痞子衡嵌入式：介紹i.MXRT定時器PIT的多通道連結模式及其在coremark測試工程裡的應用

痞子衡發表於2022-02-20
定時器模式REM

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT定時器PIT的多通道連結模式及其在coremark測試裡的應用。

　　早在 2018 年 i.MXRT 系列跨界處理器剛推出的時候，痞子衡就寫了一篇 《i.MXRT1052效能實測(CoreMark)》，文章詳細介紹了在 i.MXRT 上如何一步一步地移植標準 coremark 程式，這篇文章閱讀量還不錯，據說很多人移植 coremark 都是看得這篇文章。

　　當時痞子衡把移植好的 coremark 工程也一起開源了出來，並且這個倉庫痞子衡也是在不斷維護的（增加新 MCU 型號支援，以及除了 coremark 之外的一些其他經典程式）。最近有同事向痞子衡反映，這個 coremark 測試工程裡關於計時部分有一些可以改進的地方，痞子衡看了一下，確實可以改進，這便是今天本文要聊的主題：

一、i.MXRT上的定時器簡介

　　工欲善其事，必先利其器。在改進 coremark 測試工程裡計時功能之前，我們先來了解一下 i.MXRT 上都有哪些跟計時/計數相關的模組，分別是什麼特點，下面是詳細列表。單從計時功能角度考慮，SysTick、GPT、PIT、TMR 都是不錯的選擇。

定時器 基本特性 應用特色
SysTick 24bit 計數器 系統(核心)時鐘節拍
GPT 32bit 計數器 計時，外部訊號捕獲，比較
PIT 32bit 計數器 x 4 ch（可級聯） 系統生命週期計時，觸發DMA
TMR 16bit 計數器 x 4 ch（可級聯） 混合功能：計時，訊號捕獲，正交解碼
eFlexPWM 16bit 計數器 x 6 ch PWM訊號生成
QDC 16bit,32bit - 5 ch 連線位置/速度感測器，正交解碼
WDOG 給定時間選項/16bit 系統復位

二、計時設計對coremark測試程式影響

　　我們知道 coremark 標準的測試邏輯是在某配置引數組合下單位時間內跑了多少次 coremark 程式，一般情況下要求至少跑 10s 以上，因此計時部分的設計是很重要的。

　　在早期 i.MXRT1050 coremark 工程裡，痞子衡選用了 PIT（channel 0 - 32bit）負責計時，為 PIT 配置的時鐘源是 24MHz 外部 OSC，定時器一次超時耗時約 178s，這種情況下，痞子衡也沒有使能 PIT 中斷，假定了一次 coremark 程式跑完不會碰到超時的情況，但顯然這種設計是不完善的。

　　此外我們知道定時器時鐘源頻率越高，計時粒度越細，計時時間也就越精確。大部分定時器時鐘源都可以配到系統 IPG bus 匯流排頻率（在 i.MXRT10xx 上可到 125MHz/150MHz，在 i.MXRT1170 上可到 240MHz），我們可以嘗試將定時器設到最高頻率的時鐘源，這時候就不得不考慮定時器超時中斷處理問題了。

　　使能定時器超時中斷，可以保證計時的嚴謹性，解決了 coremark 程式執行時間和次數的限制。但是頻繁的定時器中斷響應也會不斷打斷 coremark 程式的執行，對最終跑分結果產生不利影響，這個問題同樣需要解決。

三、PIT定時器多通道連結模式

　　前面說了 SysTick、GPT、PIT、TMR 都可以用作 coremark 測試工程定時器，但最終痞子衡還是選定了 PIT，因為 PIT 是最適合作為系統執行生命週期總計時器的，這主要得益於 PIT 內部有 4 個 32bit 計時器，並且可以連結使用（串連）。

　　要是將 4 個 32bit 計數器串成一個 128bit 超強計數器（channel 0 計數溢位，channel 1 計數加 1...），即使系統執行到地老天荒都不會出現一次超時（這裡指最後一鏈 channel 3 中斷觸發），所以也就根本不用管定時器中斷處理的事。

　　PIT 通道連結模式使能也很簡單，主要在 PIT->CHANNEL[x].TCTRL[CHN] 位上，這個位開啟後，channel x 就和 channel x-1 連了起來。下面是 channel 0 和 channel 1 串連組成 64bit 計數器的初始化程式碼：

void timer_pit_init(void)
{
    // Turn on PIT: MDIS = 0, FRZ = 0
    PIT->MCR = 0x00;

