單芯片解決方案，開啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)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(fù)雜工控場景設(shè)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(fù)用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)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(wǎng)關(guān)模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進(jìn)入http://www.w5500.com/網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開發(fā)者快速上手與深入開發(fā)，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發(fā)板。開發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發(fā)者全面評估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發(fā)板的更多詳細(xì)信息，包括產(chǎn)品特性、技術(shù)參數(shù)以及價格等，歡迎訪問官方網(wǎng)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(tǒng)定時器

本章參考資料《Cortex-M3內(nèi)核編程手冊》-4.5 章節(jié)SysTick Timer(STK)，和4.48章節(jié)SHPRx， 其中STK這個章節(jié)有SysTick的簡介和寄存器的詳細(xì)描述。因?yàn)镾ysTick是屬于CM3內(nèi)核的外設(shè)， 有關(guān)寄存器的定義和部分庫函數(shù)都在core_CM3.h這個頭文件中實(shí)現(xiàn)。所以學(xué)習(xí)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(tǒng)定時器是屬于CM3內(nèi)核中的一個外設(shè)，內(nèi)嵌在NVIC中。系統(tǒng)定時器是一個24bit的向下遞減的計數(shù)器， 計數(shù)器每計數(shù)一次的時間為1/SYSCLK，一般我們設(shè)置系統(tǒng)時鐘SYSCLK等于72M。當(dāng)重裝載數(shù)值寄存器的值遞減到0的時候，系統(tǒng)定時器就產(chǎn)生一次中斷，以此循環(huán)往復(fù)。

因?yàn)镾ysTick是屬于CM3內(nèi)核的外設(shè)，所以所有基于CM3內(nèi)核的單片機(jī)都具有這個系統(tǒng)定時器，使得軟件在CM3單片機(jī)中可以很容易的移植。 系統(tǒng)定時器一般用于操作系統(tǒng)，用于產(chǎn)生時基，維持操作系統(tǒng)的心跳。

2 SysTick寄存器介紹

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

系統(tǒng)定時器的校準(zhǔn)數(shù)值寄存器在定時實(shí)驗(yàn)中不需要用到。有關(guān)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(nèi)核的外設(shè)，有關(guān)的寄存器定義和庫函數(shù)都在內(nèi)核相關(guān)的庫文件core_cm3.h中。

SysTick配置庫函數(shù)

代碼清單:SysTick-1SysTick配置庫函數(shù)

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

    // 設(shè)置中斷優(yōu)先級
    NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL VAL   = 0UL;

    // 設(shè)置系統(tǒng)定時器的時鐘源為AHBCLK=72M
    // 使能系統(tǒng)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(diào)用庫函數(shù)SysTick_Config()即可，形參ticks用來設(shè)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(dāng)重裝載寄存器的值遞減到0的時候產(chǎn)生中斷，然后重裝載寄存器的值又重新裝載往下遞減計數(shù)， 以此循環(huán)往復(fù)。緊隨其后設(shè)置好中斷優(yōu)先級，最后配置系統(tǒng)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(tǒng)定時器就配置好了，一個庫函數(shù)搞定。

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

配置SysTick中斷優(yōu)先級

在SysTick_Config()庫函數(shù)還調(diào)用了固件庫函數(shù)NVIC_SetPriority()來配置系統(tǒng)定時器的中斷優(yōu)先級，該庫函數(shù)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(shù)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(tǒng)異常，系統(tǒng)異常的優(yōu)先級由內(nèi)核外設(shè)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(yōu)先級由內(nèi)核外設(shè)NVIC中的IPx寄存器控制。

	因?yàn)镾ysTick屬于內(nèi)核外設(shè)，跟普通外設(shè)的中斷優(yōu)先級有些區(qū)別，并沒有搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級的說法。在W55MH32中， 內(nèi)核外設(shè)的中斷優(yōu)先級由內(nèi)核SCB這個外設(shè)的寄存器：SHPRx（x=1.2.3）來配置。有關(guān)SHPRx寄存器的詳細(xì)描述可參考《Cortex-M3內(nèi)核編程手冊》4.4.8章節(jié)。 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(jié)訪問，每8個字段控制著一個內(nèi)核外設(shè)的中斷優(yōu)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(nèi)核外設(shè)的中斷優(yōu)先級可編程為：0~15，只有16個可編程優(yōu)先級，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。 如果軟件優(yōu)先級配置相同，那就根據(jù)他們在中斷向量表里面的位置編號來決定優(yōu)先級大小，編號越小，優(yōu)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(nèi)核外設(shè)的優(yōu)先級，只需要修改下面三個寄存器對應(yīng)的某個字段即可：

	

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

	
// 設(shè)置系統(tǒng)定時器中斷優(yōu)先級
NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1UL 

