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?

  1. 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。
  2. 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!
  3. 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。
  4. 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,

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。

m3、m4、m7杰杰实测可用(m0不可用)。

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



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。

关于CYCCNTENA

CYCCNTENA Enable the CYCCNT counter. If not enabled, the counter does not count and no event is

generated for PS sampling or CYCCNTENA. In normal use, the debugger must initialize

the 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。

综上所述

想要使用DWT的CYCCNT步骤:

  1. 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
  2. 使能CYCCNT寄存器之前,先清0。
  3. 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

/**
******************************************************************
* @file core_delay.c
* @author fire
* @version V1.0
* @date 2018-xx-xx
* @brief 使用内核寄存器精确延时
******************************************************************
* @attention
*
* 实验平台:野火 STM32开发板
* 论坛 :http://www.firebbs.cn
* 淘宝 :https://fire-stm32.taobao.com
*
******************************************************************
*/ #include "./delay/core_delay.h" /*
**********************************************************************
* 时间戳相关寄存器定义
**********************************************************************
*/
/*
在Cortex-M里面有一个外设叫DWT(Data Watchpoint and Trace),
该外设有一个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,最长能记录的时间为:
10.74s=2的32次方/400000000
(假设内核频率为400M,内核跳一次的时间大概为1/400M=2.5ns)
当CYCCNT溢出之后,会清0重新开始向上计数。
使能CYCCNT计数的操作步骤:
1、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
2、使能CYCCNT寄存器之前,先清0
3、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
*/ #define DWT_CR *(__IO uint32_t *)0xE0001000
#define DWT_CYCCNT *(__IO uint32_t *)0xE0001004
#define DEM_CR *(__IO uint32_t *)0xE000EDFC #define DEM_CR_TRCENA (1 << 24)
#define DWT_CR_CYCCNTENA (1 << 0) /**
* @brief 初始化时间戳
* @param 无
* @retval 无
* @note 使用延时函数前,必须调用本函数
*/
HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)
{
/* 使能DWT外设 */
DEM_CR |= (uint32_t)DEM_CR_TRCENA; /* DWT CYCCNT寄存器计数清0 */
DWT_CYCCNT = (uint32_t)0u; /* 使能Cortex-M DWT CYCCNT寄存器 */
DWT_CR |= (uint32_t)DWT_CR_CYCCNTENA; return HAL_OK;
} /**
* @brief 读取当前时间戳
* @param 无
* @retval 当前时间戳,即DWT_CYCCNT寄存器的值
*/
uint32_t CPU_TS_TmrRd(void)
{
return ((uint32_t)DWT_CYCCNT);
} /**
* @brief 读取当前时间戳
* @param 无
* @retval 当前时间戳,即DWT_CYCCNT寄存器的值
*/
uint32_t HAL_GetTick(void)
{
return ((uint32_t)DWT_CYCCNT/SysClockFreq*1000);
} /**
* @brief 采用CPU的内部计数实现精确延时,32位计数器
* @param us : 延迟长度,单位1 us
* @retval 无
* @note 使用本函数前必须先调用CPU_TS_TmrInit函数使能计数器,
或使能宏CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION
最大延时值为8秒,即8*1000*1000
*/
void CPU_TS_Tmr_Delay_US(uint32_t us)
{
uint32_t ticks;
uint32_t told,tnow,tcnt=0; /* 在函数内部初始化时间戳寄存器, */
#if (CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION)
/* 初始化时间戳并清零 */
HAL_InitTick(5);
#endif ticks = us * (GET_CPU_ClkFreq() / 1000000); /* 需要的节拍数 */
tcnt = 0;
told = (uint32_t)CPU_TS_TmrRd(); /* 刚进入时的计数器值 */ while(1)
{
tnow = (uint32_t)CPU_TS_TmrRd();
if(tnow != told)
{
/* 32位计数器是递增计数器 */
if(tnow > told)
{
tcnt += tnow - told;
}
/* 重新装载 */
else
{
tcnt += UINT32_MAX - told + tnow;
} told = tnow; /*时间超过/等于要延迟的时间,则退出 */
if(tcnt >= ticks)break;
}
}
} /*********************************************END OF FILE**********************/
#ifndef __CORE_DELAY_H
#define __CORE_DELAY_H #include "stm32h7xx.h" /* 获取内核时钟频率 */
#define GET_CPU_ClkFreq() HAL_RCC_GetSysClockFreq()
#define SysClockFreq (218000000)
/* 为方便使用,在延时函数内部调用CPU_TS_TmrInit函数初始化时间戳寄存器,
这样每次调用函数都会初始化一遍。
把本宏值设置为0,然后在main函数刚运行时调用CPU_TS_TmrInit可避免每次都初始化 */ #define CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION 0 /*******************************************************************************
* 函数声明
******************************************************************************/
uint32_t CPU_TS_TmrRd(void);
HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority); //使用以下函数前必须先调用CPU_TS_TmrInit函数使能计数器,或使能宏CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION
//最大延时值为8秒
void CPU_TS_Tmr_Delay_US(uint32_t us);
#define HAL_Delay(ms) CPU_TS_Tmr_Delay_US(ms*1000)
#define CPU_TS_Tmr_Delay_S(s) CPU_TS_Tmr_Delay_MS(s*1000) #endif /* __CORE_DELAY_H */

