1. SYSTICK 定时器的基本功：时间管理大师
嵌入式开发里，时间就是一切。想让你的 STM32 像个精准的瑞士手表？那就得先搞懂 SYSTICK 定时器，它可是 Cortex-M 内核的标配“心跳器”。SYSTICK 是个 24 位递减计数器，简单却强大，专门用来产生周期性中断或单纯的延时，堪称时间管理的幕后英雄。
1.1 SYSTICK 的核心寄存器与工作原理
SYSTICK 藏在 Cortex-M 内核的系统控制块（SCB）里，靠四个关键寄存器驱动：
CTRL：控制寄存器，决定 SYSTICK 的开关、时钟源和中断使能。
LOAD：重装载寄存器，设定计数初值，决定中断周期。
VAL：当前计数值寄存器，实时显示递减的计数。
CALIB：校准寄存器，告诉你多长时间溢出一次（一般用不到，但了解一下总没错）。
工作原理简单粗暴：你设置一个初值到 LOAD，开启计数后，VAL 从这个值开始递减到 0，触发溢出，产生中断（如果使能了）。然后 VAL 自动重装 LOAD 的值，循环往复，像个不知疲倦的节拍器。
关键点：SYSTICK 的时钟源可以选系统时钟（HCLK）或 HCLK/8。选 HCLK 精度高，但功耗稍大；选 HCLK/8 省电，但精度低。实际开发中，优先选 HCLK，除非你特别在意低功耗。
1.2 配置 SYSTICK 的正确姿势
配置 SYSTICK 就像调一台老式收音机，步骤简单但得小心：
选择时钟源：通过 CTRL 寄存器的 CLKSOURCE 位（bit 2）设置，1 选 HCLK，0 选 HCLK/8。
设置重装值：往 LOAD 寄存器写入一个数字，比如想 1ms 触发一次中断，就得算好时钟频率和计数的关系。
使能中断（可选）：设置 CTRL 的 TICKINT 位（bit 1），让溢出时触发中断。
启动定时器：置 CTRL 的 ENABLE 位（bit 0）为 1，SYSTICK 就跑起来了。
计算公式：假设系统时钟是 72MHz（常见于 STM32F1），想实现 1ms 延时：
每秒 72,000,000 次时钟tick，1ms 就是 72,000 次tick。
于是，LOAD = 72,000 - 1（因为计数到 0 触发中断）。
1.3 实战：用 SYSTICK 实现精准延时
下面是个实际例子，用 SYSTICK 实现 1ms 的延时函数，基于 STM32F103（72MHz 系统时钟）。
void SysTick_Init(void) {
SysTick->LOAD = 72000 - 1; // 1ms @ 72MHz
SysTick->VAL = 0; // 清空当前计数值
SysTick->CTRL = 0x07; // 使能 SYSTICK、中断，选 HCLK
}
void Delay_ms(uint32_t ms) {
for (uint32_t i = 0; i < ms; i++) {
while (!(SysTick->CTRL & (1 << 16))); // 等待计数到 0
}
}注意：这里用轮询方式（检查 CTRL 的 COUNTFLAG 位）实现延时，简单但会阻塞 CPU。如果需要非阻塞延时，得用中断，后面会讲。
1.4 小技巧：SYSTICK 的低功耗优化
在低功耗场景，比如电池供电的物联网设备，SYSTICK 可以选 HCLK/8 降低功耗，但得注意精度损失。还可以在不需要定时器时，关闭 SYSTICK（清 CTRL 的 ENABLE 位），省点电。
活学活用：在调试时，可以用 SYSTICK 做时间戳，记录函数执行时间。比如，启动 SYSTICK，记录 VAL 值，执行完函数后再读 VAL，差值就是耗时（记得换算成秒）。
2. SYSTICK 中断：让你的程序“活”起来
轮询延时虽然简单，但就像让一个大厨站在锅边等水开，太浪费资源。SYSTICK 的中断功能能让 CPU 干别的活，定时任务照跑不误。
2.1 配置 SYSTICK 中断
中断配置比轮询多一步：在 NVIC（嵌套向量中断控制器）里设置 SYSTICK 的中断优先级。代码如下（基于 STM32F4，72MHz）：
volatile uint32_t tick = 0;
void SysTick_Init_Interrupt(void) {
SysTick->LOAD = 72000 - 1; // 1ms 中断
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL = 0x07; // 使能中断、SYSTICK，选 HCLK
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0); // 设置最高优先级
}
void SysTick_Handler(void) {
tick++; // 全局tick计数