	

	但是，問題來了，剛剛我們只是學(xué)習(xí)了內(nèi)核的外設(shè)的優(yōu)先級配置。如果我同時使用了systick和片上外設(shè)呢？而且片上外設(shè)也剛好需要使用中斷， 那systick的中斷優(yōu)先級跟外設(shè)的中斷優(yōu)先級怎么設(shè)置？會不會因?yàn)閟ystick是內(nèi)核里面的外設(shè)，所以它的中斷優(yōu)先級就一定比內(nèi)核之外的外設(shè)的優(yōu)先級高？

	從《W55MH32中斷應(yīng)用概覽》這章我們知道，外設(shè)在設(shè)置中斷優(yōu)先級的時候，首先要分組，然后設(shè)置搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級。 而systick這類內(nèi)核的外設(shè)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(qū)分兩者的優(yōu)先級？下面舉例說明。

	比如配置一個外設(shè)的中斷優(yōu)先級分組為2，搶占優(yōu)先級為1，子優(yōu)先級也為1，systick的優(yōu)先級為固件庫默認(rèn)配置的15。 當(dāng)我們比較內(nèi)核外設(shè)和片上外設(shè)的中斷優(yōu)先級的時候，我們只需要抓住NVIC的中斷優(yōu)先級分組不僅對片上外設(shè)有效，同樣對內(nèi)核的外設(shè)也有效。 我們把systick的優(yōu)先級15轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值就是1111(0b)，又因?yàn)镹VIC的優(yōu)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(yōu)先級都比我們設(shè)定的外設(shè)的優(yōu)先級低。如果當(dāng)兩個的軟件優(yōu)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(yōu)先級越高。

	SysTick初始化函數(shù)

	代碼清單:SysTick-2 SysTick初始化函數(shù)

	
/**
* @brief  啟動系統(tǒng)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(shù)由用戶編寫，里面調(diào)用了SysTick_Config()這個固件庫函數(shù)， 通過設(shè)置該固件庫函數(shù)的形參，就決定了系統(tǒng)定時器經(jīng)過多少時間就產(chǎn)生一次中斷。

	SysTick中斷時間的計算

	SysTick定時器的計數(shù)器是向下遞減計數(shù)的，計數(shù)一次的時間TDEC=1/CLKAHB， 當(dāng)重裝載寄存器中的值VALUELOAD減到0的時候，產(chǎn)生中斷， 可知中斷一次的時間TINT=VALUELOAD * TDEC= VALUELOAD/CLKAHB， 其中CLKAHB =72MHZ。如果設(shè)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(jìn)出中斷上了，根本沒有時間處理其他的任務(wù)。

	
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(xiàn)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(dāng)設(shè)置好中斷時間TINT后，我們可以設(shè)置一個變量t，用來記錄進(jìn)入中斷的次數(shù)， 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(shù)

	當(dāng)設(shè)置好中斷時間TINT后，我們可以設(shè)置一個變量t，用來記錄進(jìn)入中斷的次數(shù)， 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(shù)

	現(xiàn)在我們定義一個微秒級別的延時函數(shù)，形參為nTime，當(dāng)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(jīng)設(shè)置好為10us。關(guān)于這個函數(shù)的具體調(diào)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(shí)現(xiàn)的延時為 1 * 10us = 10us
* @retval  無
*/
void Delay_us(__IO u32 nTime)
{
    TimingDelay = nTime;

    while (TimingDelay != 0);
}


	

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

	SysTick中斷服務(wù)函數(shù)

	
void SysTick_Handler(void)
{
    TimingDelay_Decrement();
}


	

	中斷復(fù)位函數(shù)調(diào)用了另外一個函數(shù)TimingDelay_Decrement()，原型如下：

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


	

	TimingDelay的值等于延時函數(shù)中傳進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(xué)者肯定會更喜歡，因?yàn)樗苯樱茁窚\。

	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(shù)中，我們還是調(diào)用了SysTick_Config這個固件庫函數(shù)，有關(guān)這個函數(shù)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(shù)字。

	代碼清單:SysTick-5 systick 配置函數(shù)

	
// 這個 固件庫函數(shù) 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(yōu)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);
}


	

	WIZnet 是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，成立于 1998 年。產(chǎn)品包括互聯(lián)網(wǎng)處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP 卸載引擎）技術(shù)，基于獨(dú)特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU? 面向各種應(yīng)用中的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

	WIZnet 在全球擁有 70 多家分銷商，在香港、韓國、美國設(shè)有辦事處，提供技術(shù)支持和產(chǎn)品營銷。

	香港辦事處管理的區(qū)域包括：澳大利亞、印度、土耳其、亞洲（韓國和日本除外）。

	審核編輯 黃宇