STM32F4 计数器设计

Question

要在STM32 F4上 测试算法 性能 （重点原子的开发板 180MHz 的频率)
1 要精确到us 不是 ms,裸机程序
2 在不加RTC的情况下如何记录系统运行的时间。一个32位 uint32_t (2^32=4,294,967,296) （大约可以表示1.19小时)
曾经用过定时器，每中断一次计算器加1. 1ms 中断一次程序可运行，但需要精确到us，如果是1us中断一次，程序就没法跑了，不停中断

volatile uint32_t T = 0;
volatile uint32_t T1 = 0;
volatile uint32_t T2 = 0;
volatile uint32_t reload = 0;
.....

reload = SysTick->LOAD;
T1 = SysTick->VAL;
algo();
T2 = SysTick->VAL;
if (T1 != T2)
{
       if (T2 < T1)
    {
        T = T1 - T2;
    }
    else
    {
        T = reload - T2 + T1;
    }
}

Answer 1

当需要在没有RTC的情况下记录系统运行时间时，我们可以使用STM32的系统滴答定时器（SysTick）来实现。

系统滴答定时器是一个24位的计数器，它可以按照预设的时间间隔（通常为1ms）自动递减，当计数器减为0时，就会产生一次SysTick中断。在中断服务程序中，我们可以记录系统的运行时间，并进行相应的处理。

为了精确到us，我们需要根据SysTick定时器的时钟频率来计算每个SysTick定时器中断所表示的时间。在STM32F4上，SysTick定时器的时钟频率是AHB总线时钟频率（通常等于系统时钟频率）的1/8。因此，如果我们的系统时钟频率是180MHz，则SysTick定时器的时钟频率是180/8=22.5MHz。

计算每个SysTick中断所表示的时间（即SysTick定时器的计数周期）的方法如下：

由于SysTick定时器是一个24位的计数器，因此它的计数周期是2^24 = 16,777,216。
SysTick定时器的时钟频率是22.5MHz，因此每个SysTick中断所表示的时间是16,777,216/22.5MHz ≈ 0.744ms。
在中断服务程序中，我们可以记录系统的运行时间（以us为单位）的代码如下

volatile uint32_t systick_count = 0;  // 系统运行时间（以us为单位）

void SysTick_Handler(void)
{
    systick_count += 744;  // 每个SysTick中断表示的时间是744us
}

uint32_t get_system_time_us(void)
{
    uint32_t ticks;
    uint32_t cnt;
    do {
        ticks = systick_count;
        cnt = SysTick->VAL;
    } while (ticks != systick_count);
    return ticks + 744 - cnt / (SystemCoreClock / 22500000);
}

在上面的代码中，我们定义了一个全局变量systick_count来记录系统运行的时间（以us为单位），并在SysTick中断服务程序中每次增加744。这个数值是根据上面的计算得到的每个SysTick中断所表示的时间（即0.744ms）除以1000得到的，即744us。

在get_system_time_us()函数中，我们先读取当前的systick_count值和SysTick定时器的当前计数值（cnt），如果在读取过程中SysTick中断发生了，我们就再次读取，直到两次读取得到的systick_count值相同。然后我们将这两个值相加，并减去cnt/(SystemCoreClock/22500000)的值，得到系统运行的时间（以us为单位）。

这个差值的计算方法是根据SysTick计数器的减法计算方法得到的。当SysTick计数器减为0时，它会自动重载
使用DWT(Dat Watchpoint and Trace)寄存器进行计时
DWT寄存器是专门用来进行调试的寄存器，其中包括一个32位的计数器CYCCNT，可以实现精确计时。使用DWT寄存器需要开启调试功能，并且在编译时需要将调试信息加入代码中。

具体的使用方法如下：

在main函数中开启DWT寄存器，代码如下：

CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk;
DWT->CYCCNT = 0;
DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;

在需要进行计时的地方使用DWT_CYCCNT寄存器获取当前计数值，代码如下：

uint32_t start = DWT->CYCCNT;
algo();
uint32_t end = DWT->CYCCNT;
uint32_t cycles = end - start;

这样就可以使用DWT寄存器实现精确计时。

需要注意的是，DWT寄存器只能在调试模式下使用，而且在初始化时需要先开启调试模式才能使用DWT寄存器，这会对系统的性能产生一定影响。

总结：

以上是几种常用的方法，在STM32 F4上实现精确计时。不同的应用场景可以选择不同的方法来实现计时。需要根据实际情况选择合适的方法，权衡计时的精度和系统的性能。