注意事项:

使用者如果不是在HAL库中使用,注释掉:

uint32_t HAL_GetTick(void)
{
return ((uint32_t)DWT_CYCCNT/SysClockFreq*1000);
}

同时建议重新命名HAL_InitTick()函数。

按照自己的平台重写以下宏定义:

/* 获取内核时钟频率 */
#define GET_CPU_ClkFreq() HAL_RCC_GetSysClockFreq()
#define SysClockFreq (218000000)

后记

其实在ucos-iii 源码中,有一个功能是测量关中断时间的功能,就是使用STM32的时间戳,即记录程序运行的某个时刻,如果记录下程序前后的两个时刻点,即可以算出这段程序的运行时间。

但是有关内核寄存器的描述的资料非常少,还好找到一个(arm手册),里面有这些内核寄存器的详细描述,其中时间戳相关的寄存器在第10章和11章有详细的描述。关于资料想看的可以后台找我拿。

喜欢就关注我吧!

相关代码可以在公众号后台回复 “ DWT ”获取。

更多资料欢迎关注“物联网IoT开发”公众号!

一种Cortex-M内核中的精确延时方法的更多相关文章

  1. Keil C51程序设计中几种精确延时方法

    1 使用定时器/计数器实现精确延时 单片机系统一般常选用11.059 2 MHz.12 MHz或6 MHz晶振.第一种更容易产生各种标准的波特率,后两种的一个机器周期分别为1 μs和2 μs,便于精确 ...

  2. 在bat批处理中简单的延时方法

    使用for命令: 延时1s左右的方法: @echo off echo %time% ,,) do echo %%i>nul echo %time% pause %time%是用来显示延时时间,实 ...

  3. Linux2.6 内核中结构体初始化(转载)

    转自:http://hnniyan123.blog.chinaunix.net/uid-29917301-id-4989879.html 在Linux2.6版本的内核中,我们经常可以看到下面的结构体的 ...

  4. Delphi中的异常处理(10种异常来源、处理、精确处理)

    一.异常的来源 在Delphi应用程序中,下列的情况都比较有可能产生异常. 1.文件处理 2.内存分配 3.windows资源 4.运行时创建对象和窗体 5.硬件和操作系统冲突 6.网络问题 7.数据 ...

  5. Linux内核中的GPIO系统之(3):pin controller driver代码分析

    一.前言 对于一个嵌入式软件工程师,我们的软件模块经常和硬件打交道,pin control subsystem也不例外,被它驱动的硬件叫做pin controller(一般ARM soc的datash ...