}关键点：SysTick_Handler 是 Cortex-M 的固定中断服务函数名，别改！全局变量 tick 记录毫秒数，供其他地方调用。
2.2 实战：用 SYSTICK 中断实现 LED 闪烁
假设你用 STM32F103 的 GPIOA 控制一个 LED，想让它每 500ms 闪烁一次：
void GPIO_Init(void) {
RCC->APB2ENR |= 1 << 2; // 使能 GPIOA 时钟
GPIOA->CRL &= ~(0xF << 0); // 清空 PA0 配置
GPIOA->CRL |= 0x3 << 0; // PA0 推挽输出
}
int main(void) {
SysTick_Init_Interrupt();
GPIO_Init();
while (1) {
if (tick % 500 == 0) { // 每 500ms 翻转
GPIOA->ODR ^= 1 << 0; // 翻转 PA0
}
}
}亮点：用 tick % 500 判断时间点，CPU 不必死等，效率高多了。还可以用 tick 做多任务调度，比如每 100ms 读传感器，每 1s 更新显示。
2.3 避坑指南
中断频率过高：LOAD 值太小会导致中断太频繁，CPU 忙不过来。1ms 通常够用，别轻易设成 10us。
变量溢出：tick 是 uint32_t，最大存 2^32 毫秒（约 49.7 天）。如果程序跑超长时间，得处理溢出。
优先级冲突：SYSTICK 默认优先级较高，注意别被其他高优先级中断“抢戏”。
3. 端口复用：一脚多用，物尽其用
STM32 的 GPIO 堪称“多才多艺”，一个引脚能干好几件事，这就是 端口复用 的魅力。比如，PA9 可以是普通 GPIO，也可以是 USART1 的 TX 口，甚至还能做 I2C 的 SCL。想解锁引脚的“隐藏技能”？得靠复用功能。
3.1 什么是端口复用？
STM32 的每个 GPIO 引脚都连着一个 复用功能选择器，可以切换成不同外设功能，比如 UART、SPI、I2C 等。复用模式的配置在 GPIO 的 CRL/CRH 寄存器（低/高配置寄存器）里完成。
核心步骤：
使能外设时钟（比如 UART1）。
配置 GPIO 为复用模式（CNF 位）。
根据需要选择推挽或开漏输出。
3.2 配置示例：PA9 作为 USART1 TX
以 STM32F103 为例，配置 PA9 作为 USART1 的 TX：
void USART1_GPIO_Init(void) {
RCC->APB2ENR |= 1 << 2; // 使能 GPIOA 时钟
RCC->APB2ENR |= 1 << 14; // 使能 USART1 时钟
GPIOA->CRH &= ~(0xF << 4); // 清空 PA9 配置
GPIOA->CRH |= 0xB << 4; // 复用推挽输出，50MHz
}解析：
0xB 是 1011，CNF = 10（复用推挽），MODE = 11（50MHz 输出）。
使能 USART1 时钟后，PA9 自动切换到 TX 功能，无需额外设置。
3.3 常见复用场景
UART：PA9/PA10 常用于 USART1 的 TX/RX。
SPI：PB13-PB15 可设为 SPI2 的 SCK/MISO/MOSI。
I2C：PB6/PB7 常做 I2C1 的 SCL/SDA。
注意：不同 STM32 型号的复用映射可能不同，查《参考手册》的“引脚定义”表是王道。
4. 重映射：引脚的“乾坤大挪移”
有时候，STM32 默认的复用引脚分配不合你心意，比如 PA9 被其他功能占了，想把 USART1 挪到别的引脚。这时候，重映射（Remap） 登场！它能把外设功能“搬家”到其他引脚，灵活得像个魔术师。
4.1 重映射的本质
重映射通过 AFIO（复用功能 I/O）寄存器 的 MAPR/MAPR2 实现。比如，USART1 默认用 PA9/PA10，部分重映射后可以用 PB6/PB7。
4.2 配置重映射：以 USART1 为例
假设你想把 USART1 重映射到 PB6（TX）/PB7（RX）：
void USART1_Remap_Init(void) {
RCC->APB2ENR |= 1 << 0; // 使能 AFIO 时钟
RCC->APB2ENR |= 1 << 3; // 使能 GPIOB 时钟
RCC->APB2ENR |= 1 << 14; // 使能 USART1 时钟
AFIO->MAPR |= 1 << 2; // USART1 重映射
GPIOB->CRL &= ~(0xFF << 24); // 清空 PB6/PB7 配置
GPIOB->CRL |= 0xBB << 24; // PB6/PB7 复用推挽，50MHz
}关键点：使能 AFIO 时钟是必须的，否则重映射不生效。MAPR 寄存器的位定义要查《参考手册》，不同型号略有差异。
