前言

為什么要學(xué)習(xí)這種延時(shí)的方法？

1. 很多時(shí)候我們跑操作系統(tǒng)，就一般會(huì)占用一個(gè)硬件定時(shí)器——SysTick，而我們一般操作系統(tǒng)的時(shí)鐘節(jié)拍一般是設(shè)置100-1000HZ，也就是1ms——10ms產(chǎn)生一次中斷。很多裸機(jī)教程使用延時(shí)函數(shù)又是基于SysTick的，這樣一來(lái)又難免產(chǎn)生沖突。
2. 很多人會(huì)說(shuō)，不是還有定時(shí)器嗎，定時(shí)器的計(jì)時(shí)是超級(jí)精確的。這點(diǎn)我不否認(rèn)，但是假設(shè)，如果一個(gè)系統(tǒng)，總是進(jìn)入定時(shí)器中斷（10us一次/1us一次/0.5us一次），那整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)經(jīng)常被打斷，線程的進(jìn)行就沒(méi)辦法很好運(yùn)行啊。此外還消耗一個(gè)硬件定時(shí)器資源，一個(gè)硬件定時(shí)器可能做其他事情呢！
3. 對(duì)應(yīng)ST HAL庫(kù)的修改，其實(shí)杰杰個(gè)人覺得吧，ST的東西什么都好，就是出的HAL庫(kù)太惡心了，沒(méi)辦法，而HAL庫(kù)中有一個(gè)HAL_Delay()，他也是采用SysTick延時(shí)的，在移植操作系統(tǒng)的時(shí)候，會(huì)有諸多不便，不過(guò)好在，HAL_Delay()是一個(gè)弱定義的，我們可以重寫這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，那么，采用內(nèi)核延時(shí)當(dāng)然是最好的辦法啦（個(gè)人是這么覺得的）當(dāng)然你有能力完全用for循環(huán)寫個(gè)簡(jiǎn)單的延時(shí)還是可以的。
4. 可能我說(shuō)的話沒(méi)啥權(quán)威，那我就引用Cortex-M3權(quán)威指南中的一句話——“DWT 中有剩余的計(jì)數(shù)器，它們典型地用于程序代碼的“性能速寫”（profiling）。通過(guò)編程它們，就可以讓它們?cè)谟?jì)數(shù)器溢出時(shí)發(fā)出事件（以跟蹤數(shù)據(jù)包的形式）。最典型地，就是使用 CYCCNT寄存器來(lái)測(cè)量執(zhí)行某個(gè)任務(wù)所花的周期數(shù)，這也可以用作時(shí)間基準(zhǔn)相關(guān)的目的（操作系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì) CPU使用率可以用到它）。”

Cortex-M中的DWT

在Cortex-M里面有一個(gè)外設(shè)叫DWT(Data Watchpoint and Trace)，是用于系統(tǒng)調(diào)試及跟蹤，

它有一個(gè)32位的寄存器叫CYCCNT，它是一個(gè)向上的計(jì)數(shù)器，記錄的是內(nèi)核時(shí)鐘運(yùn)行的個(gè)數(shù)，內(nèi)核時(shí)鐘跳動(dòng)一次，該計(jì)數(shù)器就加1，精度非常高，決定內(nèi)核的頻率是多少，如果是F103系列，內(nèi)核時(shí)鐘是72M，那精度就是1/72M = 14ns，而程序的運(yùn)行時(shí)間都是微秒級(jí)別的，所以14ns的精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠的。最長(zhǎng)能記錄的時(shí)間為：60s=2的32次方/72000000(假設(shè)內(nèi)核頻率為72M，內(nèi)核跳一次的時(shí)間大概為1/72M=14ns)，而如果是H7這種400M主頻的芯片，那它的計(jì)時(shí)精度高達(dá)2.5ns（1/400000000 = 2.5），而如果是 i.MX RT1052這種比較牛逼的處理器，最長(zhǎng)能記錄的時(shí)間為： 8.13s=2的32次方/528000000 (假設(shè)內(nèi)核頻率為528M，內(nèi)核跳一次的時(shí)間大概為1/528M=1.9ns) 。當(dāng)CYCCNT溢出之后，會(huì)清0重新開始向上計(jì)數(shù)。

**m3、m4、m7杰杰實(shí)測(cè)可用（m0未知）。

精度：1/內(nèi)核頻率（s）。**

要實(shí)現(xiàn)延時(shí)的功能，總共涉及到三個(gè)寄存器：DEMCR 、DWT_CTRL、DWT_CYCCNT，分別用于開啟DWT功能、開啟CYCCNT及獲得系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)值。