    // Set up timer 1 to max value
    PIT->CHANNEL[1].LDVAL = 0xFFFFFFFF;          // setup timer 1 for maximum counting period
    PIT->CHANNEL[1].TCTRL = 0;                   // Disable timer 1 interrupts
    PIT->CHANNEL[1].TFLG = 1;                    // clear the timer 1 flag
    PIT->CHANNEL[1].TCTRL |= PIT_TCTRL_CHN_MASK; // chain timer 1 to timer 0
    PIT->CHANNEL[1].TCTRL |= PIT_TCTRL_TEN_MASK; // start timer 1

    // Set up timer 0 to max value
    PIT->CHANNEL[0].LDVAL = 0xFFFFFFFF;         // setup timer 0 for maximum counting period
    PIT->CHANNEL[0].TFLG = 1;                   // clear the timer 0 flag
    PIT->CHANNEL[0].TCTRL = PIT_TCTRL_TEN_MASK; // start timer 0
}

　　實際上我們也根本不需要 128bit 計數器，64bit 計數器就完全夠用了，就以 150MHz 時鐘源來說，超時一次需要約 3899 年，誰需要操心 3899 年後的事情呢？此外，在 channel 0 和 channel 1 串聯的情況下，PIT 還提供了一個 64bit lifetime 計數器，直接讀這個計數器就能獲取當前 channel 0,1 串連的計數值，不用考慮手動讀 channel 0,1 計數值可能會發生的潛在翻轉問題（rollover）。

　　你看，使能了 PIT 通道連結用法後就完美地解決了 coremark 測試程式計時設計問題。

uint64_t timer_pit_get_ticks() {
    uint64_t valueH;
    volatile uint32_t valueL;

#if defined(FSL_FEATURE_PIT_HAS_LIFETIME_TIMER) && (FSL_FEATURE_PIT_HAS_LIFETIME_TIMER == 1)
    valueH = PIT->LTMR64H;
    valueL = PIT->LTMR64L;
#else
    do
    {
        valueL = PIT->CHANNEL[0].CVAL;
        valueH = PIT->CHANNEL[1].CVAL;
    } while (valueL < PIT->CHANNEL[0].CVAL);
#endif // FSL_FEATURE_PIT_HAS_LIFETIME_TIMER

    return ~((valueH << 32) | valueL);
}

四、關於coremark上計時的其他改進點

　　最後再提兩個 coremark 測試程式設計小改進點，一是在一些雙核型號上（比如 i.MXRT1170, CM7 和 CM4），如果兩個核同時跑 coremark 程式要用到不同 PIT 的話，需要檢查它們是不是共用一個時鐘開關，防止出現 CM7 上跑完了 coremark 之後關掉 PIT，影響 CM4 那邊 coremark 程式對 PIT 暫存器的訪問。

　　第二個改進點是 core_main.c 裡的 main() 函式在列印 Total ticks 時會將 u64 型的 total_time 變數強制轉為 u32 型，以便於 %lu 格式化輸出（32位無符號整數），這裡最好還是保留原來 u64 精度，痞子衡嘗試了 %llu 格式化輸出（64位無符號整數），結果在 ee_printf() 下不生效，所以做了個如下手動轉換版：

MAIN_RETURN_TYPE main(void) {
    // 程式碼省略...
    uint64_t total_time;

    total_time=get_time();

    //ee_printf("Total ticks      : %lu\n",(ee_u32)total_time);
    if (total_time & (~(uint64_t)0xFFFFFFFF))
    {
        ee_printf("Total ticks      : ");
        ee_printf("%lu",  (ee_u32)(total_time / 1000000000));
        ee_printf("%lu\n",(ee_u32)(total_time % 1000000000));
    }
    else
    {
        ee_printf("Total ticks      : %lu\n",(ee_u32)total_time);
    }

    // 程式碼省略...
}

　　至此，i.MXRT定時器PIT的多通道連結模式及其在coremark測試裡的應用痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

歡迎訂閱

文章會同時釋出到我的 部落格園主頁、CSDN主頁、知乎主頁、微信公眾號 平臺上。

微信搜尋"痞子衡嵌入式"或者掃描下面二維碼，就可以在手機上第一時間看了哦。

相關文章