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STM32“隱藏的定時器”-DWT

1 前言

在之前的文章在《STM32延時函數(shù)的四種方法》使用定時器延時，在《如何測量代碼運行時間》中提到使用定時器外設(shè)計算代碼運行時間。文中提到這種方法的明顯缺點就是需要占用一個定時器，一些MCU在特定應(yīng)用場景下定時器外設(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)觀察點觸發(fā)。在STM32用戶手冊的第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，這個下文會說明。在這里我將其稱之為“隱藏的定時器”，因為他可以代替定時器外設(shè)實現(xiàn)上文提到延時功能和測量代碼運行時間的功能，DWT不能代替定時器的其他功能。

之所以DWT可以實現(xiàn)延時功能，因為它有一個32的計數(shù)器CYCCNT，這是一個向上計數(shù)的計數(shù)器，當(dāng)它溢出時會自動清零并重新開始向上計數(shù)，它的頻率就是內(nèi)核的主頻。簡單點說，就是內(nèi)核時鐘跳動一下，CYCCNT計數(shù)器就加1。

很明顯DWT計數(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，這個精度足以滿足大部分延時函數(shù)的需求，同樣程序的運行時間都是微秒級別的，遠遠滿足測量代碼運行時間的要求。

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。注意該寄存器詳細說明在STM32的用戶手冊上查不到，需要在CortexM3內(nèi)核手冊查到，在《Cortex-M3權(quán)威指南》書中也可以查到。

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

使能CYCCNT計數(shù)器，其控制位是DWT控制寄存器的第一位，寫1使能，則啟用CYCCNT計數(shù)器，否則CYCCNT計數(shù)器將不會工作。 

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32位向上累加的計數(shù)器，溢出會自動清零并累加，頻率是系統(tǒng)主頻。那么我們簡單封裝下，就可以實現(xiàn)延時函數(shù)。以下代碼在120Mhz的STM32F207測試。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //使用DWT延時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《如何測量代碼運行時間》測量延時函數(shù)是否準確。

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

如下圖，延時函數(shù)精確延時，沒有問題

實現(xiàn)測量代碼運行時長的函數(shù)接口

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //使用DWT測量函數(shù)運行時間 
    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延時函數(shù)的四種方法》精確延時，然后使用DWT測量延時時間。

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

如下圖，可以精確測量代碼運行時間，沒有問題。

5 后記

本文使用DWT代替了定時器部分功能，它的優(yōu)缺點如下：

1、優(yōu)點是：方便移植，經(jīng)過測試在M3、M4、M7內(nèi)核的MCU上都可以使用。

2、缺點是：和定時器一樣，都有一個延時的最大時間，測量代碼運行時間的最大值。

如果項目使用MCU有空閑的定時器，且不考慮換MCU的話，我個人建議還是使用通用的定時器外設(shè)，不要使用DWT，雖然DWT方便移植，但通用定時器外設(shè)簡單易懂，對于沒有了解過這部分知識的小白，看到DWT的延時函數(shù)，還需要學(xué)習(xí)下。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「知曉編程」


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