4.3 重映射的典型应用
释放默认引脚：比如 PA9/PA10 被其他外设占了，重映射到 PB6/PB7 解决问题。
优化 PCB 布局：重映射能让引脚分配更符合硬件设计，缩短走线。
兼容不同型号：有些 STM32 型号默认引脚不同，重映射能统一代码逻辑。
避坑：不是所有外设都支持重映射！比如 STM32F103 的 SPI1 只有部分重映射选项，查手册是硬道理。
5. SYSTICK 的高级玩法：打造嵌入式“节拍器”
SYSTICK 定时器看似简单，但稍微挖掘一下，就能玩出不少花样。想让你的 STM32 项目像个交响乐团，节奏精准、任务井然有序？那就得学会用 SYSTICK 做多任务调度和实时监控。这节我们深入 SYSTICK 的高级应用，带你把这个小定时器用出大能量。
5.1 SYSTICK 驱动的多任务调度
在嵌入式开发中，单片机往往要同时处理多个任务，比如读取传感器、更新显示、处理通信。SYSTICK 的中断功能可以充当“任务调度器”，让 CPU 在不同任务间优雅切换。
实现思路：用 SYSTICK 每 1ms 触发一次中断，在中断服务函数里维护一个时间片计数器，根据时间片调度任务。以下是一个简单的多任务调度框架：
volatile uint32_t sysTickCounter = 0;
void SysTick_Handler(void) {
sysTickCounter++;
// 任务1：每100ms执行
if (sysTickCounter % 100 == 0) {
Task_SensorRead();
}
// 任务2：每500ms执行
if (sysTickCounter % 500 == 0) {
Task_UpdateDisplay();
}
// 任务3：每1000ms执行
if (sysTickCounter % 1000 == 0) {
Task_SendData();
}
}亮点：这种方式类似一个简易的实时操作系统（RTOS）雏形。每个任务按时间片执行，互不干扰。sysTickCounter 就像个指挥棒，精准控制节奏。
优化建议：
任务优先级：如果某个任务更紧急，可以在中断里优先检查它的时间片。
避免任务阻塞：确保每个任务函数执行时间短（最好少于 1ms），否则会影响其他任务的实时性。
溢出处理：sysTickCounter 是 uint32_t，约 49.7 天后溢出。可以用模运算或重置机制防止问题。
5.2 用 SYSTICK 实现软件 PWM
PWM（脉宽调制）通常用硬件定时器实现，但如果定时器不够用，SYSTICK 也能客串一把。原理是利用 SYSTICK 的高频中断，软件控制 GPIO 的高低电平。
示例代码：用 SYSTICK 实现一个 1kHz、占空比可调的 PWM 信号（PA0 输出）：
volatile uint32_t pwmCounter = 0;
uint8_t dutyCycle = 50; // 占空比 50%
void SysTick_Init_PWM(void) {
SysTick->LOAD = 7200 - 1; // 100us @ 72MHz（10kHz中断）
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL = 0x07;
}
void SysTick_Handler(void) {
pwmCounter++;
if (pwmCounter < dutyCycle) {
GPIOA->BSRR = 1 << 0; // PA0 置高
} else {
GPIOA->BRR = 1 << 0; // PA0 置低
}
if (pwmCounter >= 100) { // 100us * 100 = 10ms（1kHz）
pwmCounter = 0;
}
}解析：
每 100us 中断一次，100 次中断形成一个 10ms 周期（1kHz）。
前 dutyCycle 次中断置高 GPIO，后续置低，控制占空比。
适合控制 LED 亮度或简单电机调速。
注意事项：
软件 PWM 占用 CPU 资源，频率过高可能影响其他任务。
如果需要多路 PWM，建议用硬件定时器，SYSTICK 更适合单路或临时场景。
5.3 SYSTICK 做性能分析
想知道你的代码跑得快不快？SYSTICK 可以当个“计时员”。通过记录 VAL 寄存器的值，计算函数执行时间，精确到时钟周期。
示例代码：测量某个函数的耗时：
uint32_t MeasureFunctionTime(void (*func)(void)) {
uint32_t start, end;
SysTick->LOAD = 0xFFFFFF; // 最大计数值
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL = 0x05; // 使能 SYSTICK，选 HCLK，不中断
