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

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。

struct CortexM3_SysTick

{

    static const UINT32 c_Base = 0xE000E010;

    /****/ volatile UINT32 CTRL; //0xE000E010

    static const    UINT32 CTRL_COUNTFLAG= ((UINT32)0x00010000); 

    static const    UINT32 CTRL_CLKSOURCE= ((UINT32)0x00000004);

    static const    UINT32 CTRL_TICKINT= ((UINT32)0x00000002);

    static const    UINT32 CTRL_ENABLE= ((UINT32)0x00000001);

    /****/ volatile UINT32 LOAD; //0xE000E014

    static const    UINT32 LOAD_RELOAD= ((UINT32)0x00FFFFFF); 

    /****/ volatile UINT32 VAL; //0xE000E018

    static const    UINT32 VAL_CURRENT= ((UINT32)0x00FFFFFF); 

    /****/ volatile UINT32 CALIB; //0xE000E01C

    static const    UINT32 CALIB_NOREF= ((UINT32)0x80000000); 

    static const    UINT32 CALIB_SKEW= ((UINT32)0x40000000); 

    static const    UINT32 CALIB_TENMS= ((UINT32)0x00FFFFFF);     

};

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。

struct SYSTICK_Driver

{

    static const UINT32 c_MaxTimerValue = 0xFFFFFF; //16777215 最大 250ms左右的定时

 

    volatile UINT64 m_Tick;

    volatile UINT64 m_nextCompare;

   

    static BOOL Initialize ();

    static BOOL Uninitialize();

    static UINT64 CounterValue();

    static void SetCompareValue( UINT64 CompareValue );

    static INT64 TicksToTime( UINT64 Ticks );

    static INT64 CurrentTime();

    static void Sleep_uSec( UINT32 uSec );

    static void Sleep_uSec_Loop( UINT32 uSec );

    static void ISR( void* Param );

};

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：

UINT64 SYSTICK_Driver::CounterValue()

{

    GLOBAL_LOCK(irq);

    CortexM3_SysTick &SysTick= CortexM3::SysTick();

    UINT32 value = (SysTick.LOAD - SysTick.VAL);

  

    if(SysTick.CTRL & CortexM3_SysTick::CTRL_COUNTFLAG)

    {

        g_SYSTICK_Driver.m_Tick+=SysTick.LOAD;          

    }

    

    return g_SYSTICK_Driver.m_Tick + value;

}

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”。

void SYSTICK_Driver::ISR( void* Param )

{   

   if(CounterValue() >= g_SYSTICK_Driver.m_nextCompare)

    {

       HAL_COMPLETION::DequeueAndExec();

    }

    else

    {

        SetCompareValue( g_SYSTICK_Driver.m_nextCompare );

    }

}

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。

void __section(SectionForFlashOperations) SYSTICK_Driver::Sleep_uSec( UINT32 uSec )

{

    GLOBAL_LOCK(irq);

    CortexM3_SysTick &SysTick= CortexM3::SysTick();  

    UINT32 maxDiff = CPU_MicrosecondsToTicks( uSec );   //每微秒的滴答数

        SysTick.LOAD =  maxDiff & 0xFFFFFF;  

    while(!(SysTick.CTRL & CortexM3_SysTick::CTRL_COUNTFLAG));

}

__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。

void __section(SectionForFlashOperations) SYSTICK_Driver::Sleep_uSec_Loop( UINT32 uSec )

{

    // iterations must be signed so that negative iterations will result in the minimum delay

    uSec *= (SYSTEM_CYCLE_CLOCK_HZ / CLOCK_COMMON_FACTOR);

    uSec /= (ONE_MHZ               / CLOCK_COMMON_FACTOR);

 

    // iterations is equal to the number of CPU instruction cycles in the required time minus

    // overhead cycles required to call this subroutine.

    int iterations = (int)uSec - 14;      // Subtract off call & calculation overhead

    CYCLE_DELAY_LOOP2(iterations);

}

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：

IDelayLoop2

    EXPORT IDelayLoop2

    subs    r0,r0, #2          ;; 1 cycle

    bgt     IDelayLoop2        ;; 1 cycle

     mov     pc, lr              ;; 5 cycles 

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：

 <ItemGroup>

    <RequiredProjects Include="$(SPOCLIENT)\DeviceCode\Targets\Native\CortexM3\DeviceCode\SysTick\dotNetMF.proj" />

    <DriverLibs Include="SysTick.$(LIB_EXT)" />

 </ItemGroup>

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。