【STM32H7教程】第28章 STM32H7时间关键代码在ITCM执行的超简单方法

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第28章       STM32H7时间关键代码在ITCM执行的超简单方法

本章教程为大家分享一种时间关键代码在ITCM执行的简单方法，同时中断向量表和变量放DTCM。

28.1 初学者重要提示

28.2 简单实现方法

28.3 实验例程说明（MDK）

28.4 总结

28.1 初学者重要提示

1. 学习本章节前，务必优先学习第25章，了解TCM，SRAM等五块内存区的基础知识，比较重要。
2. TCM : Tightly-Coupled Memory 紧密耦合内存 。ITCM用于指令，DTCM用于数据，特点是跟内核速度一样（400MHz），而片上RAM的速度基本都达不到这个速度（200MHz）。很多时候我们希望将需要实时性的程序和变量分别放在ITCM和DTCM里面执行，本章就是解决这个问题。
3. 实现方法比较简单，基于MDK的Option选项设置下即可，无需操作分散加载。使用分散加载的好处是灵活，在设置复杂工程的内存映射方面比较方便。
4. 实现这个功能的关键是要把所有程序都下载到Flash，系统上电后让MDK中的库函数去将所需的程序加载到RAM里面，用户不要自己去加载，太麻烦。如果用户自己去加载就得搞个bootloader加载应用程序到ITCM。这里所说的库函数是MDK里面的__main封装起来了。

28.2 简单实现方法

28.2.1 第1步，设置DTCM

设置DTCM空间，前0x400大小的空间用于中断向量表，所以这里从0x20000400开始，用于各种变量需求：

28.2.2 第2步，添加ITCM

ITCM的首地址是0x0000 0000，大小64KB：

28.2.3 第3步，选择在ITCM执行的代码

右击MDK分组，选择使用ITCM，这里设置了APP分组、BSP分组和SEGGER/HardFault分组。

以APP分组为例，设置方法如下：

BSP分组和SEGGER/HardFault分组也设置完毕后，可以看到小雪花标识

而进入main函数之前的所有代码，含main函数所在的文件main.c切不要设置，这个之前的代码我们都需要在flash里面执行。这些代码仅执行一次以后不会执行，所以不用管他们，之后的所有代码都可以放在ITCM里面。

28.2.4 第4步，复制中断向量表到DTCM

前面三步设置完毕后，将中断向量表从flash中复制到DTCM，主要存储的DTCM地址要0x200对齐。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: 标准c程序入口。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint32_t *SouceAddr = (uint32_t *)FLASH_BANK1_BASE;
    uint32_t *DestAddr =  (uint32_t *)D1_DTCMRAM_BASE;
 
    memcpy(DestAddr, SouceAddr, 0x400);
 
    /* 设置中断向量表到ITCM里面 */
    SCB->VTOR = D1_DTCMRAM_BASE;
 
    MainRAM();
}

至此就设置完毕了，另外注意以下两点：

• 不限制设置分组，单独设置一个C文件也是可以的。
• 如果大家将HAL_Driver分组也放在了ITCM里面，会有如下警告，这个不用管，是删除了冗余函数。

28.3 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V7-007_时间关键代码在ITCM执行的超简单方法

实验目的：

1. 学习时间关键代码在ITCM执行的超简单方法，同时中断向量表和变量放DTCM。

实验内容：

1. 系统上电后驱动了1个软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
2. 启动1个TIM6周期性中断，频率10KHz，在中断服务程序里面翻转FMC扩展引脚20和23。

实验操作：

1. K1按键按下，开启TIM6的周期性中断。
2. K2按键按下，关闭TIM6的周期性中断。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

程序设计：

系统栈大小分配：

RAM空间用的DTCM：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
 
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();
 
    /*
       STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();
 
    /*
       配置系统时钟到400MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();
 
    /*
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第xx章
    */
#if Enable_EventRecorder == 1
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
 
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */
}

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
 
    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();
 
    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
 
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
 
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
 
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
 
    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}
 
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();
 
    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

主功能：

主程序实现如下操作：

• 系统上电后驱动了1个软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
• 启动1个TIM6周期性中断，频率10KHz，在中断服务程序里面翻转FMC扩展引脚20和23。
• K1按键按下，开启TIM6的周期性中断。
• K2按键按下，关闭TIM6的周期性中断。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: 标准c程序入口。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint32_t *SouceAddr = (uint32_t *)FLASH_BANK1_BASE;
    uint32_t *DestAddr =  (uint32_t *)D1_DTCMRAM_BASE;
 
    memcpy(DestAddr, SouceAddr, 0x400);
 
    /* 设置中断向量表到ITCM里面 */
    SCB->VTOR = D1_DTCMRAM_BASE;
 
    MainRAM();
}
 
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MainRAM
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int MainRAM(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
 
    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
 
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */
 
    bsp_StartAutoTimer(, );    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
 
    bsp_SetTIMforInt(TIM6, , , );    /* 设置为10KHz频率定时器中断*/    
 
    /* 进入主程序循环体 */
    while ()
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
 
        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer())
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */
            bsp_LedToggle();
        }
 
        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下，开启TIM6的周期性中断*/
                    TIM6->DIER |= TIM_IT_UPDATE;
                    break;
 
                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下，关闭TIM6的周期性中断*/
                    TIM6->DIER &= ~TIM_IT_UPDATE;
                    break;
 
                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}
 
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: TIM6_DAC_IRQHandler
*    功能说明: TIM6定时中断服务程序
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
    if((TIM6->SR & TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
    {
        /* 清除更新标志 */
        TIM6->SR = ~ TIM_FLAG_UPDATE;
 
        /* 翻转FMC扩展引脚20和23脚 */
        HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
        HC574_TogglePin(GPIO_PIN_20);
    }
}

28.4 总结

本章节就为大家交流这么多，对速度有要求的应用部分，建议使用ITCM和DTCM来达到最高性能。