start = SysTick->VAL;
func(); // 执行目标函数
end = SysTick->VAL;
SysTick->CTRL = 0; // 关闭 SYSTICK
return (start - end) / 72000; // 转换为毫秒（72MHz）
}使用场景：调试复杂算法时，测量不同实现方式的性能差异。比如，比较快速排序和冒泡排序的耗时。
6. 端口复用的进阶技巧：多外设共存
STM32 的端口复用功能强大，但当多个外设抢同一个引脚时，事情就变得“刺激”了。这节我们聊聊如何在有限的引脚上实现多外设协作，解锁 GPIO 的最大潜力。
6.1 多外设复用的挑战
假设你想用 PA9 同时做 USART1 的 TX 和 I2C1 的 SCL，显然不行，因为一个引脚同一时间只能有一种复用功能。解决办法：
重映射：把某个外设挪到其他引脚（前面讲过）。
动态切换：在不同任务间切换引脚功能，比如先用 PA9 做 USART1，通信完再切换成 I2C1。
6.2 动态切换复用功能
动态切换需要修改 GPIO 的 CRL/CRH 寄存器，实时改变引脚的复用模式。以下是 PA9 在 USART1 和 I2C1 间切换的代码：
void GPIO_PA9_Switch_USART1(void) {
GPIOA->CRH &= ~(0xF << 4); // 清空 PA9 配置
GPIOA->CRH |= 0xB << 4; // 复用推挽，50MHz（USART1 TX）
}
void GPIO_PA9_Switch_I2C1(void) {
GPIOA->CRH &= ~(0xF << 4); // 清空 PA9 配置
GPIOA->CRH |= 0xD << 4; // 复用开漏，50MHz（I2C1 SCL）
}使用场景：
在初始化阶段用 USART1 跟 PC 通信，传输配置数据。
运行时切换到 I2C1，跟传感器通信。
注意：切换时要确保前一个外设停止工作（比如关闭 USART1 的使能位），否则可能导致信号冲突。
6.3 复用模式的调试技巧
查手册：每个 STM32 型号的复用表不同，务必参考《参考手册》的“Alternate Function Mapping”部分。
示波器神器：用示波器观察引脚波形，确认复用功能是否正确切换。
日志记录：在切换功能时打印日志，方便排查问题。
7. 重映射的进阶应用：优化硬件设计
重映射不仅能解决引脚冲突，还能让你的 PCB 设计更优雅。想象一下，UART 的默认引脚在芯片的另一侧，布线要绕一大圈，这时候重映射就是救星。
7.1 重映射优化 PCB 布局
以 STM32F103 的 SPI1 为例，默认引脚是 PA5/PA6/PA7，但如果 PCB 布局需要 SPI 引脚靠近芯片右下角，可以重映射到 PB3/PB4/PB5：
void SPI1_Remap_Init(void) {
RCC->APB2ENR |= 1 << 0; // 使能 AFIO 时钟
RCC->APB2ENR |= 1 << 3; // 使能 GPIOB 时钟
RCC->APB2ENR |= 1 << 12; // 使能 SPI1 时钟
AFIO->MAPR |= 1 << 0; // SPI1 重映射
GPIOB->CRL &= ~(0xFFF << 12); // 清空 PB3/PB4/PB5 配置
GPIOB->CRL |= 0xBBB << 12; // PB3/PB4/PB5 复用推挽，50MHz
}好处：
缩短 PCB 走线，降低信号干扰。
提高信号完整性，尤其在高频通信（如 SPI）中。
7.2 重映射与模块化设计
在开发模块化硬件时，重映射能提高代码兼容性。比如，你设计了一个通用控制板，支持多种 STM32 型号，通过重映射统一引脚分配，减少代码修改量。
示例：为 STM32F103 和 STM32F407 写通用 UART 驱动：
F103：USART1 默认 PA9/PA10，可重映射到 PB6/PB7。
F407：USART1 默认 PA9/PA10，也支持 PB6/PB7。
通过宏定义切换重映射配置，代码复用率更高。
#ifdef STM32F103
#define UART_REMAP() do { AFIO->MAPR |= 1 << 2; } while(0)
#else
#define UART_REMAP() do { AFIO->MAPR2 |= 1 << 3; } while(0)
#endif7.3 避坑：重映射的兼容性
型号差异：不同 STM32 系列（如 F1 和 F4）的 AFIO 寄存器定义不同，切勿想 وس
System: * Today's date and time is 05:31 AM PDT on Sunday, July 20, 2025.
