i.MXRT的PIT定时器及其在Coremark测试工程里的应用-icspec

i.MXRT的PIT定时器及其在Coremark测试工程里的应用

来源:恩智浦MCU加油站发布时间:2022-03-24

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早在2018年i.MX RT系列跨界处理器刚推出的时候，我就写了一篇《i.MX RT1052性能实测(CoreMark)》，文章详细介绍了在i.MX RT上如何一步一步地移植标准coremark 程序，这篇文章阅读量还不错，据说很多人移植coremark都是看的这篇文章。

当时痞子衡把移植好的coremark工程也一起开源了出来，并且这个仓库痞子衡也是在不断维护的（增加新MCU型号支持，以及除了coremark之外的一些其他经典程序）。

最近有同事向痞子衡反映，这个coremark测试工程里关于计时部分有一些可以改进的地方，痞子衡看了一下，确实可以改进，这便是今天本文要聊的主题：

开源地址：https://github.com/JayHeng/cortex-m-apps

一、i.MX RT上的定时器简介

工欲善其事，必先利其器。在改进coremark测试工程里计时功能之前，我们先来了解一下i.MX RT上都有哪些跟计时/计数相关的模块，分别是什么特点，下面是详细列表。

单从计时功能角度考虑，SysTick、GPT、PIT、TMR都是不错的选择。

二、计时对coremark测试的影响

我们知道coremark标准的测试逻辑，是在某配置参数组合下单位时间内跑了多少次coremark程序，一般情况下要求至少跑10s以上，因此计时部分的设计是很重要的。

在早期i.MX RT1050 coremark工程里，我选用了PIT（channel 0 - 32bit）负责计时，为PIT配置的时钟源是24MHz外部OSC，定时器一次超时耗时约178s，这种情况下，没有使能PIT中断，假定了一次coremark程序跑完不会碰到超时的情况，但显然这种设计是不完善的。

此外我们知道定时器时钟源频率越高，计时粒度越细，计时时间也就越精确。大部分定时器时钟源都可以配到系统IPG bus总线频率（在i.MX RT10xx上可达125MHz/150MHz，在i.MX RT1170上可达240MHz），我们可以尝试将定时器设到最高频率的时钟源，这时候就不得不考虑定时器超时中断处理问题了。

使能定时器超时中断，可以保证计时的严谨性，解决了coremark程序运行时间和次数的限制。但是频繁的定时器中断响应也会不断打断coremark程序的执行，对最终跑分结果产生不利影响，这个问题同样需要解决。

三、PIT定时器多通道链接模式

前面介绍过SysTick、GPT、PIT、TMR都可以用作coremark测试工程定时器，但最终还是选定了PIT，因为PIT是最适合作为系统运行生命周期总计时器的，这主要得益于PIT内部有4个32bit计时器，并且可以链接使用（串连）。

要是将4个32bit计数器串成一个128bit超强计数器（channel 0计数溢出，channel 1 计数加 1...），即使系统运行到地老天荒都不会出现一次超时（这里指最后一链channel3中断触发），所以也就根本不用管定时器中断处理的事。

PIT通道链接模式使能也很简单，需要配置PIT->CHANNEL[x].TCTRL[CHN]位，这个位开启后，channel x就和channel x-1连了起来。下面是channel 0和channel 1串连组成 64bit计数器的初始化代码：

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
}

实际上我们也根本不需要128bit计数器，64bit计数器就完全够用了，就以150MHz时钟源来说，超时一次需要约3899年，谁需要操心3899年后的事情呢？

此外，在channel 0和channel 1串联的情况下，PIT还提供了一个64bit lifetime计数器，直接读这个计数器就能获取当前channel0,1串连的计数值，不用考虑手动读channel 0,1计数值可能会发生的潜在翻转问题（rollover）。

你看，使能了PIT通道链接用法后，可以完美解决coremark测试程序计时设计问题。

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、coremark计时的其他改进点

最后再提两个coremark测试程序设计小改进点，一是在一些双核型号上（比如i.MX RT1170, CM7和CM4），如果两个核同时跑coremark程序要用到不同PIT的话，需要检查它们是不是共用一个时钟开关，防止出现CM7上跑完了coremark之后关掉PIT，影响CM4那边coremark程序对PIT寄存器的访问。

第二个改进点是core_main.c里的main()函数，在打印Total ticks时会将u64型的total_time变量强制转为u32，以便于%lu格式化输出（32位无符号整数），这里最好还是保留原来u64精度；尝试过%llu格式化输出（64位无符号整数），结果在ee_printf()下不生效，所以做了个如下手动转换版：

MAIN_RETURN_TYPE main(void) {
    // 代码省略...
    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);
    }

    // 代码省略...
}