【.Net Micro Framework PortingKit – 12】SysTick驱动开发

时间  2020-09-12 标签 micro framework portingkit systick 驱动 开发

SysTick驱动对TinyCLR来讲很是重要，.Net Micro Framework系统的多线程和多任务（对托管代码来讲是单任务多线程，可是还存在和托管代码同时运行的任务，如咱们用MFDeploy程序Ping TinyCLR或擦写Flash 的时候，就是另外的任务在执行）就是靠它来实现的。多线程

SysTick驱动有三个功用，一是咱们上面所说的多任务和多线程支持；二是得到系统当前Tick，以此实现延时等待，好比咱们常见的Events_WaitForEvents函数就靠它来实现延时功能的；三是为Native代码提供两个版本的Sleep函数。ide

和ARM7或ARM9相比，Cortex-M3系列的CPU提供了SysTick这个feature，因此咱们就不须要用Timer来模拟Tick的功能了，直接用系统提供的SysTick就能够了。Cortex-M3的SysTick其定时器计数是递减的，递减到0就会触发中断（固然要使TICKINT使能），而后自动会加载LOAD寄存器的值，启动下一次计数循环。函数

LOAD寄存器可填入的最大值为0x00FFFFFF，对72M主频的CPU来讲，大概会有250毫秒左右的延时。因为VAL寄存器的值是递减的，因此在移植相关代码的时候要特别注意，咱们概念中的Tick的值应该是（LOAD-VAL）。oop

在CortexM3.h文件中添加以下代码，以便于配置SysTick寄存器。测试

  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. struct CortexM3_SysTick  
    2. 
   
   
   
   
  2.  
    3. 
   
   
   
   
  3. {  
    4. 
   
   
   
   
  4.  
    5. 
   
   
   
   
  5.     static const UINT32 c_Base = 0xE000E010;  
    6. 
   
   
   
   
  6.  
    7. 
   
   
   
   
  7.     /****/ volatile UINT32 CTRL;  //0xE000E010  
    8. 
   
   
   
   
  8.  
    9. 
   
   
   
   
  9.     static const    UINT32 CTRL_COUNTFLAG= ((UINT32)0x00010000);    
    10. 
   
   
   
   
  10.  
    11. 
   
   
   
   
  11.     static const    UINT32 CTRL_CLKSOURCE= ((UINT32)0x00000004);   
    12. 
   
   
   
   
  12.  
    13. 
   
   
   
   
  13.     static const    UINT32 CTRL_TICKINT= ((UINT32)0x00000002);   
    14. 
   
   
   
   
  14.  
    15. 
   
   
   
   
  15.     static const    UINT32 CTRL_ENABLE= ((UINT32)0x00000001);   
    16. 
   
   
   
   
  16.  
    17. 
   
   
   
   
  17.     /****/ volatile UINT32 LOAD;  //0xE000E014  
    18. 
   
   
   
   
  18.  
    19. 
   
   
   
   
  19.     static const    UINT32 LOAD_RELOAD= ((UINT32)0x00FFFFFF);    
    20. 
   
   
   
   
  20.  
    21. 
   
   
   
   
  21.     /****/ volatile UINT32 VAL;  //0xE000E018  
    22. 
   
   
   
   
  22.  
    23. 
   
   
   
   
  23.     static const    UINT32 VAL_CURRENT= ((UINT32)0x00FFFFFF);    
    24. 
   
   
   
   
  24.  
    25. 
   
   
   
   
  25.     /****/ volatile UINT32 CALIB;  //0xE000E01C  
    26. 
   
   
   
   
  26.  
    27. 
   
   
   
   
  27.     static const    UINT32 CALIB_NOREF= ((UINT32)0x80000000);    
    28. 
   
   
   
   
  28.  
    29. 
   
   
   
   
  29.     static const    UINT32 CALIB_SKEW= ((UINT32)0x40000000);    
    30. 
   
   
   
   
  30.  
    31. 
   