8. SYSTICK 与实时系统：打造嵌入式“节奏大师”
SYSTICK 定时器的真正魅力在于它能让你的 STM32 项目像个精准的节拍器，驱动实时任务的执行。无论是简单的 LED 闪烁，还是复杂的多传感器数据采集，SYSTICK 都能帮你把时间管理得井井有条。这节我们深入探讨如何用 SYSTICK 构建一个轻量级的实时系统，兼顾效率与灵活性。
8.1 实时系统的核心：时间片轮转
实时系统要求任务在规定时间内完成，SYSTICK 的高精度中断是实现时间片轮转的理想工具。时间片轮转的核心是把 CPU 时间分成小块，分配给不同任务，确保每个任务都有机会执行。
设计思路：
用 SYSTICK 每 1ms 触发中断，更新全局时间计数。
维护一个任务列表，每个任务有自己的执行周期和函数指针。
在中断里检查哪些任务到时间了，标记为“待执行”。
代码实现：下面是一个简单的实时调度框架，基于 STM32F103：
typedef struct {
void (*taskFunc)(void); // 任务函数指针
uint32_t period; // 执行周期（ms）
uint32_t lastRun; // 上次运行时间
} Task_t;
Task_t tasks[] = {
{Task_SensorRead, 100, 0}, // 每100ms读传感器
{Task_UpdateDisplay, 500, 0}, // 每500ms更新显示
{Task_SendData, 1000, 0} // 每1000ms发送数据
};
#define TASK_COUNT (sizeof(tasks) / sizeof(tasks[0]))
volatile uint32_t sysTickCounter = 0;
void SysTick_Init_RT(void) {
SysTick->LOAD = 72000 - 1; // 1ms @ 72MHz
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL = 0x07; // 使能中断、SYSTICK，选 HCLK
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 1); // 中等优先级
}
void SysTick_Handler(void) {
sysTickCounter++;
for (uint32_t i = 0; i < TASK_COUNT; i++) {
if (sysTickCounter - tasks[i].lastRun >= tasks[i].period) {
tasks[i].taskFunc();
tasks[i].lastRun = sysTickCounter;
}
}
}解析：
每个任务有自己的周期，lastRun 记录上次执行时间，避免累积误差。
sysTickCounter 驱动整个调度，任务执行完全由时间戳控制。
优先级设为中等，防止被低优先级任务抢占，但允许更高优先级中断（比如外部中断）插队。
使用场景：适合小型嵌入式项目，比如温湿度监控器（每秒读传感器，每 5 秒更新 OLED，每分钟上传数据）。
8.2 优化实时调度
动态任务管理：可以用链表代替数组，支持运行时添加/删除任务。
优先级调度：给任务加优先级字段，高优先级任务先执行。
错误检测：如果某个任务执行时间过长，记录日志或触发警告，防止系统“卡死”。
注意：SYSTICK 的中断频率不宜过高，1ms 是个平衡点。太高（比如 10us）会导致中断开销占满 CPU，任务没时间跑。
8.3 实战：多传感器数据采集
假设你有一个 STM32F4 项目，需要同时采集温度（每 200ms）、光强（每 500ms）和加速度（每 100ms）。用上面的框架，定义任务如下：
void Task_Temperature(void) {
// 读取 DS18B20 温度传感器
float temp = Read_DS18B20();
// 存到全局变量或发送到队列
}
void Task_LightSensor(void) {
// 读取光敏传感器
uint16_t light = Read_BH1750();
// 处理数据
}
void Task_Accelerometer(void) {
// 读取 MPU6050 加速度
int16_t accel = Read_MPU6050();
// 更新状态
}亮点：任务解耦，互不干扰。如果需要调整采集频率，只改 period 字段，代码零修改。
9. 端口复用的复杂场景：多外设协作
当你的 STM32 项目需要同时用 UART、SPI 和 I2C，引脚资源紧张时，端口复用就得玩出新高度。这节我们聊聊如何在复杂场景下管理多个外设的复用需求，确保信号不打架、系统不崩盘。
9.1 多外设复用的典型问题
引脚冲突：比如 PA9 既想做 USART1 TX，又想做 I2C1 SCL。
时序冲突：多个外设频繁切换引脚功能，可能导致信号混乱。
性能瓶颈：频繁修改 GPIO 配置会增加 CPU 开销。
解决策略：
用重映射把冲突的外设挪到不同引脚。
