STM32中微秒延时的实现方式

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0.前言

  最近在STM32驱动移植过程中需要用到微秒延时来实现一些外设的时序，由于网上找到的驱动方法良莠不齐，笔者在实现时序过程中也浪费了不少时间。这里就将笔者觉得比较好的几种方式记录一下，方便后续使用，也可以作为参考。

一、裸机实现方式

  在STM32的裸机程序中，实现微秒延时比较简单，通过SysTick计时即可。关于SysTick的相关知识可以站内搜索，这里就不再过多赘述了，相关的delay_us函数参考了正点原子例程中的实现方式：

// 注意:nus的值,不要大于798915us(最大值即2^24/fac_us {fac_us=21})
void delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t temp;
    SysTick->LOAD = nus * fac_us; // 时间加载，fac_us与时钟频率有关，例如：168Mhz时
                                  // fac_us=168，168/168M=1us
    SysTick->VAL = 0x00;                      // 清空计数器
    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // 开始倒数
    do
    {
        temp = SysTick->CTRL; // 读取控制及状态寄存器的值

    } while ((temp & 0x01) && !(temp & (1 << 16))); // 等待时间到达，使能且位16为0（未计到0）
    SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;      // 关闭计数器
    SysTick->VAL = 0X00;                            // 清空计数器
}

步骤：
1、根据延时时间和定时器所选时钟频率，计算出定时器要计数的时间数值；
2、将该数值加载到重装载寄存器中；
3、将当前值寄存器清零，打开定时器开始计数；
4、等待控制及状态寄存器的位16变为1；
5、关闭定时器，退出。

二、FreeRTOS实现方式

在FreeRTOS中，SysTick定时器的重装载值是固定的，且定时器是一直在工作的。因此像裸机编程中将时间数值加载到重装载寄存器的方法不再适用。经过多方的查找和修改，最终使用的以下的实现方式：

#include "main.h"
#include "FreeRTOSConfig.h"

extern void vPortSetupTimerInterrupt( void );

void delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t ticks;
    uint32_t told, tnow, reload, tcnt = 0;
    if ((0x0001 & (SysTick->CTRL)) == 0) { // 定时器未工作
        vPortSetupTimerInterrupt();      // 初始化定时器
    }

    reload = SysTick->LOAD;                    // 获取重装载寄存器值
    ticks = nus * (SystemCoreClock / 1000000); // 计数时间值
    told = SysTick->VAL;                       // 获取当前数值寄存器值（开始时数值）

    while (1)
    {
        tnow = SysTick->VAL; // 获取当前数值寄存器值
        if (tnow != told)    // 当前值不等于开始值说明已在计数
        {
            if (tnow < told) {        // 当前值小于开始数值，说明未计到0
                tcnt += told - tnow; // 计数值=开始值-当前值
            } else {                              // 当前值大于开始数值，说明已计到0并重新计数
                tcnt += reload - tnow + told; // 计数值=重装载值-当前值+开始值  （已从开始值计到0）
            }

            told = tnow; // 更新开始值
            if (tcnt >= ticks) {
                break; // 时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
            }
        }
    }
}

// SystemCoreClock为系统时钟(system_stmf1xx.c中)，通常选择该时钟作为systick定时器时钟，根据具体情况更改

步骤：
1、根据延时时间和定时器所选时钟频率，计算出定时器要计数的时间数值；
2、获取当前数值寄存器的数值；
3、以当前数值为基准开始计数；
4、当所计数值等于（大于）需要延时的时间数值时退出。
注：由于笔者使用STM32CubeIDE中通过CMSIS封装后的FreeRTOS API，所以需要额外extern引入与初始化定时器相关的API。如果使用原生FreeRTOS API，则需要根据情况引入。

三、定时器实现（通用）

  这种方式的优点就是简单且易用，直接使用一个闲置定时器分频后即可。在CubeMX中配制定时器，笔者选择基本定时器 TIM7，预分频PSC设置为(TIM总线时钟 - 1)，分频后频率为1MHz，即每次计数累加1/1000000秒 = 1us，计数区间65535，单次定时最长65535微秒，计数模式为up 向上计数，是否自动重新加载选disable，一次计数满后不再重新计数。

void  delay_us(uint16_t nus)
{
	__HAL_TIM_SetCounter(&htim7,0);
	__HAL_TIM_ENABLE(&htim7);
	
	while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim7)<nus);
	
	__HAL_TIM_DISABLE(&htim7);
}

步骤：
1、首先对定时器中的计数器进行置0；
2、使能定时器；
3、循环等待；
4、关闭定时器退出；

4、总结

  由于微秒延时间隔较短，所以在FreeRTOS中使用时最好避免内核对该线程进行调度，否则调度到其他线程可能要等到下一个时间片才能恢复运行。笔者对这部分还没有仔细了解，如有条件最好还是对相关线程添加关闭和恢复线程调度的操作。