   
   
   
  31.     static const    UINT32 CALIB_TENMS= ((UINT32)0x00FFFFFF);        
    32. 
   
   
   
   
  32.  
    33. 
   
   
   
   
  33. };  
    34. 
   
   
   
   
  34.  
    35.

而后在\DeviceCode\Targets\Native\CortexM3\DeviceCode\SysTick新建四个文件SysTick.h、SysTick.cpp、SysTick_Functions.cpp、dotNetMF.proj。ui

在SysTick.h中建立SYSTICK_Driver结构体，SysTick.cpp存放该结构体的具体实现代码。this

  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. struct SYSTICK_Driver  
    2. 
   
   
   
   
  2.  
    3. 
   
   
   
   
  3. {  
    4. 
   
   
   
   
  4.  
    5. 
   
   
   
   
  5.     static const UINT32 c_MaxTimerValue = 0xFFFFFF; //16777215  最大 250ms左右的定时  
    6. 
   
   
   
   
  6.  
    7. 
   
   
   
   
  7.    
    8. 
   
   
   
   
  8.  
    9. 
   
   
   
   
  9.     volatile UINT64 m_Tick;  
    10. 
   
   
   
   
  10.  
    11. 
   
   
   
   
  11.     volatile UINT64 m_nextCompare;  
    12. 
   
   
   
   
  12.  
    13. 
   
   
   
   
  13.       
    14. 
   
   
   
   
  14.  
    15. 
   
   
   
   
  15.     static BOOL Initialize  ();  
    16. 
   
   
   
   
  16.  
    17. 
   
   
   
   
  17.     static BOOL Uninitialize();  
    18. 
   
   
   
   
  18.  
    19. 
   
   
   
   
  19.     static UINT64 CounterValue();  
    20. 
   
   
   
   
  20.  
    21. 
   
   
   
   
  21.     static void SetCompareValue( UINT64 CompareValue );  
    22. 
   
   
   
   
  22.  
    23. 
   
   
   
   
  23.     static INT64 TicksToTime( UINT64 Ticks );  
    24. 
   
   
   
   
  24.  
    25. 
   
   
   
   
  25.     static INT64 CurrentTime();  
    26. 
   
   
   
   
  26.  
    27. 
   
   
   
   
  27.     static void Sleep_uSec( UINT32 uSec );  
    28. 
   
   
   
   
  28.  
    29. 
   
   
   
   
  29.     static void Sleep_uSec_Loop( UINT32 uSec );  
    30. 
   
   
   
   
  30.  
    31. 
   
   
   
   
  31.     static void ISR( void* Param );  
    32. 
   
   
   
   
  32.  
    33. 
   
   
   
   
  33. };  
    34. 
   
   
   
   
  34.  
    35.

Cortex-M3内核下的UINT64 CounterValue()函数的具体实现不一样于.Net Micro Framework自带的各平台上的源码，因此有必要介绍一下它的实现：spa

  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. UINT64 SYSTICK_Driver::CounterValue()  
    2. 
   
   
   
   
  2.  
    3. 
   
   
   
   
  3. {  
    4. 
   
   
   
   
  4.  
    5. 
   
   
   
   
  5.     GLOBAL_LOCK(irq);  
    6. 
   
   
   
   
  6.  
    7. 
   
   
   
   
  7.     CortexM3_SysTick &SysTick= CortexM3::SysTick();  
    8. 
   
   
   
   
  8.  
    9. 
   
   
   
   
  9.     UINT32 value = (SysTick.LOAD - SysTick.VAL);  
    10. 
   
   
   
   
  10.  
    11. 
   
   
   
   
  11.      
    12. 
   
   
   
   
  12.  
    13. 
   
   
   
   
  13.     if(SysTick.CTRL & CortexM3_SysTick::CTRL_COUNTFLAG)  
    14. 
   
   
   
   
  14.  
    15. 
   
   
   
   
  15.     {  
    16. 
   
   
   
   
  16.  
    17. 
   