用状态机管理引脚功能切换。
优先用硬件外设，减少软件干预。
9.2 状态机驱动的动态复用
假设你需要 PA9 在以下场景间切换：
初始化时用 USART1 跟 PC 通信。
运行时用 I2C1 读传感器数据。
特殊情况下用作普通 GPIO 输出。
可以用状态机管理切换逻辑：
typedef enum {
STATE_USART1,
STATE_I2C1,
STATE_GPIO
} PinState_t;
PinState_t currentState = STATE_USART1;
void GPIO_PA9_Switch(PinState_t state) {
GPIOA->CRH &= ~(0xF << 4); // 清空 PA9 配置
switch (state) {
case STATE_USART1:
GPIOA->CRH |= 0xB << 4; // 复用推挽，50MHz
RCC->APB2ENR |= 1 << 14; // 使能 USART1
break;
case STATE_I2C1:
GPIOA->CRH |= 0xD << 4; // 复用开漏，50MHz
RCC->APB2ENR |= 1 << 21; // 使能 I2C1
break;
case STATE_GPIO:
GPIOA->CRH |= 0x3 << 4; // 推挽输出，50MHz
break;
}
currentState = state;
}
void System_Task(void) {
if (/* 初始化完成 */) {
GPIO_PA9_Switch(STATE_I2C1);
} else if (/* 需要调试输出 */) {
GPIO_PA9_Switch(STATE_USART1);
} else if (/* 特殊触发 */) {
GPIO_PA9_Switch(STATE_GPIO);
GPIOA->ODR |= 1 << 9; // PA9 输出高
}
}亮点：
状态机清晰管理引脚功能，逻辑一目了然。
切换前确保前一个外设停用（比如关闭 USART1 的 TX 使能），避免信号冲突。
9.3 调试多外设复用的技巧
日志记录：每次切换功能时打印当前状态，方便排查问题。
硬件验证：用逻辑分析仪或示波器检查引脚波形，确保切换后信号正确。
冲突检测：在切换函数里加检查，确保前一个外设已停止。
10. 重映射的终极玩法：跨型号兼容与模块化
重映射不仅是解决引脚冲突的工具，还能让你的代码在不同 STM32 型号间无缝切换，极大提升项目的可移植性。这节我们聊聊如何用重映射实现模块化设计，让你的代码“一次编写，处处运行”。
10.1 跨型号兼容的挑战
不同 STM32 系列（F1、F4、H7 等）的引脚复用和重映射规则差异很大：
F103：AFIO->MAPR 控制重映射，部分外设支持部分或完全重映射。
F407：AFIO->MAPR2 增加更多选项，复用功能更复杂。
H743：支持更细粒度的 AF（Alternate Function）配置，每个引脚可映射多种功能。
解决办法：用宏定义和条件编译，统一引脚分配逻辑。
示例代码：为 USART1 写一个跨型号的初始化函数，支持 F103 和 F407：
void USART1_Init(bool remap) {
RCC->APB2ENR |= 1 << 2; // 使能 GPIOA
RCC->APB2ENR |= 1 << 3; // 使能 GPIOB
RCC->APB2ENR |= 1 << 14; // 使能 USART1
if (remap) {
RCC->APB2ENR |= 1 << 0; // 使能 AFIO
#ifdef STM32F103
AFIO->MAPR |= 1 << 2; // F103 重映射到 PB6/PB7
GPIOB->CRL &= ~(0xFF << 24);
GPIOB->CRL |= 0xBB << 24; // PB6/PB7 复用推挽
#else
AFIO->MAPR2 |= 1 << 3; // F407 重映射
GPIOB->CRL &= ~(0xFF << 24);
GPIOB->CRL |= 0xBB << 24;
#endif
} else {
GPIOA->CRH &= ~(0xFF << 4); // PA9/PA10 默认配置
GPIOA->CRH |= 0xBB << 4;
}
}亮点：
用 remap 参数控制是否重映射，代码逻辑统一。
条件编译适配不同型号，维护成本低。
引脚配置集中在函数内部，调用方无需关心细节。
10.2 模块化设计中的重映射
在模块化硬件设计中，重映射能让同一套代码适配不同硬件版本。比如，你设计了一个通信模块，支持 UART 和 SPI，通过重映射适配不同引脚布局：
typedef enum {
COMM_UART,
COMM_SPI
} CommMode_t;
void Comm_Init(CommMode_t mode, bool remap) {
if (mode == COMM_UART) {
USART1_Init(remap);
} else {
SPI1_Init(remap);
