织女星开发板RISC-V内核实现微秒级精确延时
本帖最后由 皋陶 于 2020-8-26 15:33 编辑文章目录
[*]前言
[*]关于LPIT0
[*]ZERO核的SysTick定时器
[*]delay.c文件
[*]delay.h文件
[*]实际验证
[*]驱动IIC接口OLED
[*]总结
[*]参考资料
[*]历史精选
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RI5CY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。
system_RV32M1_ri5cy.c文件的SysTick定时器：
/* Use LIPT0 channel 0 for systick. */
#define SYSTICK_LPIT LPIT0
#define SYSTICK_LPIT_CH 0
#define SYSTICK_LPIT_IRQn LPIT0_IRQn
system_RV32M1_ri5cy.h文件中的SysTick中断服务函数：
#define SysTick_Handler LPIT0_IRQHandler
system_RV32M1_zero_riscy.c文件中的SysTick定时：
/* Use LIPT1 channel 0 for systick. */
#define SYSTICK_LPIT LPIT1
#define SYSTICK_LPIT_CH 0
#define SYSTICK_LPIT_IRQn LPIT1_IRQn
system_RV32M1_zero_riscy.h文件中的SysTick中断服务函数：
/
#define SysTick_Handler LPIT1_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
TVALTimer Value Register读/写设置定时器初值
CVALCurrent Timer Value只读获取当前计数值
SETENSet Timer Enable Register读写定时器使能控制
CLRTENClear Timer Enable Register只写清除计数值
MCRModule Control Register读写定时器时钟使能控制
MSRModule 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
ZERO核的SysTick定时器
虽然同样是属于RISC-V内核，ZERO核与RI5CY核使用的SysTick定时器不同，
[*]ZERO : LPIT1_CH0
[*]RI5CY: LPIT0_CH0
可以通过预编译指令来进行条件编译，官方的Demo工程通过使用不同的宏定义来区分两个工程。
[*]ZERO核宏定义：CPU_RV32M1_zero_riscy
[*]RI5CY核宏定义：CPU_RV32M1_ri5cy
delay.c文件
#include "delay.h"
/*
* ZERO : LPIT1_CH0
* RI5CY: LPIT0_CH0
* */
static uint8_tfac_us=0;
static uint16_t fac_ms=0;
#if defined(CPU_RV32M1_zero_riscy)
/*
* RISC_V ZERO 使用 LPIT1_CH0作为SysTick，与RI5CY不同
* */
void Delay_Init(void)
{
CLOCK_SetIpSrc(kCLOCK_Lpit1, kCLOCK_IpSrcFircAsync); //设置定时器时钟48MHz
LOG("LPIT1时钟: %ld \r\n", CLOCK_GetIpFreq(kCLOCK_Lpit1)); //输出LPIT0时钟
CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Lpit1); //使能时钟
LPIT_Reset(LPIT1); //复位定时器
LPIT1->MCR = LPIT_MCR_M_CEN_MASK; //使能定时器
fac_us = CLOCK_GetIpFreq(kCLOCK_Lpit1)/1000000;
fac_ms = fac_us*1000;
}
void Delay_us(uint32_t Nus)
{
LPIT1->CHANNEL.TVAL =48 * Nus - 1; //加载时间
LPIT1->SETTEN |= (LPIT_SETTEN_SET_T_EN_0_MASK << kLPIT_Chnl_0); //启动定时器
while(LPIT1->CHANNEL.CVAL); //等待计数值到0
// while((LPIT1->MSR & 0x0001) != 0x01); //等待溢出
// LPIT0->MSR |= (1U << kLPIT_Chnl_0); //写1，清除中断
LPIT1->CLRTEN |= (LPIT_CLRTEN_CLR_T_EN_0_MASK << kLPIT_Chnl_0); //清除计数器
}
void Delay_ms(uint32_t Nms)
{
LPIT1->CHANNEL.TVAL = Nms * fac_ms- 1; //加载时间
LPIT1->SETTEN |= (LPIT_SETTEN_SET_T_EN_0_MASK << kLPIT_Chnl_0); //启动定时器
while(LPIT1->CHANNEL.CVAL); //等待计数到0
// while((LPIT1->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
LPIT1->CLRTEN |= (LPIT_CLRTEN_CLR_T_EN_0_MASK << kLPIT_Chnl_0); //清除计数器
}
#elif defined(CPU_RV32M1_ri5cy)
/*
* RISC_V RI5CY 使用 LPIT0_CH0作为SysTick，与ZERO不同
* */
void Delay_Init(void)
{
CLOCK_SetIpSrc(kCLOCK_Lpit0, kCLOCK_IpSrcFircAsync); //设置定时器时钟48MHz
LOG("LPIT0时钟: %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;
}
void Delay_us(uint32_t Nus)
{
LPIT0->CHANNEL.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.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
}
void Delay_ms(uint32_t Nms)
{
LPIT0->CHANNEL.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.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
}
#endif
delay.h文件
#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__
#include "fsl_lpit.h"
#include "fsl_debug_console.h"
#include "sys.h"
/*
* ZERO : LPIT1_CH0
* RI5CY: LPIT0_CH0
* */
void Delay_Init(void);
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
历史精选
[*]真正的RISC-V开发板——VEGA织女星开发板开箱评测
[*]手把手教你搭建织女星开发板RISC-V开发环境
[*]织女星开发板启动模式修改——从ARM M4核启动
[*]织女星开发板调试器升级为Jlink固件
[*]NXP恩智浦VEGA织女星开发板免费申请！
[*]国产处理器的逆袭机会——RISC-V
本篇完，感谢关注：RISC-V单片机中文网
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