   
   
   
  17.         g_SYSTICK_Driver.m_Tick+=SysTick.LOAD;             
    18. 
   
   
   
   
  18.  
    19. 
   
   
   
   
  19.     }  
    20. 
   
   
   
   
  20.  
    21. 
   
   
   
   
  21.        
    22. 
   
   
   
   
  22.  
    23. 
   
   
   
   
  23.     return  g_SYSTICK_Driver.m_Tick + value;   
    24. 
   
   
   
   
  24.  
    25. 
   
   
   
   
  25. }  
    26. 
   
   
   
   
  26.  
    27.

Value的值为(SysTick.LOAD - SysTick.VAL)，这是和其它平台的驱动一个区别。此外m_Tick也是我新添加的，它是不断累加计数的，可是它不能真实反映系统开机以来的Tick数，由于SysTick有可能会被禁止中断，也就是说ISR函数不能保证整个系统运行期内都被正常触发。线程

ISR是一个重点，它是系统实现多任务和多线程的“动力源”。debug

  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. void SYSTICK_Driver::ISR( void* Param )  
    2. 
   
   
   
   
  2.  
    3. 
   
   
   
   
  3. {      
    4. 
   
   
   
   
  4.  
    5. 
   
   
   
   
  5.     if(CounterValue() >= g_SYSTICK_Driver.m_nextCompare)  
    6. 
   
   
   
   
  6.  
    7. 
   
   
   
   
  7.     {  
    8. 
   
   
   
   
  8.  
    9. 
   
   
   
   
  9.        HAL_COMPLETION::DequeueAndExec();  
    10. 
   
   
   
   
  10.  
    11. 
   
   
   
   
  11.     }  
    12. 
   
   
   
   
  12.  
    13. 
   
   
   
   
  13.     else 
    14. 
   
   
   
   
  14.  
    15. 
   
   
   
   
  15.     {  
    16. 
   
   
   
   
  16.  
    17. 
   
   
   
   
  17.         SetCompareValue( g_SYSTICK_Driver.m_nextCompare );  
    18. 
   
   
   
   
  18.  
    19. 
   
   
   
   
  19.     }  
    20. 
   
   
   
   
  20.  
    21. 
   
   
   
   
  21. }  
    22. 
   
   
   
   
  22.  
    23.

HAL_COMPLETION::DequeueAndExec()代码是关键，每间隔一个指定的时间就会执行一次任务，常见间隔时间为20ms。

Sleep_uSec函数是经过Tick计数计算延时间隔的。

  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. void __section(SectionForFlashOperations) SYSTICK_Driver::Sleep_uSec( UINT32 uSec )  
    2. 
   
   
   
   
  2.  
    3. 
   
   
   
   
  3. {  
    4. 
   
   
   
   
  4.  
    5. 
   
   
   
   
  5.     GLOBAL_LOCK(irq);  
    6. 
   
   
   
   
  6.  
    7. 
   
   
   
   
  7.     CortexM3_SysTick &SysTick= CortexM3::SysTick();     
    8. 
   
   
   
   
  8.  
    9. 
   
   
   
   
  9.     UINT32 maxDiff  = CPU_MicrosecondsToTicks( uSec );   //每微秒的滴答数  
    10. 
   
   
   
   
  10.  
    11. 
   
   
   
   
  11.         SysTick.LOAD =   maxDiff & 0xFFFFFF;     
    12. 
   
   
   
   
  12.  
    13. 
   
   
   
   
  13.     while(!(SysTick.CTRL & CortexM3_SysTick::CTRL_COUNTFLAG));  
    14. 
   
   
   
   
  14.  
    15. 
   
   
   
   
  15. }  
    16. 
   
   
   
   
  16.  
    17.

__section(SectionForFlashOperations)标识该函数会被拷贝到RAM中去运行（保证执行时间）。

而Sleep_uSec_Loop函数则是经过汇编代码的循环实现的，延时相对比较精确。

  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. void __section(SectionForFlashOperations) SYSTICK_Driver::Sleep_uSec_Loop( UINT32 uSec )  
    2. 
   
