STM32 HAL 中 HAL_Delay 实现原理笔记

STM32 HAL 中 HAL_Delay 实现原理笔记

关键词：SysTick / uwTick / uwTickFreq / HAL_Delay

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一、HAL 时间系统的核心结论（一句话版）

HAL_Delay 是基于 SysTick 中断的阻塞式延时函数，
通过比较系统 tick（uwTick）的差值实现延时，
默认 1 个 tick = 1 ms。

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二、SysTick 是什么？

• SysTick 是 ARM Cortex-M 内核自带的 24 位定时器
• 使用 CPU 主频计数
• 计数到 0 触发 SysTick 中断

HAL 默认配置

SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000);

含义：

• SysTick 中断频率 = 1 kHz

• 每 1 ms 触发一次 SysTick 中断

  1️⃣ 从最底层开始：什么是 SystemCoreClock = 72 MHz？

  SystemCoreClock = 72 000 000 Hz
  

  含义只有一句话：

  CPU 每 1 秒钟走 72,000,000 个时钟周期

  也就是：

  1 个时钟周期 = 1 / 72,000,000 秒 ≈ 13.9 ns
  

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  2️⃣ SysTick 是“按时钟周期数数”的

  非常关键的一点（一定要记住）：

  SysTick 不知道“毫秒”“秒”

  它只会数：时钟周期

  你给它一个数：

  SysTick->LOAD = N;
  

  它的行为只有一个：

  每来 1 个 CPU 时钟 → 计数器减 1
  

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  3️⃣ 那 SystemCoreClock / 1000 是在算什么？

  SystemCoreClock / 1000
  = 72,000,000 / 1000
  = 72,000
  

  这一步的含义是：

  算出“1 毫秒里有多少个 CPU 时钟周期”

  因为：

  1 秒 = 1000 ms
  

  所以：

  1 ms = 72,000,000 / 1000 = 72,000 个周期
  

  也就是数够 72000 个时钟周期 → 产生一次中断 → 刚好 1 ms

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三、uwTick 是什么？

1️⃣ 定义

__IO uint32_t uwTick;

2️⃣ 初始值

• 系统上电后：uwTick = 0

3️⃣ 增长方式（唯一来源）

void SysTick_Handler(void)
{
    HAL_IncTick();
}

void HAL_IncTick(void)
{
    uwTick += uwTickFreq;
}

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四、uwTickFreq 是什么？为什么是 1？

1️⃣ 默认值

#define HAL_TICK_FREQ_1KHZ  1U
uwTickFreq = HAL_TICK_FREQ_1KHZ; // = 1

2️⃣ 含义

每发生一次 SysTick 中断，uwTick 增加 1

结合 SysTick = 1ms：

1 次 uwTick 增加 = 1 ms

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五、uwTick 的物理意义

时间	uwTick
上电	0
1 ms	1
10 ms	10
100 ms	100
1 s	1000

uwTick = 100 表示：系统已运行约 100 ms

⚠️ 这是一个累计计数器，不是瞬时变量

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六、HAL_Delay 的源码（核心）

void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
    uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
    uint32_t wait = Delay;

    if (wait < HAL_MAX_DELAY)
    {
        wait += uwTickFreq;
    }

    while ((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)
    {
    }
}

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//HAL_GetTick()内部
__weak uint32_t HAL_GetTick(void)
{
  return uwTick;
}
//改变uwTick的函数
__weak void HAL_IncTick(void)
{
  uwTick += uwTickFreq;
}
//HAL_IncTick()调用位置
void SysTick_Handler(void)
{
  HAL_IncTick();
}

七、HAL_Delay 的逐行解释

1️⃣ 记录起始时间

tickstart = HAL_GetTick();

• 固定一个时间起点
• 只关心 时间差，不关心绝对时间

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2️⃣ 计算需要等待的 tick 数

wait = Delay + uwTickFreq;

为什么要加uwTickFreq：

时间点 A：
uwTick = 100

时间点 A 和 B 之间：
刚进入 HAL_Delay()
tickstart = HAL_GetTick(); // tickstart = 100

时间点 B：
SysTick 中断发生
uwTick++ → uwTick = 101

作用：

• 防止“刚进入函数就遇到 SysTick”
• 保证延时 ≥ Delay

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3️⃣ while 忙等待

while ((HAL_GetTick() - tickstart) < wait);

• CPU 空转
• 只能依靠 SysTick 中断推动时间前进

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八、HAL_Delay(1) 为什么等于 1ms？

前提条件

uwTickFreq = 1
SysTick = 1ms

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执行过程示例

假设当前：

uwTick = 100

调用：

HAL_Delay(1);

执行流程：

tickstart = 100
wait = 1 + 1 = 2

SysTick 第 1 次 → uwTick = 101
101 - 100 = 1 < 2  → 继续等

SysTick 第 2 次 → uwTick = 102
102 - 100 = 2 ≥ 2  → 退出

结论

HAL_Delay(1) = 等待 uwTick 至少增加 1 次
= 等待至少 1 个 SysTick
= 延时 ≥ 1 ms

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九、为什么讲解中常用 “uwTick = 100”？

• 这是一个 示例假设值
• 表示系统已运行一段时间
• 实际可能是任何值（0 / 500 / 3200 / …）

HAL_Delay 只关心差值，不关心具体数值

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十、HAL_Delay 的本质总结

项目	说明
时间来源	SysTick 中断
核心变量	uwTick
延时方式	while 忙等待
是否阻塞	是
精度	ms 级
是否适合中断	❌ 不适合

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十一、常见易错点（考试高频）

❌ 1. 在中断中使用 HAL_Delay

• SysTick 可能无法响应
• uwTick 不增加
• 程序死锁

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❌ 2. 改了 uwTickFreq 还以为是 ms

HAL_SetTickFreq(HAL_TICK_FREQ_100HZ); // uwTickFreq = 10
HAL_Delay(1);  // 实际 ≈ 10ms

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十二、考试标准一句话答案（可直接写）

HAL_Delay 是基于 SysTick 中断的阻塞延时函数，通过记录起始 tick 并比较系统 tick 差值实现延时，其延时精度取决于 uwTickFreq，默认 1 tick 为 1 ms。

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十三、终极理解版比喻

SysTick 每 1ms 敲一次钟，
uwTick 就记一笔账，
HAL_Delay 就是数着账等够次数。