BLX是带链接的跳转，即带返回的跳转）。
startup_stm32f10x_hd.s 文件：





1.1 配置系统时钟(相当于CUBEMX配置时钟树)

执行LDR R0, =SystemInit 跳转到 system_stm32f10x.c执行void SystemInit (void)函数配置时钟：










RCC->CR时钟控制寄存器

























RCC->CFGR 时钟配置寄存器





























RCC_CIR 时钟中断寄存器

























然后跳到 static void SetSysClockTo72(void)函数：















1.2将main函数地址给R0，将函数地址赋给R0，跳转到R0地址执行，不返回（BX是跳转，不返回）。

1.3跳转到了 $ Sub $ $main，主要是一些系统启动代码（系统初始化）。






在rtthread_startup中，主要实现了板级初始化（初始化外设和驱动）；打印RT-Thread的logo和版本信息；初始化系统定时器；初始化调度器；创建application线程(这里将用户main函数作为一个线程，用户main里面是空的）；初始化软件定时器；创建空闲线程；启动系统调度（启用调度后，main函数就会参与调度开始运行）。
1.4重点讲一下RTOS系统时钟(滴答定时器)的初始化

1、什么是SYSTICK:
这是一个24位的系统节拍定时器system tick timer,SysTick,具有自动重载和溢出中断功能，所有基于Cortex_M3处理器的微控制器都可以由这个定时器获得一定的时间间隔。
2、作用：
在单任务引用程序中，因为其架构就决定了它执行任务的串行性，这就引出一个问题：当某个任务出现问题时，就会牵连到后续的任务，进而导致整个系统崩溃。要解决这个问题，可以使用实时操作系统（RTOS）.
因为RTOS以并行的架构处理任务，单一任务的崩溃并不会牵连到整个系统。这样用户出于可靠性的考虑可能就会基于RTOS来设计自己的应用程序。这样SYSTICK存在的意义就是提供必要的时钟节拍，为RTOS的任务调度提供一个有节奏的“心跳”。
3、微控制器的定时器资源一般比较丰富，比如STM32存在8个定时器，为啥还要再提供一个SYSTICK？原因就是所有基于ARM Cortex_M3内核的控制器都带有SysTick定时器，这样就方便了程序在不同的器件之间的移植。而使用RTOS的第一项工作往往就是将其移植到开发人员的硬件平台上，由于SYSTICK的存在无疑降低了移植的难度。
4、工作原理
SysTick定时器是一个24位的倒计数，在一定频率下，当倒计数为0时，将从RELOAD寄存器中取值作为定时器的初始值，同时可以选择在这个时候产生中断(异常号:15)。
5、实例
在RT-Thread系统初始化void rt_hw_board_init()函数下调用了static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)





为了便于理解：
M3权威指南和STM32手册说法不一，那么应该相信谁呢？

• M3权威指南(SysTick->CTRL寄存器)
  
• CLKSOURCE位用于选择外部/内核时钟源
  
  
  
  
  
• STM32参考手册
  
  

#define SysTick_CLKSource_HCLK_Div8    ((uint32_t)0xFFFFFFFB)
#define SysTick_CLKSource_HCLK         ((uint32_t)0x00000004)
SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK; // CTRL寄存器的CLKSOURCE位 置1
SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8; // CTRL寄存器的CLKSOURCE位 置0

• 原子哥的解答
  
  
  
  
  
• 以及我通过实际实验得到的结果 和理解
  对于CTRL和LOAD的操作：注释部分和未注释部分，两者实验结果及现象一模一样
  
  
  
  
  
• 测试程序
  
  

static struct rt_thread led0_thread;//线程控制块
static struct rt_thread led1_thread;//线程控制块
ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
static rt_uint8_t rt_led0_thread_stack[256];//线程栈
static rt_uint8_t rt_led1_thread_stack[256];//线程栈
  
//线程LED0
static void led0_thread_entry(void* parameter)
{
        while(1)
        {
                LED0=~LED0;
                rt_thread_delay(300);
        }
}


//线程LED1
static void led1_thread_entry(void* parameter)
{
        while(1)
        {
                LED1=~LED1;
                rt_thread_delay(1000);
        }
}


int main(void)
{  
    // 创建静态线程
    rt_thread_init(&led0_thread,                         //线程控制块
                   "led0",                               //线程名字，在shell里面可以看到
                   led0_thread_entry,                    //线程入口函数
                   RT_NULL,                              //线程入口函数参数
                   &rt_led0_thread_stack[0],      //线程栈起始地址
                   sizeof(rt_led0_thread_stack),  //线程栈大小
                   3,                                    //线程的优先级
                   20);                           //线程时间片
                              
    rt_thread_startup(&led0_thread);                     //启动线程led0_thread，开启调度
                                  
    // 创建静态线程                          
        rt_thread_init(&led1_thread,                  //线程控制块
                                   "led1",                        //线程名字，在shell里面可以看到
                                   led1_thread_entry,             //线程入口函数
                                   RT_NULL,                       //线程入口函数参数
                                   &rt_led1_thread_stack[0],      //线程栈起始地址
                                   sizeof(rt_led1_thread_stack),  //线程栈大小
                                   3,                             //线程的优先级
                                   20);                           //线程时间片     