DEMCR

想要使能DWT外設(shè)，需要由另外的內(nèi)核調(diào)試寄存器DEMCR的位24控制，寫1使能（劃重點(diǎn)啦，要考試！！）。

DEMCR的地址是0xE000 EDFC

關(guān)于DWT_CYCCNT

使能DWT_CYCCNT寄存器之前，先清0。

讓我們看看DWT_CYCCNT的基地址，從ARM-Cortex-M手冊(cè)中可以看到其基地址是 0xE000 1004 ，復(fù)位默認(rèn)值是0，而且它的類型是可讀可寫的，我們往0xE000 1004這個(gè)地址寫0就將DWT_CYCCNT清0了。

關(guān)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，寫1使能，則啟用CYCCNT計(jì)數(shù)器，否則CYCCNT計(jì)數(shù)器將不會(huì)工作。

在這里插入圖片描述

綜上所述

想要使用DWT的CYCCNT步驟：

1. 先使能DWT外設(shè)，這個(gè)由另外內(nèi)核調(diào)試寄存器DEMCR的位24控制，寫1使能
2. 使能CYCCNT寄存器之前，先清0。
3. 使能CYCCNT寄存器，這個(gè)由DWT的CYCCNTENA 控制，也就是DWT控制寄存器的位0控制，寫1使能

代碼實(shí)現(xiàn)

注：此代碼全部解釋權(quán)歸【?野火】所有

1/**
  2  ******************************************************************
  3  * @file    core_delay.c
  4  * @author  fire
  5  * @version V1.0
  6  * @date    2018-xx-xx
  7  * @brief   使用內(nèi)核寄存器精確延時(shí)
  8  ******************************************************************
  9  * @attention
 10  *
 11  * 實(shí)驗(yàn)平臺(tái):野火 STM32開發(fā)板  
 12  * 論壇    :http://www.firebbs.cn
 13  * 淘寶    :https://fire-stm32.taobao.com
 14  *
 15  ******************************************************************
 16  */
 17
 18#include "./delay/core_delay.h"   
 19
 20/*
 21**********************************************************************
 22*         時(shí)間戳相關(guān)寄存器定義
 23**********************************************************************
 24*/
 25/*
 26 在Cortex-M里面有一個(gè)外設(shè)叫DWT(Data Watchpoint and Trace)，
 27 該外設(shè)有一個(gè)32位的寄存器叫CYCCNT，它是一個(gè)向上的計(jì)數(shù)器，
 28 記錄的是內(nèi)核時(shí)鐘運(yùn)行的個(gè)數(shù)，最長(zhǎng)能記錄的時(shí)間為：
 29 10.74s=2的32次方/400000000
 30 (假設(shè)內(nèi)核頻率為400M，內(nèi)核跳一次的時(shí)間大概為1/400M=2.5ns)
 31 當(dāng)CYCCNT溢出之后，會(huì)清0重新開始向上計(jì)數(shù)。
 32 使能CYCCNT計(jì)數(shù)的操作步驟：
 33 1、先使能DWT外設(shè)，這個(gè)由另外內(nèi)核調(diào)試寄存器DEMCR的位24控制，寫1使能
 34 2、使能CYCCNT寄存器之前，先清0
 35 3、使能CYCCNT寄存器，這個(gè)由DWT_CTRL(代碼上宏定義為DWT_CR)的位0控制，寫1使能
 36 */
 37
 38
 39#define  DWT_CR      *(__IO uint32_t *)0xE0001000
 40#define  DWT_CYCCNT  *(__IO uint32_t *)0xE0001004
 41#define  DEM_CR      *(__IO uint32_t *)0xE000EDFC
 42
 43
 44#define  DEM_CR_TRCENA                   (1 << 24)
 45#define  DWT_CR_CYCCNTENA                (1 <<  0)
 46
 47
 48/**
 49  * @brief  初始化時(shí)間戳
 50  * @param  無(wú)
 51  * @retval 無(wú)
 52  * @note   使用延時(shí)函數(shù)前，必須調(diào)用本函數(shù)
 53  */
 54HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)
 55{
 56    /* 使能DWT外設(shè) */
 57    DEM_CR |= (uint32_t)DEM_CR_TRCENA;                
 58
 59    /* DWT CYCCNT寄存器計(jì)數(shù)清0 */
 60    DWT_CYCCNT = (uint32_t)0u;
 61
 62    /* 使能Cortex-M DWT CYCCNT寄存器 */
 63    DWT_CR |= (uint32_t)DWT_CR_CYCCNTENA;
 64
 65    return HAL_OK;
 66}
 67
 68/**
 69  * @brief  讀取當(dāng)前時(shí)間戳
 70  * @param  無(wú)
 71  * @retval 當(dāng)前時(shí)間戳，即DWT_CYCCNT寄存器的值
 72  */
 73uint32_t CPU_TS_TmrRd(void)
 74{        
 75  return ((uint32_t)DWT_CYCCNT);
 76}
 77
 78/**
 79  * @brief  讀取當(dāng)前時(shí)間戳
 80  * @param  無(wú)
 81  * @retval 當(dāng)前時(shí)間戳，即DWT_CYCCNT寄存器的值
 82  */
 83uint32_t HAL_GetTick(void)
 84{        
 85  return ((uint32_t)DWT_CYCCNT/SysClockFreq*1000);
 86}
 87
 88
 89/**
 90  * @brief  采用CPU的內(nèi)部計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)，32位計(jì)數(shù)器
 91  * @param  us : 延遲長(zhǎng)度，單位1 us
 92  * @retval 無(wú)
 93  * @note   使用本函數(shù)前必須先調(diào)用CPU_TS_TmrInit函數(shù)使能計(jì)數(shù)器，
 94            或使能宏CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION
 95            最大延時(shí)值為8秒，即8*1000*1000
 96  */
 97void CPU_TS_Tmr_Delay_US(uint32_t us)
 98{
 99  uint32_t ticks;
100  uint32_t told,tnow,tcnt=0;
101
102  /* 在函數(shù)內(nèi)部初始化時(shí)間戳寄存器， */  
103#if (CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION)  
104  /* 初始化時(shí)間戳并清零 */
105  HAL_InitTick(5);
106#endif
107
108  ticks = us * (GET_CPU_ClkFreq() / 1000000);  /* 需要的節(jié)拍數(shù) */      
109  tcnt = 0;
110  told = (uint32_t)CPU_TS_TmrRd();         /* 剛進(jìn)入時(shí)的計(jì)數(shù)器值 */
111
112  while(1)
113  {
114    tnow = (uint32_t)CPU_TS_TmrRd();  
115    if(tnow != told)
116    { 
117        /* 32位計(jì)數(shù)器是遞增計(jì)數(shù)器 */    
118      if(tnow > told)
119      {
120        tcnt += tnow - told;  
121      }
122      /* 重新裝載 */
123      else 
124      {
125        tcnt += UINT32_MAX - told + tnow; 
126      } 
127
128      told = tnow;
129
130      /*時(shí)間超過(guò)/等于要延遲的時(shí)間,則退出 */
131      if(tcnt >= ticks)break;
132    }  
133  }
134}
135
136/*********************************************END OF FILE**********************/

