關于SYSTICK的COUNTFLAG標志的小疑惑

前不久在研究SYSTICK有關問題閱讀相關技術資料時，無意間產(chǎn)生了個小疑惑。

問題是這樣的，我們知道SYSTICK定時器是個24位向下計數(shù)器，每當發(fā)生從1記到0時會讓一個名為COUNTFLAG的標志位置1，如果此時SYSTICK的滴答中斷請求使能了的話，可以對CPU發(fā)起中斷請求。

根據(jù)我們平常STM32的開發(fā)經(jīng)驗，通常各種外設事件發(fā)起中斷請求時，往往有相應的事件標志跟中斷響應關聯(lián)，在中斷服務程序里并將相關事件標志做清零操作，否則它會沒完沒了地發(fā)起中斷請求?；谶@點，我想這個COUNTFLAG標志應該也是跟SYSTICK中斷密切相關，溢出時被置位，在SYSTICK中斷服務程序里將其清零。

可是，我們平常的SYSTICK的中斷服務程序里根本沒看到哪里有對COUNTFLAG標志做清零。ARM Cortex內核手冊針對COUNTFLAG標志的描述中涉及它可以清零的地方有兩處：

第一個地方是在SYSTICK控制寄存器【SYST_CSR】里有介紹，讀它可以清零。說實在的，這點我是通過咨詢ARM公司才理解到位的。第二個地方是在介紹SYSTCIK的當前計數(shù)器寄存器時提到，即對當前計數(shù)器寄存器進行寫操作時也會將COUNTFLAG標志清零。

問題是平常的SYSTICK的中斷服務程序里根本就沒有涉及到上面提到的可能對COUNTFLAG標志清零的操作啊？！既沒有讀SYSTICK控制寄存器，也沒有對計數(shù)器做寫操作。那這個標志啥時候被清零的呢？如果不清零的話，難道不會沒完沒了地申請中斷，可現(xiàn)在的實踐結果又不是這樣的!

后來，找同事咨詢、討論，有同事說他印象中計數(shù)器重裝時會將該標志清零。如果說重裝可以清COUNTFLAG的話，這樣可以很好地解釋目前的結果。因為既然每次重裝可以清零，自然用不著到中斷服務程序里再做清零，那么在中斷服務程序里見不到對COUNTFLAG的清零操作也就再正常不過了。也因此一時以為找到了答案?？珊髞硪幌耄€是有些不對勁的地方。至少有2點說不通。

第一、如果是重裝時清零，該標志是溢出時被置1的，而溢出和重裝兩個動作可以看成同一時刻完成，即置位后馬上被清零。這樣的話，用戶永遠沒有機會見到該標志為1的時候。何時能被軟件用得上呢？定義這個標志意義何在呢？

第二、關于這個標志，在ARM 內核手冊里還說了下面一句話：

意思就是說用戶軟件可以通過查看COUNTFLAG標志來確認SYSTICK之前有發(fā)生過溢出。如果重裝可以清零的話，用戶軟件是不可能有機會讀到該標志為1的時候。也就是說重裝清零結論跟這句話是矛盾的。

經(jīng)過與同事的來回討論，以及查找其它相關信息，后來認為這個標志可能跟中斷沒有必然關系。這個過程中我也意識到我提出這個標志哪里清零的問題，可能是先入為主的慣性思維在作怪。具體點說，我們認為這個COUNTFLAG標志在發(fā)生溢出時置位沒問題，前面提到的兩種情形下會被清零也沒問題。但是，SYSTICK的滴答中斷不跟這個標志位關聯(lián)，它只與計數(shù)器發(fā)生從1計到0的事件有關，即手冊中下面綠色方框框住的這句話。

說實在的，這句話我老早就看到了，只是覺得溢出做為中斷觸發(fā)條件沒錯，但一門心思老糾結著哪個地方對COUNTFLAG清零了。

如果說COUNTFLAG只是個溢出事件標志，滴答中斷不跟它關聯(lián)也是可以理解和接受的。首先，根據(jù)ARM手冊描述來理解這個結論沒有問題，沒有說不通的地方，然后，實現(xiàn)邏輯上也沒啥問題，反正溢出一次就申請一次中斷。

