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：

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_t  fac_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[kLPIT_Chnl_0].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[kLPIT_Chnl_0].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[kLPIT_Chnl_0].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[kLPIT_Chnl_0].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[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
}

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
}

#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

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• 手把手教你搭建织女星开发板RISC-V开发环境
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