   
   
   
  2.  
    3. 
   
   
   
   
  3. {  
    4. 
   
   
   
   
  4.  
    5. 
   
   
   
   
  5.     // iterations must be signed so that negative iterations will result in the minimum delay  
    6. 
   
   
   
   
  6.  
    7. 
   
   
   
   
  7.     uSec *= (SYSTEM_CYCLE_CLOCK_HZ / CLOCK_COMMON_FACTOR);  
    8. 
   
   
   
   
  8.  
    9. 
   
   
   
   
  9.     uSec /= (ONE_MHZ               / CLOCK_COMMON_FACTOR);  
    10. 
   
   
   
   
  10.  
    11. 
   
   
   
   
  11.    
    12. 
   
   
   
   
  12.  
    13. 
   
   
   
   
  13.     // iterations is equal to the number of CPU instruction cycles in the required time minus  
    14. 
   
   
   
   
  14.  
    15. 
   
   
   
   
  15.     // overhead cycles required to call this subroutine.  
    16. 
   
   
   
   
  16.  
    17. 
   
   
   
   
  17.     int iterations = (int)uSec - 14;      // Subtract off call & calculation overhead  
    18. 
   
   
   
   
  18.  
    19. 
   
   
   
   
  19.     CYCLE_DELAY_LOOP2(iterations);  
    20. 
   
   
   
   
  20.  
    21. 
   
   
   
   
  21. }  
    22. 
   
   
   
   
  22.  
    23.

CYCLE_DELAY_LOOP2的实现代码是汇编，我把它放在FirstEntry.s文件里了，具体代码以下：

  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. IDelayLoop2  
    2. 
   
   
   
   
  2.  
    3. 
   
   
   
   
  3.     EXPORT  IDelayLoop2  
    4. 
   
   
   
   
  4.  
    5. 
   
   
   
   
  5.     subs    r0,r0, #2          ;; 1 cycle  
    6. 
   
   
   
   
  6.  
    7. 
   
   
   
   
  7.     bgt     IDelayLoop2        ;; 1 cycle  
    8. 
   
   
   
   
  8.  
    9. 
   
   
   
   
  9.       mov     pc, lr              ;; 5 cycles    
    10. 
   
   
   
   
  10.  
    11.

Sleep_uSec_Loop函数实现代码中的uSec – 14是从其它CPU代码中拷贝来的，针对Cortex-M3应该是多少，我尚未细算过，之后有时间再补上这一课。

在NativeSample.proj中添加以下条目，就能够测试SysTick驱动了：

 

  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. <ItemGroup> 
    2. 
   
   
   
   
  2.  
    3. 
   
   
   
   
  3.     <RequiredProjects Include="$(SPOCLIENT)\DeviceCode\Targets\Native\CortexM3\DeviceCode\SysTick\dotNetMF.proj" /> 
    4. 
   
   
   
   
  4.  
    5. 
   
   
   
   
  5.     <DriverLibs Include="SysTick.$(LIB_EXT)" /> 
    6. 
   
   
   
   
  6.  
    7. 
   
   
   
   
  7.   </ItemGroup> 
    8. 
   
   
   
   
  8.  
    9.

在NativeSample.cpp中咱们只能经过Events_WaitForEvents( 0, 1000 )代码测试SysTick驱动的一部分功能，所有的功能要在TinyCLR项目去测试了。

小插曲：在实现LCD驱动的时候，初始化LCD寄存器须要延时，在采用CYCLE_DELAY_LOOP2时，debug版本和release版本有很大的区别，debug可正常运行，可是release会有问题，在Sleep_uSec_Loop函数开始添加GLOBAL_LOCK(irq)代码就能够了，可是这样一改在TinyCLR代码中能正常运行的debug版本就会出问题了。可见嵌入式开发的难点不在于代码的编写，而在于调试。

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