【STM32H7教程】第35章 STM32H7的定时器应用之高精度单次延迟实现（支持TIM2,3,4和5）

Simon223

发布于 2020-02-11 10:32:33

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第35章 STM32H7的定时器应用之高精度单次延迟实现（支持TIM2,3,4和5）

本章教程为大家讲解定时器应用之高精度单次延迟实现，支持TIM2，TIM3，TIM4和TIM5。实际项目中用到的地方较多，如Modbus帧符间隔，定时采集一段时间波形等。

35.1 初学者重要提示

35.2 定时器单次延迟驱动设置

35.3 定时器板级支持包（bsp_timer.c）

35.4 定时器驱动移植和使用

35.5 实验例程框架

35.6 实验例程说明（MDK）

35.7 实验例程说明（IAR）

35.8 总结

35.1 初学者重要提示

学习本章节前，务必优先学习第32章，HAL库的几个常用API均作了讲解和举例。
STM32H7支持TIM1-TIM8，TIM12-TIM17共14个定时器，而中间的TIM9，TIM10，TIM11是不存在的，这点要注意。
在不需要任何补偿的情况下，误差可以做到正负1微秒以内。
TIM2和TIM5是32位定时器，而TIM3和TIM4是16位定时器。

35.2 定时器单次延迟驱动设计

单次定时器要实现1us的精度，可以直接将定时器时钟设置为1MHz，这样定时器每计数1次就是1us。对于16位定时器最大值就是0xFFFF微秒，而32位定时器就是0xFFFFFFFF微秒。

剩下的问题就是单次延迟时间到了可以及时执行相应功能，那么就可以开启一个CC捕获比较中断。而延迟时间可以直接通过设置CCR比较捕获寄存器实现。比如当前定时器的计数值是1000，我们要实现10us的单次延迟，我们就可以直接设置CCR的数值为1000 + 10 =1010即可，等1010的计数值到了，就会触发CC捕获比较中断。

35.2.1 定时器单次延迟宏定义

单次延迟支持TIM2，TIM3，TIM4和TIM5，其中TIM2和TIM5是32位定时器，而TIM3和TIM4是16位定时器。每个定时器都有4个通道，可以独立配置使用，互不影响。

1.    /*
2.        定义用于硬件定时器的TIM， 可以使 TIM2 - TIM5
3.    */
4.    #define USE_TIM2
5.    //#define USE_TIM3
6.    //#define USE_TIM4
7.    //#define USE_TIM5
8.    
9.    #ifdef USE_TIM2
10.        #define TIM_HARD                    TIM2
11.        #define    RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE()    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE()
12.        #define TIM_HARD_IRQn                TIM2_IRQn
13.        #define TIM_HARD_IRQHandler            TIM2_IRQHandler
14.    #endif
15.    
16.    #ifdef USE_TIM3
17.        #define TIM_HARD                    TIM3
18.        #define    RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE()    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE()    
19.        #define TIM_HARD_IRQn                TIM3_IRQn
20.        #define TIM_HARD_IRQHandler            TIM3_IRQHandler
21.    #endif
22.    
23.    #ifdef USE_TIM4
24.        #define TIM_HARD                    TIM4
25.        #define    RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE()    __HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE()
26.        #define TIM_HARD_IRQn                TIM4_IRQn
27.        #define TIM_HARD_IRQHandler            TIM4_IRQHandler
28.    #endif
29.    
30.    #ifdef USE_TIM5
31.        #define TIM_HARD                    TIM5
32.        #define    RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE()    __HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE()
33.        #define TIM_HARD_IRQn                TIM5_IRQn
34.        #define TIM_HARD_IRQHandler            TIM5_IRQHandler
35.    #endif
36.    
37.    /* 保存 TIM定时中断到后执行的回调函数指针 */
38.    static void (*s_TIM_CallBack1)(void);
39.    static void (*s_TIM_CallBack2)(void);
40.    static void (*s_TIM_CallBack3)(void);
41.    static void (*s_TIM_CallBack4)(void);

这里把几个关键的地方阐释下：

第4- 7行，用于选择要使用的定时器，使用哪个定时器，使能那个宏定义即可。
第9 - 14行，用于配置定时器的四个宏定义，这里是配置的TIM2，后面TIM3，TIM4，TIM5的配置同理。
第38 – 40行，定义4个函数指针，用于保存定时器CC比较捕获中断执行后的回调函数指针。