1#ifndef __CORE_DELAY_H
 2#define __CORE_DELAY_H
 3
 4#include "stm32h7xx.h"
 5
 6/* 獲取內(nèi)核時(shí)鐘頻率 */
 7#define GET_CPU_ClkFreq()       HAL_RCC_GetSysClockFreq()
 8#define SysClockFreq            (218000000)
 9/* 為方便使用，在延時(shí)函數(shù)內(nèi)部調(diào)用CPU_TS_TmrInit函數(shù)初始化時(shí)間戳寄存器，
10   這樣每次調(diào)用函數(shù)都會(huì)初始化一遍。
11   把本宏值設(shè)置為0，然后在main函數(shù)剛運(yùn)行時(shí)調(diào)用CPU_TS_TmrInit可避免每次都初始化 */  
12
13#define CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION   0  
14
15
16/*******************************************************************************
17 * 函數(shù)聲明
18 ******************************************************************************/
19uint32_t CPU_TS_TmrRd(void);
20HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority);
21
22//使用以下函數(shù)前必須先調(diào)用CPU_TS_TmrInit函數(shù)使能計(jì)數(shù)器，或使能宏CPU_TS_INIT_IN_DELAY_FUNCTION
23//最大延時(shí)值為8秒
24void CPU_TS_Tmr_Delay_US(uint32_t us);
25#define HAL_Delay(ms)     CPU_TS_Tmr_Delay_US(ms*1000)
26#define CPU_TS_Tmr_Delay_S(s)       CPU_TS_Tmr_Delay_MS(s*1000)
27
28
29#endif /* __CORE_DELAY_H */

注意事項(xiàng)：

使用者如果不是在HAL庫(kù)中使用，注釋掉：

1uint32_t HAL_GetTick(void)
2{        
3  return ((uint32_t)DWT_CYCCNT/SysClockFreq*1000);
4}

同時(shí)建議重新命名HAL_InitTick()函數(shù)。

按照自己的平臺(tái)重寫以下宏定義：

1/* 獲取內(nèi)核時(shí)鐘頻率 */
2#define GET_CPU_ClkFreq()       HAL_RCC_GetSysClockFreq()
3#define SysClockFreq            (218000000)

后記

其實(shí)在ucos-iii 源碼中，有一個(gè)功能是測(cè)量關(guān)中斷時(shí)間的功能，就是使用STM32的時(shí)間戳，即記錄程序運(yùn)行的某個(gè)時(shí)刻，如果記錄下程序前后的兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)，即可以算出這段程序的運(yùn)行時(shí)間。

但是有關(guān)內(nèi)核寄存器的描述的資料非常少，還好找到一個(gè)（arm手冊(cè)），里面有這些內(nèi)核寄存器的詳細(xì)描述，其中時(shí)間戳相關(guān)的寄存器在第10章和11章有詳細(xì)的描述。關(guān)于資料想看的可以后臺(tái)找我拿。