关于SYSTICK的COUNTFLAG标志的小疑惑

前不久在研究SYSTICK有关问题阅读相关技术资料时，无意间产生了个小疑惑。

问题是这样的，我们知道SYSTICK定时器是个24位向下计数器，每当发生从1记到0时会让一个名为COUNTFLAG的标志位置1，如果此时SYSTICK的滴答中断请求使能了的话，可以对CPU发起中断请求。

根据我们平常STM32的开发经验，通常各种外设事件发起中断请求时，往往有相应的事件标志跟中断响应关联，在中断服务程序里并将相关事件标志做清零操作，否则它会没完没了地发起中断请求。基于这点，我想这个COUNTFLAG标志应该也是跟SYSTICK中断密切相关，溢出时被置位，在SYSTICK中断服务程序里将其清零。

可是，我们平常的SYSTICK的中断服务程序里根本没看到哪里有对COUNTFLAG标志做清零。ARM Cortex内核手册针对COUNTFLAG标志的描述中涉及它可以清零的地方有两处：

第一个地方是在SYSTICK控制寄存器【SYST_CSR】里有介绍，读它可以清零。说实在的，这点我是通过咨询ARM公司才理解到位的。第二个地方是在介绍SYSTCIK的当前计数器寄存器时提到，即对当前计数器寄存器进行写操作时也会将COUNTFLAG标志清零。

问题是平常的SYSTICK的中断服务程序里根本就没有涉及到上面提到的可能对COUNTFLAG标志清零的操作啊？！既没有读SYSTICK控制寄存器，也没有对计数器做写操作。那这个标志啥时候被清零的呢？如果不清零的话，难道不会没完没了地申请中断，可现在的实践结果又不是这样的!

后来，找同事咨询、讨论，有同事说他印象中计数器重装时会将该标志清零。如果说重装可以清COUNTFLAG的话，这样可以很好地解释目前的结果。因为既然每次重装可以清零，自然用不着到中断服务程序里再做清零，那么在中断服务程序里见不到对COUNTFLAG的清零操作也就再正常不过了。也因此一时以为找到了答案。可后来一想，还是有些不对劲的地方。至少有2点说不通。

第一、如果是重装时清零，该标志是溢出时被置1的，而溢出和重装两个动作可以看成同一时刻完成，即置位后马上被清零。这样的话，用户永远没有机会见到该标志为1的时候。何时能被软件用得上呢？定义这个标志意义何在呢？

第二、关于这个标志，在ARM 内核手册里还说了下面一句话：

意思就是说用户软件可以通过查看COUNTFLAG标志来确认SYSTICK之前有发生过溢出。如果重装可以清零的话，用户软件是不可能有机会读到该标志为1的时候。也就是说重装清零结论跟这句话是矛盾的。

经过与同事的来回讨论，以及查找其它相关信息，后来认为这个标志可能跟中断没有必然关系。这个过程中我也意识到我提出这个标志哪里清零的问题，可能是先入为主的惯性思维在作怪。具体点说，我们认为这个COUNTFLAG标志在发生溢出时置位没问题，前面提到的两种情形下会被清零也没问题。但是，SYSTICK的滴答中断不跟这个标志位关联，它只与计数器发生从1计到0的事件有关，即手册中下面绿色方框框住的这句话。

说实在的，这句话我老早就看到了，只是觉得溢出做为中断触发条件没错，但一门心思老纠结着哪个地方对COUNTFLAG清零了。

如果说COUNTFLAG只是个溢出事件标志，滴答中断不跟它关联也是可以理解和接受的。首先，根据ARM手册描述来理解这个结论没有问题，没有说不通的地方，然后，实现逻辑上也没啥问题，反正溢出一次就申请一次中断。

聊到这里，很多STM32用户【包括本人在内】可能会觉得有点别扭或不习惯，这点我们下面继续聊。我就我们针对COUNTFLAG标志跟SYSTICK中断的关系的理解，说得直白点就是SYSTICK中断跟COUNTFLAG有无关系、服务程序里要不要清零再次找ARM公司做了确认，他们完全认同我们的理解。即COUNTFLAG只是个溢出事件标志，SYSTICK中断不跟它关联，只与计数器溢出事件本身关联，并不关心COUNTFLAG的值是0还是1。到此，关于COUNTFLAG要不要在服务程序里清零的疑惑算是尘埃落定。

但是------

 

用过STM32外设事件申请中断的人应该很清晰地知道，要想各个外设事件中断申请能得到响应的话，除了NVIC端接受响应、外设端允许申请中断外，还得有相应的事件发生【包括软件方式】以及对应的事件标志被置位【或者说应该有效】，中断服务程序跟相应事件标志直接相关，即发生中断响应时中断事件标志必须有效，并需在中断服务程序里对标志清零，否则会没完没了地申请中断、响应中断。显然，这个过程跟前面SYSTICK中断有点不一样。SYSTICK中断虽然设置了溢出事件标志，但其中断并没有跟该标志关联起来。事实上这样运行起来也没有任何问题，那么ST设计的外设申请中断怎么非要跟标志位关联在一起呢？我们平常做STM32开发时，有时因为疏忽或原理不够清晰，没及时清零中断请求标志让CPU没完没了地进中断而陷入异常。

why?

 

整体上，STM32微控制器是由ARM处理器和ST外设集成而来，ARM 处理器又包括内核、核外设【以示区别于ST公司设计的外设】。其中SYSTICK、FPU、MPU、NVIC等均属于核外设。也就是说，SYSTICK是ARM的外设，不是ST设计的。既然这样，难道只是设计思路上的差异？但是，SYSTICK中断可以不跟事件标志关联起来，可以行得通，为什么ST不也这样设计呢？

一起来看看，尝试找找原因。

原因在于SYSTICK外设就一个溢出事件可以申请中断，在NVIC那边独立对应一个中断请求号【IRQ#],所以CPU在响应SYSTICK中断时根本无需关注那个溢出标志，有那个溢出事件就够了，因为除了这个溢出事件没别的事件来申请TICK中断。

   【下图是来自STM32G4参考手册里有关中断矢量表的部分截图】

而ST的外设申请中断时就没有SYSTICK那么好的福分了。往往是一个外设的多个事件共用1个中断请求。比方以上面STM32G4系列ADC3的中断来看，因为它只有1个中断申请号，在CPU看来就一个中断入口，即所有ADC3相关事件触发的中断共用一个中断服务程序入口，但可以申请中断的事件可多了，见下图【我后面把能触发同一中断请求的事件称之为兄弟事件】：

再以SPI3和LPTIM1的中断为例，它俩也各只有一个中断请求号，同样可以申请中断的事件也不少，分别见下面两幅图。

显然，ST设计的外设不能照搬SYSTICK的玩法。如果中断服务程序不跟触发事件标志关联起来，进了中断就不知该基于哪个事件来运行程序；基于某个事件运行了中断服务程序若不对它清零【包括读清零、写清零等】，等兄弟事件触发再进来时如何分得清哪是过时事件、哪是新触发的即时事件？

或许有人会说，为什么不给每个ST外设事件都安排一个中断请求号呢？这要考虑到必要性和中断请求号的有限性。不难理解必要性并不强，目前ST的设计其实没有啥不合理的地方。另外，内核开放的中断请求号数目是也有限的，视不同内核而定。

今天的话题就聊到这里，该问题属于好奇型的，即使不知道问题原因，一般也不会影响到我们平常的STM32开发。探究下也就是满足下好奇心，让内心偶尔掀起一阵涟漪，给生活增添一抹色彩。

　　审核编辑：汤梓红