35.2.2 定时器单次延迟初始化

单次定时器的初始化代码如下：

1.    /*
2.    ******************************************************************************************************
3.    *    函 数 名: bsp_InitHardTimer
4.    *    功能说明: 配置 TIMx，用于us级别硬件定时。TIMx将自由运行，永不停止.
5.    *            TIMx可以用TIM2 - TIM5 之间的TIM, 这些TIM有4个通道, 挂在 APB1 上，输入时钟
6.    *             =SystemCoreClock / 2
7.    *    形    参: 无
8.    *    返 回 值: 无
9.    ******************************************************************************************************
10.    */
11.    void bsp_InitHardTimer(void)
12.    {
13.        TIM_HandleTypeDef  TimHandle = {0};
14.        uint32_t usPeriod;
15.        uint16_t usPrescaler;
16.        uint32_t uiTIMxCLK;
17.        TIM_TypeDef* TIMx = TIM_HARD;
18.        
19.        RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE();        /* 使能TIM时钟 */
20.        
21.        /*-----------------------------------------------------------------------
22.            bsp.c 文件中 void SystemClock_Config(void) 函数对时钟的配置如下: 
23.    
24.            System Clock source       = PLL (HSE)
25.            SYSCLK(Hz)                = 400000000 (CPU Clock)
26.            HCLK(Hz)                  = 200000000 (AXI and AHBs Clock)
27.            AHB Prescaler             = 2
28.            D1 APB3 Prescaler         = 2 (APB3 Clock  100MHz)
29.            D2 APB1 Prescaler         = 2 (APB1 Clock  100MHz)
30.            D2 APB2 Prescaler         = 2 (APB2 Clock  100MHz)
31.            D3 APB4 Prescaler         = 2 (APB4 Clock  100MHz)
32.    
33.            因为APB1 prescaler != 1, 所以 APB1上的TIMxCLK = APB1 x 2 = 200MHz;
34.            因为APB2 prescaler != 1, 所以 APB2上的TIMxCLK = APB2 x 2 = 200MHz;
35.            APB4上面的TIMxCLK没有分频，所以就是100MHz;
36.    
37.            APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13, TIM14，LPTIM1
38.            APB2 定时器有 TIM1, TIM8 , TIM15, TIM16，TIM17
39.    
40.            APB4 定时器有 LPTIM2，LPTIM3，LPTIM4，LPTIM5
41.    
42.        ----------------------------------------------------------------------- */
43.        if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM15) || (TIMx == TIM16) || (TIMx == TIM17))
44.        {
45.            /* APB2 定时器时钟 = 200M */
46.            uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2;
47.        }
48.        else    
49.        {
50.            /* APB1 定时器 = 200M */
51.            uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2;
52.        }
53.    
54.        usPrescaler = uiTIMxCLK / 1000000 - 1;    /* 分频比 = 1 */
55.        
56.        if (TIMx == TIM2 || TIMx == TIM5)
57.        {
58.            usPeriod = 0xFFFFFFFF;
59.        }
60.        else
61.        {
62.            usPeriod = 0xFFFF;
63.        }
64.    
65.        /* 
66.           设置分频为usPrescaler后，那么定时器计数器计1次就是1us
67.           而参数usPeriod的值是决定了最大计数：
68.           usPeriod = 0xFFFF 表示最大0xFFFF微妙。
69.           usPeriod = 0xFFFFFFFF 表示最大0xFFFFFFFF微妙。
70.        */
71.        TimHandle.Instance = TIMx;
72.        TimHandle.Init.Prescaler         = usPrescaler;
73.        TimHandle.Init.Period            = usPeriod;
74.        TimHandle.Init.ClockDivision     = 0;
75.        TimHandle.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;
76.        TimHandle.Init.RepetitionCounter = 0;
77.        TimHandle.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
78.        
79.        if (HAL_TIM_Base_Init(&TimHandle) != HAL_OK)
80.        {
81.            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
82.        }
83.    
84.        /* 配置定时器中断，给CC捕获比较中断使用 */
85.        {
86.            HAL_NVIC_SetPriority(TIM_HARD_IRQn, 0, 2);
87.            HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM_HARD_IRQn);    
88.        }
89.        
90.        /* 启动定时器 */
91.        HAL_TIM_Base_Start(&TimHandle);
92.    }