聊到這里，很多STM32用戶【包括本人在內】可能會覺得有點別扭或不習慣，這點我們下面繼續(xù)聊。我就我們針對COUNTFLAG標志跟SYSTICK中斷的關系的理解，說得直白點就是SYSTICK中斷跟COUNTFLAG有無關系、服務程序里要不要清零再次找ARM公司做了確認，他們完全認同我們的理解。即COUNTFLAG只是個溢出事件標志，SYSTICK中斷不跟它關聯(lián)，只與計數(shù)器溢出事件本身關聯(lián)，并不關心COUNTFLAG的值是0還是1。到此，關于COUNTFLAG要不要在服務程序里清零的疑惑算是塵埃落定。

但是------

用過STM32外設事件申請中斷的人應該很清晰地知道，要想各個外設事件中斷申請能得到響應的話，除了NVIC端接受響應、外設端允許申請中斷外，還得有相應的事件發(fā)生【包括軟件方式】以及對應的事件標志被置位【或者說應該有效】，中斷服務程序跟相應事件標志直接相關，即發(fā)生中斷響應時中斷事件標志必須有效，并需在中斷服務程序里對標志清零，否則會沒完沒了地申請中斷、響應中斷。顯然，這個過程跟前面SYSTICK中斷有點不一樣。SYSTICK中斷雖然設置了溢出事件標志，但其中斷并沒有跟該標志關聯(lián)起來。事實上這樣運行起來也沒有任何問題，那么ST設計的外設申請中斷怎么非要跟標志位關聯(lián)在一起呢？我們平常做STM32開發(fā)時，有時因為疏忽或原理不夠清晰，沒及時清零中斷請求標志讓CPU沒完沒了地進中斷而陷入異常。

why?

整體上，STM32微控制器是由ARM處理器和ST外設集成而來，ARM 處理器又包括內核、核外設【以示區(qū)別于ST公司設計的外設】。其中SYSTICK、FPU、MPU、NVIC等均屬于核外設。也就是說，SYSTICK是ARM的外設，不是ST設計的。既然這樣，難道只是設計思路上的差異？但是，SYSTICK中斷可以不跟事件標志關聯(lián)起來，可以行得通，為什么ST不也這樣設計呢？

一起來看看，嘗試找找原因。

原因在于SYSTICK外設就一個溢出事件可以申請中斷，在NVIC那邊獨立對應一個中斷請求號【IRQ#],所以CPU在響應SYSTICK中斷時根本無需關注那個溢出標志，有那個溢出事件就夠了，因為除了這個溢出事件沒別的事件來申請TICK中斷。

【下圖是來自STM32G4參考手冊里有關中斷矢量表的部分截圖】

而ST的外設申請中斷時就沒有SYSTICK那么好的福分了。往往是一個外設的多個事件共用1個中斷請求。比方以上面STM32G4系列ADC3的中斷來看，因為它只有1個中斷申請?zhí)枺贑PU看來就一個中斷入口，即所有ADC3相關事件觸發(fā)的中斷共用一個中斷服務程序入口，但可以申請中斷的事件可多了，見下圖【我后面把能觸發(fā)同一中斷請求的事件稱之為兄弟事件】：

再以SPI3和LPTIM1的中斷為例，它倆也各只有一個中斷請求號，同樣可以申請中斷的事件也不少，分別見下面兩幅圖。

顯然，ST設計的外設不能照搬SYSTICK的玩法。如果中斷服務程序不跟觸發(fā)事件標志關聯(lián)起來，進了中斷就不知該基于哪個事件來運行程序；基于某個事件運行了中斷服務程序若不對它清零【包括讀清零、寫清零等】，等兄弟事件觸發(fā)再進來時如何分得清哪是過時事件、哪是新觸發(fā)的即時事件？

或許有人會說，為什么不給每個ST外設事件都安排一個中斷請求號呢？這要考慮到必要性和中斷請求號的有限性。不難理解必要性并不強，目前ST的設計其實沒有啥不合理的地方。另外，內核開放的中斷請求號數(shù)目是也有限的，視不同內核而定。

今天的話題就聊到這里，該問題屬于好奇型的，即使不知道問題原因，一般也不會影響到我們平常的STM32開發(fā)。探究下也就是滿足下好奇心，讓內心偶爾掀起一陣漣漪，給生活增添一抹色彩。

審核編輯：湯梓紅