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标题: 一种Cortex-M内核中的精确延时方法(ns级别) [打印本页]

作者: 缘落花开是惆怅 时间: 2018-11-10 21:43
标题: 一种Cortex-M内核中的精确延时方法(ns级别)
本文介绍一种Cortex-M内核中的精确延时方法

前言

为什么要学习这种延时的方法？

很多时候我们跑操作系统，就一般会占用一个硬件定时器——SysTick，而我们一般操作系统的时钟节拍一般是设置100-1000HZ，也就是1ms——10ms产生一次中断。很多裸机教程使用延时函数又是基于SysTick的，这样一来又难免产生冲突。
很多人会说，不是还有定时器吗，定时器的计时是超级精确的。这点我不否认，但是假设，如果一个系统，总是进入定时器中断（10us一次/1us一次/0.5us一次），那整个系统就会经常被打断，线程的进行就没办法很好运行啊。此外还消耗一个硬件定时器资源，一个硬件定时器可能做其他事情呢！
对应ST HAL库的修改，其实杰杰个人觉得吧，ST的东西什么都好，就是出的HAL库太恶心了，没办法，而HAL库中有一个HAL_Delay()，他也是采用SysTick延时的，在移植操作系统的时候，会有诸多不便，不过好在，HAL_Delay()是一个弱定义的，我们可以重写这个函数的实现，那么，采用内核延时当然是最好的办法啦（个人是这么觉得的）当然你有能力完全用for循环写个简单的延时还是可以的。
可能我说的话没啥权威，那我就引用Cortex-M3权威指南中的一句话——“DWT 中有剩余的计数器，它们典型地用于程序代码的“性能速写”（profiling）。通过编程它们，就可以让它们在计数器溢出时发出事件（以跟踪数据包的形式）。最典型地，就是使用 CYCCNT寄存器来测量执行某个任务所花的周期数，这也可以用作时间基准相关的目的（操作系统中统计 CPU使用率可以用到它）。”

Cortex-M中的DWT

在Cortex-M里面有一个外设叫DWT(Data Watchpoint and Trace)，是用于系统调试及跟踪，

[attach]16399[/attach]
它有一个32位的寄存器叫CYCCNT，它是一个向上的计数器，记录的是内核时钟运行的个数，内核时钟跳动一次，该计数器就加1，精度非常高，决定内核的频率是多少，如果是F103系列，内核时钟是72M，那精度就是1/72M = 14ns，而程序的运行时间都是微秒级别的，所以14ns的精度是远远够的。最长能记录的时间为：60s=2的32次方/72000000(假设内核频率为72M，内核跳一次的时间大概为1/72M=14ns)，而如果是H7这种400M主频的芯片，那它的计时精度高达2.5ns（1/400000000 = 2.5），而如果是 i.MX RT1052这种比较牛逼的处理器，最长能记录的时间为： 8.13s=2的32次方/528000000 (假设内核频率为528M，内核跳一次的时间大概为1/528M=1.9ns) 。当CYCCNT溢出之后，会清0重新开始向上计数。
[attach]16400[/attach]

m3、m4、m7杰杰实测可用（m0未知）。
精度：1/内核频率（s）。

要实现延时的功能，总共涉及到三个寄存器：DEMCR 、DWT_CTRL、DWT_CYCCNT，分别用于开启DWT功能、开启CYCCNT及获得系统时钟计数值。
DEMCR

想要使能DWT外设，需要由另外的内核调试寄存器DEMCR的位24控制，写1使能（划重点啦，要考试！！）。
DEMCR的地址是0xE000 EDFC

[attach]16401[/attach]
[attach]16402[/attach]关于DWT_CYCCNT

使能DWT_CYCCNT寄存器之前，先清0。
让我们看看DWT_CYCCNT的基地址，从ARM-Cortex-M手册中可以看到其基地址是0xE000 1004，复位默认值是0，而且它的类型是可读可写的，我们往0xE000 1004这个地址写0就将DWT_CYCCNT清0了。

[attach]16403[/attach]关于CYCCNTENA

CYCCNTENA Enable the CYCCNT counter. If not enabled, the counter does not count and no event isgenerated for PS sampling or CYCCNTENA. In normal use, the debugger must initializethe CYCCNT counter to 0.
它是DWT控制寄存器的第一位，写1使能，则启用CYCCNT计数器，否则CYCCNT计数器将不会工作。

[attach]16404[/attach]在这里插入图片描述综上所述

想要使用DWT的CYCCNT步骤：

先使能DWT外设，这个由另外内核调试寄存器DEMCR的位24控制，写1使能

使能CYCCNT寄存器之前，先清0。

使能CYCCNT寄存器，这个由DWT的CYCCNTENA 控制，也就是DWT控制寄存器的位0控制，写1使能

代码实现

注：此代码全部解释权归【野火】所有
1/**
2******************************************************************
3*@filecore_delay.c
4*@authorfire
5*@versionV1.0
6*@date2018-xx-xx
7*@brief使用内核寄存器精确延时
8******************************************************************
9*@attention
10*
11*实验平台:野火STM32开发板
12*论坛:http://www.firebbs.cn
13*淘宝:http://fire-stm32.taobao.com
14*
15******************************************************************
16*/
17
18#include"./delay/core_delay.h"
19
20/*
21**********************************************************************
22*时间戳相关寄存器定义
23**********************************************************************
24*/
25/*
26在Cortex-M里面有一个外设叫DWT(DataWatchpointandTrace)，
27该外设有一个32位的寄存器叫CYCCNT，它是一个向上的计数器，
28记录的是内核时钟运行的个数，最长能记录的时间为：
2910.74s=2的32次方/400000000
30(假设内核频率为400M，内核跳一次的时间大概为1/400M=2.5ns)
31当CYCCNT溢出之后，会清0重新开始向上计数。
32使能CYCCNT计数的操作步骤：
331、先使能DWT外设，这个由另外内核调试寄存器DEMCR的位24控制，写1使能
342、使能CYCCNT寄存器之前，先清0
353、使能CYCCNT寄存器，这个由DWT_CTRL(代码上宏定义为DWT_CR)的位0控制，写1使能
36*/
37
38
39#defineDWT_CR*(__IOuint32_t*)0xE0001000
40#defineDWT_CYCCNT*(__IOuint32_t*)0xE0001004
41#defineDEM_CR*(__IOuint32_t*)0xE000EDFC
42
43
44<span class="hljs-section" style="font-size: inherit;line-height: inherit;color: rgb(255, 255, 170);overflow-wrap: inherit !important;word-break: inherit !important;">#defineDEM_CR_TRCENA(1

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