这里把几个关键的地方阐释下：

第13行，HAL库的这个结构体变量要初始化为0，此问题在第32章的的4.1小节有专门说明。
第43 – 52行，获取定时器的时钟频率，TIM2，TIM3，TIM4和TIM5都是用的APB1，因为APB1 prescaler != 1, 所以 APB1上的TIMxCLK = APB1 x 2 = 200MHz。
第54行，设置分频参数，定时器分频的频率是1MHz。
第71 - 82行，设置分频为usPrescaler后，那么定时器计数器计1次就是1us，而参数usPeriod的值是决定了最大计数： usPeriod = 0xFFFF 表示最大0xFFFF微秒。 usPeriod = 0xFFFFFFFF 表示最大0xFFFFFFFF微秒。
第86 – 87行，这里要特别注意，此处是开启定时器的NVIC是供CC捕获比较中断使用，而不是更新中断。
第91行，启动定时器。

35.2.3 定时器单次延迟启动

下面是定时器的启动代码，使用TIM2-5做单次定时器使用, 定时时间到后执行回调函数。可以同时启动4个定时器，互不干扰。

1.    /*
2.    ******************************************************************************************************
3.    *    函 数 名: bsp_StartHardTimer
4.    *    功能说明: 使用TIM2-5做单次定时器使用, 定时时间到后执行回调函数。可以同时启动4个定时器，互不干扰。
5.    *             定时精度正负1us （主要耗费在调用本函数的执行时间，函数内部进行了补偿减小误差）
6.    *              TIM2和TIM5 是32位定时器。定时范围很大
7.    *              TIM3和TIM4 是16位定时器。
8.    *    形    参: _CC : 捕获通道几，1，2，3, 4
9.    *          _uiTimeOut : 超时时间, 单位 1us. 对于16位定时器，最大 65.5ms; 对于32位定时器，最大 4294秒
10.    *          _pCallBack : 定时时间到后，被执行的函数
11.    *    返 回 值: 无
12.    ******************************************************************************************************
13.    */
14.    void bsp_StartHardTimer(uint8_t _CC, uint32_t _uiTimeOut, void * _pCallBack)
15.    {
16.        uint32_t cnt_now;
17.        uint32_t cnt_tar;
18.        TIM_TypeDef* TIMx = TIM_HARD;
19.        
20.        /* H743速度较快，无需补偿延迟，实测精度正负1us */
21.      
22.        cnt_now = TIMx->CNT; 
23.        cnt_tar = cnt_now + _uiTimeOut;            /* 计算捕获的计数器值 */
24.        if (_CC == 1)
25.        {
26.            s_TIM_CallBack1 = (void (*)(void))_pCallBack;
27.    
28.            TIMx->CCR1 = cnt_tar;                 /* 设置捕获比较计数器CC1 */
29.              TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC1;   /* 清除CC1中断标志 */
30.            TIMx->DIER |= TIM_IT_CC1;            /* 使能CC1中断 */
31.        }
32.        else if (_CC == 2)
33.        {
34.            s_TIM_CallBack2 = (void (*)(void))_pCallBack;
35.    
36.            TIMx->CCR2 = cnt_tar;                /* 设置捕获比较计数器CC2 */
37.              TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC2;    /* 清除CC2中断标志 */
38.            TIMx->DIER |= TIM_IT_CC2;            /* 使能CC2中断 */
39.        }
40.        else if (_CC == 3)
41.        {
42.            s_TIM_CallBack3 = (void (*)(void))_pCallBack;
43.    
44.            TIMx->CCR3 = cnt_tar;                /* 设置捕获比较计数器CC3 */
45.              TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC3;    /* 清除CC3中断标志 */
46.            TIMx->DIER |= TIM_IT_CC3;            /* 使能CC3中断 */
47.        }
48.        else if (_CC == 4)
49.        {
50.            s_TIM_CallBack4 = (void (*)(void))_pCallBack;
51.    
52.            TIMx->CCR4 = cnt_tar;                /* 设置捕获比较计数器CC4 */
53.              TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC4;    /* 清除CC4中断标志 */
54.            TIMx->DIER |= TIM_IT_CC4;            /* 使能CC4中断 */
55.        }
56.        else
57.        {
58.            return;
59.        }
60.    }