  6. 调皮的程序员:Linux之父雕刻在Linux内核中的故事

    本文内容由公众号“格友”原创分享. 1.引言   (不羁的大神,连竖中指都这么帅) 因为LINUX操作系统的流行,Linus 已经成为地球人都知道的名人.虽然大家可能都听过钱钟书先生的名言:“假如你吃 ...

  7. 进程在Linux内核中的角色扮演

    在Linux内核中,内核将进程.线程和内核线程一视同仁,即内核使用唯一的数据结构task_struct来分别表示他们:内核使用相同的调度算法对这三者进行调度:并且内核也使用同一个函数do_fork() ...

  8. Linux内核中的jiffies及其作用介绍及jiffies等相关函数详解

    在LINUX的时钟中断中涉及至二个全局变量一个是xtime,它是timeval数据结构变量,另一个则是jiffies,首先看timeval结构struct timeval{time_t tv_sec; ...

  9. Linux内核中的GPIO系统之(3):pin controller driver代码分析--devm_kzalloc使用【转】

    转自:http://www.wowotech.net/linux_kenrel/pin-controller-driver.html 一.前言 对于一个嵌入式软件工程师,我们的软件模块经常和硬件打交道 ...

随机推荐

  1. 弹幕制作canvas方法,文字直播和聊天

    今天要做体育文字直播的项目,类似这样: 文字不断循环显示,我这里找到了一个网上的写法,分析后并贴在这里,并且封装成了jquery barrager方法,很是方便,分析了下原理,是刷新canvas 画布 ...

  2. 基于GitLab+Jenkins的DevOps赋能实践

    随着微服务.中台架构的兴起,DevOps也变得非常关键,毕竟是一些基础设施层面的建设,如果搞好了对后面的研发工作会有很大的效率提升.关于DevOps本身的概念,网上已经非常多了,在园子里随便搜索一些都 ...

  3. Java日志框架总结

    1. 前言 从写代码开始,就陆陆续续接触到了许多日志框架,较常用的属于LOG4J,LogBack等.每次自己写项目时,就copy前人的代码或网上的demo.配置log4j.properties或者lo ...

  4. 【LeetCode】79-单词搜索

    题目描述 给定一个二维网格和一个单词,找出该单词是否存在于网格中. 单词必须按照字母顺序,通过相邻的单元格内的字母构成,其中 "相邻" 单元格是那些水平相邻或垂直相邻的单元格.同一 ...

  5. FreeSql (二十二)Dto 映射查询

    适合喜欢使用 dto 的朋友,很多时候 entity 与 dto 属性名相同,属性数据又不完全一致. 有的人先查回所有字段数据,再使用 AutoMapper 映射. 我们的功能是先映射,再只查询映射好 ...

  6. Java-HashSet集合中的几种遍历方式

    //我们先创建一个set集合 public static void main(String[] args) { Set<Integer> sets = new HashSet<> ...

  7. 编写自动匹配的下拉框(已解决IE8兼容)

    如何制作一个带匹配功能的下拉框? 之前看见layui有相关组件,但是发现,如果输入的内容在下拉框中没有相应的匹配,就会清空当前值,搞得我很不满意.有些代码是从网上扒下来的,但是找不到原地址了,凑合看吧 ...

  8. Hadoop集群常用的shell命令

    Hadoop集群常用的shell命令 Hadoop集群常用的shell命令 查看Hadoop版本 hadoop -version 启动HDFS start-dfs.sh 启动YARN start-ya ...

  9. 一起看期待已久的.NET Core 3.0新的单文件部署特性,记在昨日VS2019更新后

    VS2019又又又迎来一次新的更新,这次的重点在.NET Core, 妥妥的更新好,默默地反选2.2,一切都在意料之中. 这次我们来看VS2019的新特性单文件部署: https://www.talk ...

  10. 【THE LAST TIME】彻底吃透 JavaScript 执行机制

    前言 The last time, I have learned [THE LAST TIME]一直是我想写的一个系列,旨在厚积薄发,重温前端. 也是给自己的查缺补漏和技术分享. 欢迎大家多多评论指点 ...