讲座视频 - SysTick 计时器 - 理论

大家好，我是 Jon Valvano。 在本模块中，我们将讨论 SysTick 计时器。 SysTick 计时器是所有ARM Cortex-M 都具有的 内置时钟。 我们将使用它来测量运行时间或创建 软件延迟。 在这次的整个课程中，您将 看到我们会在机器人中频繁使用到它。 那么让我们开始吧。 那么，具体来说，我们将在该模块中使用 该计时器来创建延迟，或进行测量。 在后续实验中，我们将使用该相同的 计时器来创建周期性中断，以便我们能够 定期运行软件。 但我们将从使用 SysTick实现时间延迟的简单 任务开始。 SysTick最基本的它有一个 24 位计数器。 它称为值，或 VAL，它的宽度为 24 位。 它将以总线频率进行递减 -- 因此该数字将以 每秒 4800 万次的频率进行递减。 这一切过程的发生无需软件参与。 它是自动发生的。 我们的软件还将设置另一个 24 位 常数，它称为加载寄存器。 例如，如果您将加载寄存器设置为 5， 将要发生的是，计数器将进行 倒计数 -- 该值将进行倒计数，5，4，3，2，1，0 -- 在达到 0 之后，它将自动再次执行该过程 -- 5，4，3，2，1，0；5，4，3，2，1，0 -- 不停地重复进行。 因此，如果您看到加载寄存器的值 为 n，那么它其实是一个模 n 加 1 计数器， 那么，让我们来讨论一下软件 其实软件相当简单。 我们将把它分为两个部分。 第一个部分是初始化 -- 您将执行它一次。 那么，我们将看到，仅有三个与 SysTick 相关联的寄存器。 控制寄存器 --它包含一些位， 我将在初始化期间设置这些位。 具体而言，由于我希望 它以 48MHz 的频率进行计数， 因此我要把源寄存器设置为 1。 由于我希望它实际运行， 因此我要把这里的使能位设置为 1， 把该位 0 设置为 1。 在这里，在实验 9 中，我们还不需要中断， 因此我们要把该位设置为 0。 您可以看到，设置位 2、 声明位 0和设置位 0 在这里，在将 5 写入控制寄存器的初始化 代码中进行编码。 现在，控制寄存器中还有另一个位，它称为 计数 -- 它是位 16 -- 我们将在下一页中介绍。 但我们已经讨论了其他两个寄存器。 再说一次，24 位计数器本身位于该值寄存器中， 该 24 位常数重新加载值位于加载寄存器中。 一种使用该计时器的方法是向加载寄存器 全部写入 1。 再说一次，它是一个 24 位值。 因此，在您这么做之后，它将变成一个模为 2 的 24 次方的计数器。 如果您看到，如果我将 2 的 24 次方 乘以总线时钟的周期 -- 48MHz 的周期，即20.83 纳秒 -- 那么，我们将看到，在使用该加载值 设置时，这个东西将每 349 毫秒回滚重复 一次。 那么，换句换说，我要说的是，加载值 是它开始执行的值。 这是我输入的加载值。 20 纳秒之后，它将递减， 20 纳秒之后，它将递减。 然后它会一直运行下去，直到它达到 3，2，1，0。 然后，在达到 0 之后，它将重新回滚重复。 如果您愿意，该整个周期 将花费 349 毫秒的时间。 那么这是它的基本工作方式。 现在我们将通过两种方法在该模块中使用它。 第一种方法与秒表类似。 某件事需要多长时间才能发生？ 那么，我有某个函数 --某个软件，我不知道 它的执行需要多长时间 -- 我需要测量实际运行时间， 我可以使用 SysTick 计时器。 我再次使用了该加载值 -- 该加载值，如果您还记得，在前一张幻灯片中，它等于 FFFFFF 因此，它将对所有可能的24 位值进行倒计数， 然后重新回滚重复。 那么，我将执行它的方法是，在我感兴趣的函数执行之前， 我将捕获计数器的值。 我将执行该未知函数， 然后捕获第二个值，并把这两者相减。 由于它在进行倒计数，因此 我要用起始值减去终止值。 例如，如果我调用这个， 我得到数字 2,000 -- 它是介于 0 和 2 的 24次方之间的某个随机数 -- 然后我再次调用它，我得到 1,400，我知道 在这个时间和那个时间之间 经历了 600 个时钟周期。 