这里把几个关键的地方阐释下：

第22行，获取定时器的计数值，赋给32位变量。
第23行，将当前的计数值和延迟的计数值求和，这里有个隐含的知识点，就是两个数求和会有溢出的情况，溢出了会不会出问题，答案是不会的
- 对于32位定时器，如果两个32位变量求和超过范围，那么变量cnt_tar最终结果是超出的那部分。而定时器的配置也是向上计数的，计数满32位后，也是从0开始重新计数，记到cnt_tar就是我们所设置的_uiTimeOut时间。为了方便大家理解，举个例子，比如cnt_now = TIMx->CNT = 0xfffffff0， _uiTimeOut = 0x20。那么cnt_tar = 0x10，定时器从0xfffffff0计数到0xffffffff后，再从0开始计数到0x10，时间差就是_uiTimeOut。
- 对于16位定时器，cnt_now = TIMx->CNT获取的数值是小于等于0xffff的，执行第23行的函数后，变量cnt_tar的数值是有可能会大于0xffff的，这也没有关系的，因为16位定时器对应的CCR寄存器是16位的，执行效果跟32位定时器溢出的效果一样。比如cnt_now = TIMx->CNT = 0xfff0， _uiTimeOut = 0x20。那么cnt_tar = 0x10010，将这个数值赋值给16位的CCR寄存器效果就是CCR = 0x10。定时器从0xfff0计数到0xffff后，再从0开始计数到0x10，时间差就_uiTimeOut。
第24行，_CC = 1表示通道1，_CC = 2表示通道2，_CC = 3表示通道3，_CC = 4表示通道4。
第26行，参数_pCallBack前的void (*)(void)是函数指针的强制类型转换，防止警告。
第28 – 30行，设置捕获比较寄存器CCR，清除CC中断并开启CC中断。
第32 – 55行，其它通道的处理。跟通道1的处理方式相同。

看了源码后，也许会有读者会问，程序里面直接将定时器计数器CNT清零后设置新的计数是否可行。答案是不行的，因为我们要实现四个通道可以同时使用，如果CNT清零，将影响其它通道的使用。

35.2.4 定时器中断处理

定时器中断服务程序主要用于处理 CC捕获比较中断，启动单次延迟后，时间到了将执行中断服务程序里面的回调函数。用户可以在这个回调函数里面实现要做的功能。

1.    /*
2.    ******************************************************************************************************
3.    *    函 数 名: TIMx_IRQHandler
4.    *    功能说明: TIM 中断服务程序
5.    *    形    参：无
6.    *    返 回 值: 无
7.    ******************************************************************************************************
8.    */
9.    void TIM_HARD_IRQHandler(void)
10.    {
11.        uint16_t itstatus = 0x0, itenable = 0x0;
12.        TIM_TypeDef* TIMx = TIM_HARD;
13.        
14.        
15.          itstatus = TIMx->SR & TIM_IT_CC1;
16.        itenable = TIMx->DIER & TIM_IT_CC1;
17.        
18.        if ((itstatus != (uint16_t)RESET) && (itenable != (uint16_t)RESET))
19.        {
20.            TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC1;
21.            TIMx->DIER &= (uint16_t)~TIM_IT_CC1;        /* 禁能CC1中断 */    
22.    
23.            /* 先关闭中断，再执行回调函数。因为回调函数可能需要重启定时器 */
24.            s_TIM_CallBack1();
25.        }
26.    
27.        itstatus = TIMx->SR & TIM_IT_CC2;
28.        itenable = TIMx->DIER & TIM_IT_CC2;
29.        if ((itstatus != (uint16_t)RESET) && (itenable != (uint16_t)RESET))
30.        {
31.            TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC2;
32.            TIMx->DIER &= (uint16_t)~TIM_IT_CC2;        /* 禁能CC2中断 */    
33.    
34.            /* 先关闭中断，再执行回调函数。因为回调函数可能需要重启定时器 */
35.            s_TIM_CallBack2();
36.        }
37.    
38.        itstatus = TIMx->SR & TIM_IT_CC3;
39.        itenable = TIMx->DIER & TIM_IT_CC3;
40.        if ((itstatus != (uint16_t)RESET) && (itenable != (uint16_t)RESET))
41.        {
42.            TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC3;
43.            TIMx->DIER &= (uint16_t)~TIM_IT_CC3;        /* 禁能CC2中断 */    
44.    
45.            /* 先关闭中断，再执行回调函数。因为回调函数可能需要重启定时器 */
46.            s_TIM_CallBack3();
47.        }
48.    
49.        itstatus = TIMx->SR & TIM_IT_CC4;
50.        itenable = TIMx->DIER & TIM_IT_CC4;
51.        if ((itstatus != (uint16_t)RESET) && (itenable != (uint16_t)RESET))
52.        {
53.            TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC4;
54.            TIMx->DIER &= (uint16_t)~TIM_IT_CC4;        /* 禁能CC4中断 */    
55.    
56.            /* 先关闭中断，再执行回调函数。因为回调函数可能需要重启定时器 */
57.            s_TIM_CallBack4();
58.        }    
59.    }

