SysTick驱动对TinyCLR来说非常重要,.Net Micro Framework系统的多线程和多任务(对托管代码来说是单任务多线程,但是还存在和托管代码同时运行的任务,如我们用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。

SysTick驱动有三个功用,一是我们上面所说的多任务和多线程支持;二是获得系统当前Tick,以此实现延时等待,比如我们常见的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。

和ARM7或ARM9相比,Cortex-M3系列的CPU提供了SysTick这个feature,所以我们就不需要用Timer来模拟Tick的功能了,直接用系统提供的SysTick就可以了。Cortex-M3的SysTick其定时器计数是递减的,递减到0就会触发中断(当然要使TICKINT使能),然后自动会加载LOAD寄存器的值,启动下一次计数循环。

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

在CortexM3.h文件中添加如下代码,以便于配置SysTick寄存器。

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

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

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

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

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

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

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,但是它不能真实反映系统开机以来的Tick数,因为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。

ISR是一个重点,它是系统实现多任务和多线程的“动力源”。

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

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函数是通过Tick计数计算延时间隔的。

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

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

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

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

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,我还没有细算过,以后有时间再补上这一课。

在NativeSample.proj中添加如下条目,就可以测试SysTick驱动了:

 

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

在NativeSample.cpp中我们只能通过Events_WaitForEvents( 0, 1000 )代码测试SysTick驱动的一部分功能,全部的功能要在TinyCLR项目去测试了。

小插曲:在实现LCD驱动的时候,初始化LCD寄存器需要延时,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,但是release会有问题,在Sleep_uSec_Loop函数开始添加GLOBAL_LOCK(irq)代码就可以了,但是这样一改在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。