}
}应用场景：物联网网关，支持 UART 或 SPI 连接传感器，硬件版本不同时用重映射调整引脚。
10.3 避坑：重映射的边界
查手册：不同型号的重映射选项差异大，务必参考《参考手册》的 AFIO 章节。
引脚限制：不是所有引脚都支持所有外设功能，比如 F103 的 TIM1 只有部分重映射。
调试成本：重映射后用示波器验证信号，避免配置错误导致通信失败。
11. 综合案例：用 SYSTICK、端口复用与重映射打造智能传感器节点
理论讲了一堆，干货也塞了不少，现在是时候把 SYSTICK 定时器、端口复用和重映射揉在一起，搞一个实打实的项目！这节我们设计一个 智能传感器节点，用 STM32F103 实现温度采集、显示更新和数据上传，展示这三者的完美协作。目标是让代码清晰、硬件高效、扩展性强，带你感受嵌入式开发的“实战快感”。
11.1 项目需求与硬件设计
需求：
每 200ms 采集一次温度（通过 I2C 连接 DS18B20 传感器）。
每 500ms 更新 OLED 显示（通过 SPI 通信）。
每 1000ms 通过 UART 上传数据到 PC。
引脚资源有限，需用复用和重映射优化布局。
硬件假设：
MCU：STM32F103C8T6（72MHz 系统时钟）。
传感器：DS18B20（I2C 模式，接 PB6/PB7）。
显示：SSD1306 OLED（SPI 模式，接 PA5/PA6/PA7）。
通信：USART1（默认 PA9/PA10，需重 mappings 到 PB6/PB7 与 I2C 共享）。
额外 GPIO：PA0 控制一个状态 LED。
挑战：
PB6/PB7 需在 I2C 和 UART 间动态切换。
SYSTICK 驱动多任务调度，确保采集、显示和上传的实时性。
代码需模块化，支持不同 STM32 型号。
11.2 系统架构
我们用 SYSTICK 做时间管理，端口复用和重映射优化引脚分配，状态机控制 PB6/PB7 的功能切换。架构如下：
SYSTICK 调度：1ms 中断，驱动任务轮转。
状态机：管理 PB6/PB7 在 I2C（温度采集）和 UART（数据上传）间的切换。
模块化设计：用宏定义适配不同型号，方便移植。
11.3 核心代码实现
11.3.1 SYSTICK 初始化与任务调度
用 SYSTICK 每 1ms 触发中断，调度三个任务：采集温度、更新显示、上传数据。
typedef struct {
void (*taskFunc)(void); // 任务函数
uint32_t period; // 周期（ms）
uint32_t lastRun; // 上次运行时间
} Task_t;
Task_t tasks[] = {
{Task_ReadTemperature, 200, 0}, // 每200ms采集温度
{Task_UpdateOLED, 500, 0}, // 每500ms更新显示
{Task_UploadData, 1000, 0} // 每1000ms上传数据
};
#define TASK_COUNT (sizeof(tasks) / sizeof(tasks[0]))
volatile uint32_t sysTickCounter = 0;
void SysTick_Init(void) {
SysTick->LOAD = 72000 - 1; // 1ms @ 72MHz
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL = 0x07; // 使能中断、SYSTICK，选 HCLK
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 1); // 中等优先级
}
void SysTick_Handler(void) {
sysTickCounter++;
for (uint32_t i = 0; i < TASK_COUNT; i++) {
if (sysTickCounter - tasks[i].lastRun >= tasks[i].period) {
tasks[i].taskFunc();
tasks[i].lastRun = sysTickCounter;
}
}
}解析：任务调度简单高效，sysTickCounter 确保时间精确，lastRun 防止累积误差。
11.3.2 GPIO 与外设初始化
初始化 GPIO、I2C、SPI 和 USART1，考虑重映射和复用。
typedef enum {
PIN_I2C,
PIN_UART
} PinMode_t;
PinMode_t pinMode = PIN_I2C;
void GPIO_Init(void) {
RCC->APB2ENR |= (1 << 2) | (1 << 3) | (1 << 0); // 使能 GPIOA、GPIOB、AFIO
RCC->APB2ENR |= (1 << 12) | (1 << 14) | (1 << 21); // 使能 SPI1、USART1、I2C1
// PA0：状态 LED，推挽输出
GPIOA->CRL &= ~(0xF << 0);
