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STM32“隱藏的定時(shí)器”-DWT

1 前言

在之前的文章在《STM32延時(shí)函數(shù)的四種方法》使用定時(shí)器延時(shí)，在《如何測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)間》中提到使用定時(shí)器外設(shè)計(jì)算代碼運(yùn)行時(shí)間。文中提到這種方法的明顯缺點(diǎn)就是需要占用一個(gè)定時(shí)器，一些MCU在特定應(yīng)用場(chǎng)景下定時(shí)器外設(shè)資源是十分稀缺的。在留言區(qū)有位大佬提到可以使用DWT，我就研究了一番。

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2 DWT

在Cortex-M里面有一個(gè)外設(shè)叫DWT(DataWatchpoint andTrace)，是用于系統(tǒng)調(diào)試及跟蹤，DWT的中文名字應(yīng)該是：數(shù)據(jù)觀察點(diǎn)觸發(fā)。在STM32用戶手冊(cè)的第32章節(jié)Debugsupport (DBG)有如下框圖。

明顯DWT屬于DBG部分的功能，從上圖的標(biāo)題可以看出DWT屬于CortexM3內(nèi)核的，理論上M3內(nèi)核的MCU都支持的，這個(gè)下文會(huì)說(shuō)明。在這里我將其稱之為“隱藏的定時(shí)器”，因?yàn)樗梢源娑〞r(shí)器外設(shè)實(shí)現(xiàn)上文提到延時(shí)功能和測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)間的功能，DWT不能代替定時(shí)器的其他功能。

之所以DWT可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能，因?yàn)樗幸粋€(gè)32的計(jì)數(shù)器CYCCNT，這是一個(gè)向上計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，當(dāng)它溢出時(shí)會(huì)自動(dòng)清零并重新開(kāi)始向上計(jì)數(shù)，它的頻率就是內(nèi)核的主頻。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是內(nèi)核時(shí)鐘跳動(dòng)一下，CYCCNT計(jì)數(shù)器就加1。

很明顯DWT計(jì)數(shù)器的精度和系統(tǒng)主頻有關(guān)，我們常用的STM32F103主頻一般為72Mhz，STM32F207一般為120Mhz，STM32H7主頻一般為400Mhz。以為主頻最低為72Mhz的STM32F103為例，精度是1/72M= 14ns，這個(gè)精度足以滿足大部分延時(shí)函數(shù)的需求，同樣程序的運(yùn)行時(shí)間都是微秒級(jí)別的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)間的要求。

3 DWT的配置

首選使用DWT前必須使能DBG的系統(tǒng)跟蹤，控制使能位在DEMCR寄存器的bit24。注意該寄存器詳細(xì)說(shuō)明在STM32的用戶手冊(cè)上查不到，需要在CortexM3內(nèi)核手冊(cè)查到，在《Cortex-M3權(quán)威指南》書(shū)中也可以查到。

在使能CYCCNT計(jì)數(shù)器前，必須先將其清零。下圖是從ARM的官方手冊(cè)《Cortex-M3Technical Reference Manual》中查到的。

使能CYCCNT計(jì)數(shù)器，其控制位是DWT控制寄存器的第一位，寫(xiě)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。 

總結(jié)一下：

a.先使能DWT外設(shè)，由內(nèi)核調(diào)試寄存器DEM_CR的位24控制，寫(xiě)1使能。

b.使能CYCCNT寄存器之前，先清0。

c.使能CYCCNT寄存器，由DWT_CTRL的位0控制，寫(xiě)1使能。

代碼如下

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //寄存器基地址 
    2. 
  
  
  
  
  2. #define    DWT_CR    *(uint32_t*)0xE0001000 
    3. 
  
  
  
  
  3. #define    DWT_CYCCNT    *(uint32_t*)0xE0001004 
    4. 
  
  
  
  
  4. #define    DEM_CR    *(uint32_t*)0xE000EDFC 
    5. 
  
  
  
  
  5.  
    6. 
  
  
  
  
  6. //定義需使能位 
    7. 
  
  
  
  
  7. #define    DEM_CR_TRCENA    (1<<24) 
    8. 
  
  
  
  
  8. #define    DWT_CR_CYCCNTENA    (1<<0) 
    9. 
  
  
  
  
  9.  
    10. 
  
  
  
  
  10. //DWT init 
    11. 
  
  
  
  
  11. void DWT_init(void) 
    12. 
  
  
  
  
  12. { 
    13. 
  
  
  
  
  13.   DEM_CR |= (uint32_t)DEM_CR_TRCENA; 
    14. 
  
  
  
  
  14.   DWT_CYCCNT = (uint32_t)0u; 
    15. 
  
  
  
  
  15.   DWT_CR |= (uint32_t)DWT_CR_CYCCNTENA; 
    16. 
  
  
  
  
  16. } 
    17. 
  
