从 32 位计时器获取 64 位时间戳

Question

在我的 stm32wb55 上，我使用 32 位定时器“tim2”从系统启动后的 32 位寄存器“CNT”读取时间。通过预缩放，我在腻子控制台上显示时间（以微秒为单位），效果非常好。但是现在，我需要记住更高的值。所以我想用 64 位整数来记忆时间。

有人知道这样做的简单方法吗？

Answer 1

tim2 定时器是一个 32 位分辨率的定时器，你想要一个 64 位的分辨率。有两种方法可以模拟 64 位计数器，以跟踪您的正常运行时间。

1. 每次达到要跟踪的时间单位时，都会增加一个变量。但这将是极其低效的，因为微控制器会进行大量持续的上下文切换。

2. 第二种方法是使用 32 位变量扩展计时器。然后在溢出时增加此类变量。

MSB                           LSB
+--------------+ +--------------+
|  32bit uint  | |  32bit timer |
+--------------+ +--------------+

它的工作方式是，在定时器达到0xffffffff（这是 32 位无符号计数器的最大值）后，定时器将溢出并从 0 开始。如果在第 32 位之后还有另一个位，它将翻转（与递增相同）。你可以做的是通过增加一个变量来模拟这种精确的行为。

首先，设置你的计时器。

static TIM_HandleTypeDef s_TimerInstance = { 
    .Instance = TIM2
};

void setup_timer()
{
    __TIM2_CLK_ENABLE();
    s_TimerInstance.Init.Prescaler = ##; //Chose the correct value that fits your needs
    s_TimerInstance.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    s_TimerInstance.Init.Period = 0xffffffff; //Chose the correct value that fits your needs
    s_TimerInstance.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; //Also choose this value
    s_TimerInstance.Init.RepetitionCounter = 0;
    HAL_TIM_Base_Init(&s_TimerInstance);
    HAL_TIM_Base_Start(&s_TimerInstance);
}

你的处理程序，每次你的计时器到达0xffffffff时都必须调用它

extern void TIM2_IRQHandler();
void TIM2_IRQHandler()
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&s_TimerInstance);
}

uint32_t extension;

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    extension++; //Increment
}

结合扩展变量和计时器值。每次要获取扩展器计数器值时使用此函数。您可以将其设为内联以避免额外调用，也可以将其设为宏。

uint64_t get_time()
{
    return (extension << 32) & (__HAL_TIM_GET_COUNTER(&s_TimerInstance));
}

现在把所有东西粘在一起

int main(void)
{
    HAL_Init(); //Initialize HAL library
    InitializeTimer(); //Initialize timer
    
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);

    while(1);
}

注意，现在 tim2 将被使用直到它溢出。不应更改，否则以下代码将不起作用。此外，设置除法器，使计时器按您之前所述每微秒递增一次。

此外，您可以使用计时器来计算秒数，然后计算微秒。如果您计算秒数，则最多可以数到 2^32 秒，即 4294967296。一年大约有 31536000 秒。使用 32 位计数器 (4294967296/31536000)，您最多可以计算 136.19252 年的正常运行时间。然后通过将正常运行时间除以 1000000 (uptime/1000000) 来获得微秒。我不知道你打算用微控制器做什么，但数秒对我来说听起来更有意义。

如果您真的想要精确，您仍然可以通过计算秒数来做到这一点，您可以将计时器计数器值添加到微秒计数中，您可以通过将秒数降低到微秒来获得，这样您就可以抵消没有的微秒' t 被添加到第二个计数中。

Answer 2

如果您只从非 ISR [非中断服务] 上下文中访问它，那非常简单。

如果您有 ISR，则基本级别需要锁定/解锁中断处理。 ISR 确实不必须与定时器中断相关。它可以用于任何 ISR（例如 tty、磁盘、SPI、视频/音频等）。

这里是一个简单的半裸机实现的一些代表性代码 [这类似于我在一些 R/T 商业产品中所做的，特别是在 Xilinx FPGA 内的 microblaze 中]：

typedef unsigned int u32;
typedef unsigned long long u64;

volatile int in_isr;                    // 1=inside an ISR

volatile u32 oldlo;                     // old LSW timer value
volatile u32 oldhi;                     // MSW of 64 bit timer

// clear and enable the CPU interrupt flag
void cli(void);
void sti(void);

// tmr32 -- get 32 bit timer/counter
u32 tmr32(void);

// tmrget -- get 64 bit timer value
u64
tmrget(void)
{
    u32 curlo;
    u32 curhi;
    u64 tmr64;

    // base level must prevent interrupts from occurring ...
    if (! in_isr)
        cli();

    // get the 32 bit counter/timer value
    curlo = tmr32();

    // get the upper 32 bits of the 64 bit counter/timer
    curhi = oldhi;

    // detect rollover
    if (curlo < oldlo)
        curhi += 1;

    oldhi = curhi;
    oldlo = curlo;

    // reenable interrupts
    if (! in_isr)
        sti();

    tmr64 = curhi;
    tmr64 <<= 32;
    tmr64 |= curlo;

    return tmr64;
}

// isr -- interrupt service routine
void
isr(void)
{

    // say we're in an ISR ...
    in_isr += 1;

    u64 tmr = tmrget();
    // do stuff ...

    // leaving the ISR ...
    in_isr -= 1;
}

// baselevel -- normal non-interrupt context
void
baselevel(void)
{

    while (1) {
        u64 tmr = tmrget();
        // do stuff ...
    }
}

如果tmrget 的调用频率足够高，以至于它可以捕获每个 32 位计时器值的翻转，则此方法可以正常工作。