因此我要把这两者相减，我将得到 600。 我将知道，这意味着600 乘以 20.83 纳秒， 那么，该测量，如果您愿意， 具有 20 纳秒的分辨率。 这意味着，任何大于 20 纳秒的 差异 -- 任何时间变化 -- 都将导致不同的计数。 因此，我能够以低至20 纳秒的分辨率解析 经历的时间测量。 我曾提到过，它需要经过 349 毫秒才会发生回滚，只要 这里经历的时间小于 349 毫秒，该系统 就能正常工作。 那么，这是我可以经历的最大时间 -- 最大的可能值是340毫秒。 如果您看看它， 将有 2 的 24 次方 -- 16,000,000 -- 个互不相同的 可能测量值， 因此，有 2 的 24 次方个我能够 加以区别的不同测量值。 我们要将这定义为 24 位 精度测量。 您会说，嘿，John，这是怎么回事？ 好的，这正是我执行24 位减法的方法。 那么，让我在这里执行一个示例， 如果起始值碰巧是某个较小的数 -- 比如所它碰巧是 4 -- 然后它进行计数，1 次，2 次，3 次，4 次， 5 次 -- FFFFFF -- 6 次 -- FFFFFE -- 这是我的终止时间， 您已经知道答案了。 答案是 6，对吧？ 1，2，3，4，5，6 --您知道答案将是 6。 但如果我获取起始值，然后用它减去终止值， 我得到的将是 FF0 0000 -- 又是这样 -- 1，2，3，4，5，6，对吧？ 这是当我用起始值减去终止值时将得到的结果。 但是，如果我丢弃该测量值的顶部 8 位， 那么我将得到正确的答案。 因此，这里使用 24 位掩码来结束它的神秘技巧 是一种执行24 位减法的方法。 那么，这只是 24 位。 再说一次，这就是我测量经历的时间的方法。 我可以使用它做的另一件事是时间延迟。 现在，您应该记得，控制寄存器中还有 另一个位，它称为计数位 它碰巧在那里，在位 16 中。 它的有趣之处在于，当它回滚时 -- 让我们在这里执行一个示例。 比如说 n 等于 让我们假设 n 等于 5。 好的，那么我将设置 n 等于 5。 那么，当我把 4 存储到加载寄存器中时， 计数器将变为 -- 它将成为这里的值计数器。 计数器将变为 4，然后它将进行计数 -- 4，3，2，1，0。 事实上，只要计数器从 1 变为 0，这就会设置计数标志 现在，正如您知道的，它将回滚重复并反复不断地进行计数。 但是，我在这里要做的是，把我 希望等待的时间设置到加载寄存器中。 我将减去 1，因为它会在这里从该 1 递减为 0 然后我将清除计数值 我将清除计数值，通过写入 -- 我写入 计数器的任何值都将清除计数。 然后我将等待计数位被设置。 再说一次，只要n 不是太小, 对于任何不大于 2 的 24次方的值，这都会正常工作。 或者最大为 349 毫秒。 现在，如果您希望等待的时间大于 349 毫秒，我将做的是， 我将把这个放在另一个的内部 例如，如果我把480,000 发送到 前一个函数中，这里的函数 将等待 10 毫秒，因为，再说一次， 如果我等待 48，这将是 1 微秒。 如果我等待 48,000，这将是 1 毫秒。 因此，如果我等待480,000，这将是 10 毫秒。 好的，然后我使用该另一个参数把它放入一个循环中。 现在，如果我调用该参数 -- 比如， 使用数字 100-- 这里的函数将等待 1 秒。 现在，它不是很高效。 它不是很高效，但它是一种实现时间延迟的 简单方法。 总之，我们看到了SysTick 具有 24 位， 此外，我们使用它实现了两种功能 -- 测量经历的时间和创建延迟。 在本课程的稍后部分中，我们将 使用它来创建中断，这将是一种用于实现延迟的方法， 一种很高效的方法。 但到目前为止，以这种方式 使用 SysTick 实际上非常低效，因为它在等待， 它呆在那里，什么也没做。 但这对于实验 9 而言是可以的。 好的，祝您愉快！