  
  
  
  17. //get DWT count 
    18. 
  
  
  
  
  18. uint32_t DWT_TS_GET(void) 
    19. 
  
  
  
  
  19. { 
    20. 
  
  
  
  
  20.   return((uint32_t)DWT_CYCCNT); 
    21. 
  
  
  
  
  21. } 
    22.

4 代碼

從上文我們得知，我們已經(jīng)獲得了一個(gè)32位向上累加的計(jì)數(shù)器，溢出會(huì)自動(dòng)清零并累加，頻率是系統(tǒng)主頻。那么我們簡(jiǎn)單封裝下，就可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)函數(shù)。以下代碼在120Mhz的STM32F207測(cè)試。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //使用DWT延時(shí)time_ms毫秒 
    2. 
  
  
  
  
  2. void DWT_Delay_Ms(uint32_t time_ms) 
    3. 
  
  
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  
  
  4.   uint32_t old_counter,current_counter; 
    5. 
  
  
  
  
  5.   uint32_t delay_ms; 
    6. 
  
  
  
  
  6.    
    7. 
  
  
  
  
  7.   old_counter = DWT_TS_GET(); 
    8. 
  
  
  
  
  8.   current_counter = DWT_TS_GET(); 
    9. 
  
  
  
  
  9.   delay_ms = 0; 
    10. 
  
  
  
  
  10.   while(delay_ms
  
  
  
  
  11.   { 
    12. 
  
  
  
  
  12.     current_counter = DWT_TS_GET(); 
    13. 
  
  
  
  
  13.     if(current_counter > old_counter) 
    14. 
  
  
  
  
  14.       delay_ms = (current_counter - old_counter)/(SystemCoreClock/1000); 
    15. 
  
  
  
  
  15.     else 
    16. 
  
  
  
  
  16.       delay_ms = (current_counter + 0XFFFFFFFF - old_counter)/(SystemCoreClock/1000); 
    17. 
  
  
  
  
  17.   } 
    18. 
  
  
  
  
  18. } 
    19.

使用之前的文章《如何測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)間》測(cè)量延時(shí)函數(shù)是否準(zhǔn)確。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. DWT_Delay_Ms(100);//延時(shí)100ms 
    2. 
  
  
  
  
  2. time_ms=Time_Difference_ms(); 
    3.

如下圖，延時(shí)函數(shù)精確延時(shí)，沒(méi)有問(wèn)題

實(shí)現(xiàn)測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的函數(shù)接口

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //使用DWT測(cè)量函數(shù)運(yùn)行時(shí)間 
    2. 
  
  
  
  
  2. float DTW_Time_Difference_ms(void) 
    3. 
  
  
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  
  
  4.   static uint32_t old_counter; 
    5. 
  
  
  
  
  5.   uint32_t counter,couter_current; 
    6. 
  
  
  
  
  6.   couter_current = DWT_TS_GET(); 
    7. 
  
  
  
  
  7.   if(couter_current > old_counter) 
    8. 
  
  
  
  
  8.     counter = couter_current - old_counter; 
    9. 
  
  
  
  
  9.   else 
    10. 
  
  
  
  
  10.     counter = couter_current + 0XFFFFFFFF - old_counter; 
    11. 
  
  
  
  
  11.   old_counter = couter_current; 
    12. 
  
  
  
  
  12.   return (counter / (SystemCoreClock/1000)); 
    13. 
  
  
  
  
  13. } 
    14.

使用之前的文章《STM32延時(shí)函數(shù)的四種方法》精確延時(shí)，然后使用DWT測(cè)量延時(shí)時(shí)間。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. delay_ms(300);//延時(shí)300ms 
    2. 
  
  
  
  
  2. time_ms=DTW_Time_Difference_ms(); 
    3.

如下圖，可以精確測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)間，沒(méi)有問(wèn)題。

5 后記

本文使用DWT代替了定時(shí)器部分功能，它的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1、優(yōu)點(diǎn)是：方便移植，經(jīng)過(guò)測(cè)試在M3、M4、M7內(nèi)核的MCU上都可以使用。

2、缺點(diǎn)是：和定時(shí)器一樣，都有一個(gè)延時(shí)的最大時(shí)間，測(cè)量代碼運(yùn)行時(shí)間的最大值。

如果項(xiàng)目使用MCU有空閑的定時(shí)器，且不考慮換MCU的話，我個(gè)人建議還是使用通用的定時(shí)器外設(shè)，不要使用DWT，雖然DWT方便移植，但通用定時(shí)器外設(shè)簡(jiǎn)單易懂，對(duì)于沒(méi)有了解過(guò)這部分知識(shí)的小白，看到DWT的延時(shí)函數(shù)，還需要學(xué)習(xí)下。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「知曉編程」


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