        rt_thread_startup(&led1_thread);              //启动线程led1_thread，开启调度  
}


实验现象相同，所以说，对于stm32，将CTRL寄存器的CLKSOURCE位置0所选择的时钟源是：AHB时钟(HCLK)8分频，即 本来就是被8分频过的。

1.5 $ Sub $ $main在main之前干的活就是进行rt-thread系统初始化。






以下是在rt_application_init()函数中创建的main函数线程：










$ Super $ $main可以直接跳到main()函数：





总结：可以这样使用给main函数打补丁：

int $Sub$$main(void)
{
    //添加补丁函数

    $Super$$main(); //使用本句直接转到main()运行
}
当然，main()函数可以换做其它需要的函数
R4-R10

被用来存放函数的局部变量。如果被调用函数使用了这些寄存器，它在返回之前必须恢复这些寄存器的值。
R11- fp(frame pointer)寄存器

即可以用来记录回溯信息,也可以当做局部变量来使用
R12-内部调用暂时寄存器 ip

它在过程链接胶合代码（例如，交互操作胶合代码）中用于此角色。
在过程调用之间，可以将它用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复 r12。
R13 -栈指针 sp

用户模式和系统模式共用一个SP，每种异常模式都有各自专用的R13寄存器（SP）。它们通常指向各模式所对应的专用堆栈，也就是ARM处理器允许用户程序有六个不同的堆栈空间,ARM处理器中的R13被用作SP。当不使用堆栈时，R13 也可以用做通用数据寄存器.
当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。
R14-链接寄存器 LR

在ARM体系结构中LR的特殊用途有两种：
一是执行子程序调用指令（BL ）时，会自动完成将当前的PC的值减去4的结果数据保存到LR寄存器。即将调用指令的下紧邻指令的地址保存到LR。返回时将lr赋给pc即可。
二是当异常发生时，会自动完成将当前的PC保存到LR寄存器，返回时将lr-4赋给pc即可，因此在各种异常模式下可以根据LR的值返回到异常发生前的相应位置继续执行。
为什么异常发生时，需要 sub lr, lr, #4 ?
是因为arm流水线,也就是执行第1条指令,第2条指令进行译码，将第3条指令从存储器中取出,那么pc当前等于pc+8，所以在异常发生时,此时lr=pc+8,但是pc+4是没有被执行的，所以异常返回时需要返回到(lr-4)地址上,执行已经译码的地址上。
stmdb和ldmia汇编指令

stmdb用于将寄存器压栈，ldmia用于将寄存器弹出栈。
stmdb和ldmia指令一般配对使用，用于保存使用到的寄存器。
ARM指令的多数据传输（STM、LDM）中，提到：多寄存器的Load和Store指令分为2组：一组用于数据的存储与读取，对应于IA、IB、DA、DB，一组用于堆栈操作，对应于FD、ED、FA、EA，两组中对应的指令含义相同。
即：
STMIB（地址先增而后完成操作）、STMFA（满递增堆栈）；
STMIA（完成操作而后地址递增）、STMEA（空递增堆栈）；
STMDB（地址先减而后完成操作）、STMFD（满递减堆栈）；
STMDA（完成操作而后地址递减）、STMED（空递减堆栈）。
上述各组2个指令含义相同只是适用场合不同，同理有：
LDMIB、LDMED；
LDMIA、LDMFD；
LDMDB、LDMEA；
LDMDA、LDMFA。
IA模式表示：每次传送后地址+4；(After Increase)
DB模式表示：每次传送前地址-4；(Before Decrease)
多寄存器加载/存储指令共有8种模式（4个用与数据块的传输，4个用于栈操作）
例1：汇编指令
stmdb sp!,{r0-r12,lr}
含义：sp = sp - 4，先压lr，sp = lr（即将lr中的内容放入sp所指的内存地址）。sp = sp - 4，再压r12，sp = r12。sp = sp - 4，再压r11，sp = r11…sp = sp - 4，最后压r0，sp = r0。
如果想要将r0-r12和lr弹出，可以用ldmia指令：
ldmia sp!,{r0-r12,lr}
例二：

//将R1-R7的数据保存到寄存器中，存储器指针在保存第一个值之后增加，增长方向为向上增长
STMIA R0!,{R1-R7}
//将R1-R7的数据保存到寄存器中，存储器指针在保存第一个值之后增加，增长方向为向下增长
STMDB R0!,{R1-R7}
STMIA:比如当前r0指向的内存地址是 0x1000
STMIA R0!,{R1-R7} 就是首先把r1存入0x1000,然后r2存入0x1004，然后r3存入0x1008。如果是32位的处理器就是每次加4个字节，以此类推把 r1-r7按照递增的地址存入。R0!就是从R0的地址开始存的意思。
STMDB则是地址从R0开始减少，依次存储。
R15-程序计数器 PC

PC总是指向当前指令的下两条指令的地址,即PC的值为当前指令的地址值加8个字节程序状态寄存器
R16-CPSR(CurrentProgram Status Register，当前程序状态寄存器)

CPSR可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。