GPIOA->CRL |= 0x3 << 0;
// PA5/PA6/PA7：SPI1（SCK/MISO/MOSI），复用推挽
GPIOA->CRL &= ~(0xFFF << 20);
GPIOA->CRL |= 0xBBB << 20;
// PB6/PB7：默认 I2C1（SCL/SDA），复用开漏
GPIOB->CRL &= ~(0xFF << 24);
GPIOB->CRL |= 0xDD << 24; // 复用开漏，50MHz
}
void Pin_Switch(PinMode_t mode) {
GPIOB->CRL &= ~(0xFF << 24); // 清空 PB6/PB7 配置
if (mode == PIN_I2C) {
GPIOB->CRL |= 0xDD << 24; // I2C 复用开漏
RCC->APB2ENR |= 1 << 21; // 确保 I2C1 使能
RCC->APB2ENR &= ~(1 << 14); // 关闭 USART1
} else {
RCC->APB2ENR |= 1 << 0; // 使能 AFIO
AFIO->MAPR |= 1 << 2; // USART1 重映射到 PB6/PB7
GPIOB->CRL |= 0xBB << 24; // UART 复用推挽
RCC->APB2ENR |= 1 << 14; // 确保 USART1 使能
RCC->APB2ENR &= ~(1 << 21); // 关闭 I2C1
}
pinMode = mode;
}亮点：
PB6/PB7 通过 Pin_Switch 动态切换 I2C 和 UART 功能。
切换前关闭前一个外设的时钟，避免信号冲突。
PA5/PA6/PA7 固定为 SPI1，优化引脚分配。
11.3.3 任务函数实现
实现三个任务函数，模拟传感器采集、显示更新和数据上传。
float temperature = 0.0;
void Task_ReadTemperature(void) {
if (pinMode != PIN_I2C) {
Pin_Switch(PIN_I2C);
}
// 模拟读取 DS18B20
temperature = Read_DS18B20(); // 假设返回温度值
GPIOA->ODR ^= 1 << 0; // LED 闪烁，表示采集完成
}
void Task_UpdateOLED(void) {
// 模拟更新 OLED
char buffer[32];
snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Temp: %.1f C", temperature);
OLED_Display(buffer); // 假设函数显示字符串
}
void Task_UploadData(void) {
if (pinMode != PIN_UART) {
Pin_Switch(PIN_UART);
}
// 模拟通过 UART 上传数据
char buffer[32];
snprintf(buffer, sizeof(buffer), "TEMP=%.1f\r\n", temperature);
UART_Transmit(buffer); // 假设函数发送字符串
}解析：
Task_ReadTemperature 和 Task_UploadData 在执行前检查引脚模式，必要时切换。
LED 闪烁提示采集状态，方便调试。
任务函数保持简洁，避免阻塞调度。
11.4 调试与优化
调试技巧：
用串口打印 pinMode 和 sysTickCounter，确认切换和调度正确。
用示波器观察 PB6/PB7 的波形，验证 I2C 和 UART 信号是否正常。
优化建议：
增加错误处理：如果 I2C 通信失败，重试 3 次后切换到 UART 报告错误。
动态调整任务周期：比如温度变化小时，延长采集间隔，省电。
跨型号适配：用宏定义封装 GPIO 和 AFIO 配置，支持 F4 系列。
11.5 项目扩展
增加传感器：接入光敏传感器（通过 ADC），用 SYSTICK 调度新任务。
低功耗优化：采集和上传完成后进入 STOP 模式，SYSTICK 暂停，外部中断唤醒。
网络通信：用 ESP8266 替换 UART，上传数据到云端。
12. 总结经验：SYSTICK 与复用重映射的黄金组合
通过这个案例，我们看到 SYSTICK、端口复用和重映射如何协同工作：
SYSTICK 提供精准的时间基准，驱动任务调度，像个不知疲倦的节拍器。
端口复用 让有限的引脚发挥多重作用，物尽其用。
重映射 优化引脚分配，适配硬件设计，提高代码可移植性。
核心经验：
模块化设计：把 GPIO 配置、任务调度和外设操作分开，代码清晰且易扩展。
动态管理：用状态机控制引脚功能切换，应对复杂场景。
查手册是王道：STM32 的复用和重映射规则复杂，参考手册是你的最佳朋友。
避坑指南：
切换引脚功能时，确保前一个外设已停止，防止信号冲突。
SYSTICK 中断频率不宜过高，1ms 是平衡点。
重映射前确认目标引脚支持所需功能，避免硬件限制。