织女星开发板RISC-V内核实现微秒级精确延时

[whik]

织女星开发板RISC-V内核实现微秒级精确延时

前言

收到VEGA织女星开发板也有一段时间了，好久没玩了，想驱动个OLED屏，但是首先要实现IIC协议，而实现IIC协议，最基本的就是需要一个精确的延时函数，所以研究了一下如何来写一个精确的延时函数。众所周知，ARM Cortex-M内核都有一个24位的SysTick系统节拍定时器，它是一个简易的周期定时器，用于提供时基，多为操作系统所使用。RV32M1的RISC-V内核也有一个SysTick定时器，只不过它不属于内核，而是使用的一个外部通用定时器，即LPIT0（ low power periodic interval timer）定时器的通道0来实现的，我们可以从systemRV32M1ri5cy.c文件中获得一些信息：

/* Use LIPT0 channel 0 for systick. */
#define SYSTICK_LPIT LPIT0
#define SYSTICK_LPIT_CH 0
#define SYSTICK_LPIT_IRQn LPIT0_IRQn

/* Leverage LPIT0 to provide Systick */
void SystemSetupSystick(uint32_t tickRateHz, uint32_t intPriority)
{
    /* Init pit module */
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Lpit0);

    /* Reset the timer channels and registers except the MCR register */
    SYSTICK_LPIT->MCR |= LPIT_MCR_SW_RST_MASK;
    SYSTICK_LPIT->MCR &= ~LPIT_MCR_SW_RST_MASK;

    /* Setup timer operation in debug and doze modes and enable the module */
    SYSTICK_LPIT->MCR = LPIT_MCR_DBG_EN_MASK | LPIT_MCR_DOZE_EN_MASK | LPIT_MCR_M_CEN_MASK;

    /* Set timer period for channel 0 */
    SYSTICK_LPIT->CHANNEL[SYSTICK_LPIT_CH].TVAL = (CLOCK_GetIpFreq(kCLOCK_Lpit0) / tickRateHz) - 1;

    /* Enable timer interrupts for channel 0 */
    SYSTICK_LPIT->MIER |= (1U << SYSTICK_LPIT_CH);

    /* Set interrupt priority. */
    EVENT_SetIRQPriority(SYSTICK_LPIT_IRQn, intPriority);

    /* Enable interrupt at the EVENT unit */
    EnableIRQ(SYSTICK_LPIT_IRQn);

    /* Start channel 0 */
    SYSTICK_LPIT->SETTEN |= (LPIT_SETTEN_SET_T_EN_0_MASK << SYSTICK_LPIT_CH);
}

void SystemClearSystickFlag(void)
{
    /* Channel 0. */
    SYSTICK_LPIT->MSR = (1U << SYSTICK_LPIT_CH);
}

systemRV32M1ri5cy.h文件中的SysTick中断服务函数：

#define SysTick_Handler LPIT0_IRQHandler

关于LPIT0

LPIT0的每个通道都包含一个32位的计数器，加载计数值之后开始倒数，当倒数到0时，中断标志位被置1，通过向中断标志位写1来清除中断。为了尽量减少执行函数所消耗的时间，delay延时函数的采用了直接操作寄存器的方式来实现。通过阅读RV32M1参考手册【Chapter 50 Low Power Interrupt Timer (LPIT)】章节，和fsl_lpit.h库函数的实现，我们可以了解到以下几个寄存器的功能：

| 寄存器名称 | 全称 | 读/写 | 含义 |
| ———- | ————————— | —– | ————————- |
| TVAL | Timer Value Register | 读/写 | 设置定时器初值 |
| CVAL | Current Timer Value | 只读 | 获取当前计数值 |
| SETEN | Set Timer Enable Register | 读写 | 定时器使能控制 |
| CLRTEN | Clear Timer Enable Register | 只写 | 清除计数值 |
| MCR | Module Control Register | 读写 | 定时器时钟使能控制 |
| MSR | Module Status Register | 读写 | 溢出中断标志，写1清除中断 |

通过上面参考手册相关寄存器的介绍，我们有两种方式来获取定时器是否溢出：

• 获取当前计数值是否为0，即CVAL寄存器的值
• 获取寄存器状态是否溢出，即MSR寄存器的值。

这几个寄存器都是32位的，具体每一位的含义，可以查阅RV32M1参考手册

delay.c文件

#include "delay.h"

static uint8_t  fac_us=0;							//us延时倍乘数
static uint16_t fac_ms=0;							//ms延时倍乘数,在ucos下,代表每个节拍的ms数

void Delay_Init(void)
{
    CLOCK_SetIpSrc(kCLOCK_Lpit0, kCLOCK_IpSrcFircAsync);	//设置定时器时钟48MHz
    LOG("LPIT0: %ld \r\n", CLOCK_GetIpFreq(kCLOCK_Lpit0));	//输出LPIT0时钟

    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Lpit0);	//使能时钟
    LPIT_Reset(LPIT0);					//复位定时器
    LPIT0->MCR = LPIT_MCR_M_CEN_MASK;	//使能定时器

    fac_us = CLOCK_GetIpFreq(kCLOCK_Lpit0)/1000000;
    fac_ms = fac_us*1000;
}
//基于SysTick即LPIT0实现的延时微秒函数
void Delay_us(uint32_t Nus)
{
    LPIT0->CHANNEL[kLPIT_Chnl_0].TVAL =  48 * Nus - 1;					//加载时间
    LPIT0->SETTEN |= (LPIT_SETTEN_SET_T_EN_0_MASK << kLPIT_Chnl_0);		//启动定时器
    while(LPIT0->CHANNEL[kLPIT_Chnl_0].CVAL);							//等待计数值到0
//	while((LPIT0->MSR & 0x0001) != 0x01);								//等待溢出
//	LPIT0->MSR |= (1U << kLPIT_Chnl_0);									//写1，清除中断
    LPIT0->CLRTEN |= (LPIT_CLRTEN_CLR_T_EN_0_MASK << kLPIT_Chnl_0);		//清除计数器
}

//基于SysTick即LPIT0实现的延时毫秒函数
void Delay_ms(uint32_t Nms)
{
    LPIT0->CHANNEL[kLPIT_Chnl_0].TVAL = Nms * fac_ms  - 1;			//加载时间
    LPIT0->SETTEN |= (LPIT_SETTEN_SET_T_EN_0_MASK << kLPIT_Chnl_0);	//启动定时器
    while(LPIT0->CHANNEL[kLPIT_Chnl_0].CVAL);						//等待计数到0
//	while((LPIT0->MSR & 0x0001) != 0x0001);							//等待产生中断
//	LPIT0->MSR |= (1U << kLPIT_Chnl_0);								//向中断标志位写1，清除中断
    LPIT0->CLRTEN |= (LPIT_CLRTEN_CLR_T_EN_0_MASK << kLPIT_Chnl_0);	//清除计数器
}

delay.h文件

#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__

#include "fsl_lpit.h"
#include "fsl_lpit.h"
#include "fsl_debug_console.h"
#include "sys.h"

void Delay_Init(void);		//SysTick定时器，即LPIT0，时钟可设置
void Delay_ms(uint32_t Nms);
void Delay_us(uint32_t Nus);

#endif

实际验证

#include "delay.h"

int main(void)
{
    ...
    Delay_Init();
    ...
    while(1)
    {
        GPIOA->PTOR = 1 << 24;	//寄存器方式操作，减小误差
        Delay_ms(100);	//延时微秒函数验证
//  	Delay_us(5);	//延时微秒函数验证              
    }
}

通过实际示波器测试，发现Delay_us微秒级延时函数，无论延时多少时间都有2us左右的误差，不知道是这为什么，不过实现IIC协议驱动OLED屏并没有什么影响。

驱动IIC接口OLED

• 社区首页的LOGO图片

• OLED实际显示效果：

总结

既然精确延时函数实现了，那么各种协议的传感器、显示模块、通信模块的驱动都可以轻松实现了，希望分享的本篇帖子能给社区的朋友一些帮助，也希望大家能多多发帖，互相交流学习。

参考资料

• RV32M1参考手册

[Howard]

@whik 这个不错。这才是织女星开发板真正的玩家，能把自己做的东西分享出来大家一起学习。赞一个！

VEGALite也可以通过Arduino标准接口接SPI的LCD屏。网上有卖的。

[123]

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[123]

请问是怎么把图片传上来的啊？还有另一个帖子的动态图，是用了什么插件吗？我也想发图片，但是不知道怎么操作呢。。。

[whik]

这个论坛没有存放图片的位置，所以你需要把你的图片上传到一个地方，然后获取到这个图片的地址，使用html的方式插入图片，并选择文本模式：

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