中断服务程序里面四个通道的处理方式是一样的，这里以通道1为例进行说明。

第15 – 18行，获取是否使能了CC中断且CC中断标志被置位。
第20 – 24行，清除CC中断标志，关闭CC中断，并执行回调函数。
第27 - 58行，其它通道的处理。跟通道1的处理方式相同。

35.3 定时器板级支持包（bsp_timer.c）

定时器单次延迟驱动文件bsp_timer.c供用户调用的主要是如下两个函数：

bsp_InitHardTimer
bsp_StartHardTimer

注意，当用户调用了函数bsp_InitTimer，此函数里面会调用bsp_InitHardTimer，用户无需再单独调用进行初始化。

35.3.1 函数bsp_InitHardTimer

函数原型：

void bsp_InitHardTimer(void)

函数描述：

此函数主要用于初始化定时器的单次延迟功能。us级别硬件定时，TIMx将自由运行，永不停止。

注意事项：

当用户调用了函数bsp_InitTimer，此函数也会被调用，无需用户再单独调用。

35.3.2 函数bsp_StartHardTimer

函数原型：

void bsp_StartHardTimer(uint8_t _CC, uint32_t _uiTimeOut, void * _pCallBack)

函数描述：

使用TIM2-5做单次定时器使用, 定时时间到后执行回调函数。可以同时启动4个定时器通道，互不干扰。定时精度正负1us（主要耗费在调用本函数的执行时间）。

函数参数：

第1个参数表示使用的捕获比较通道，数值范围1，2，3, 4，分别表示通道1，通道2，通道3和通道4。
第2个参数是超时时间, 单位 1us。对于16位定时器，最大0xFFFF微秒，即65.5毫秒，对于32位定时器，最大 0xFFFFFFFF微秒，即4294秒。
第3个参数是超时时间到后，被执行的回调函数。

注意事项：

根据使用的16位定时器或32位定时器，设置的超时时间不可超出范围。

使用举例：

可以看本章节配套的实例。

35.4 定时器驱动移植和使用

定时器的移植比较简单：

第1步：复制bsp_timer.c和bsp_timer.h到自己的工程目录，并添加到工程里面。
第2步：这几个驱动文件主要用到HAL库的GPIO和TIM驱动文件，简单省事些可以添加所有HAL库.C源文件进来。
第3步，应用方法看本章节配套例子即可。

35.5 实验例程设计框架

通过程序设计框架，让大家先对配套例程有一个全面的认识，然后再理解细节，本次实验例程的设计框架如下：

第1阶段，上电启动阶段：这部分在第14章进行了详细说明。
第2阶段，进入main函数：

- 第1步，硬件初始化，主要是MPU，Cache，HAL库，系统时钟，滴答定时器，LED和串口。
- 第2步，借助按键消息，方便用户测量不同微秒延迟实际耗时。

35.6 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V7-020_定时器四个比较捕获通道实现微妙级单次延迟（驱动支持TIM2-TIM5）

实验目的：

学习定时器实现微秒级单次延迟。

实验内容：

系统上电后驱动了1个软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
STM32H7支持TIM1-TIM8，TIM12-TIM17共14个定时器，而中间的TIM9，TIM10，TIM11是不存在的。
在不需要任何补偿的情况下，误差可以做到正负1微秒以内。
通过测量FMC扩展引脚23，可以测试单次延迟的实际执行时间。

实验操作：

K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。

FMC扩展引脚23的位置：

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

实际执行时间测量：

在不做任何误差补偿的情况下，误差在正负1微妙内，下面是延迟5微妙的实际执行时间：

下面是延迟10微妙的实际执行时间：

程序设计：

系统栈大小分配：

RAM空间用的DTCM：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到400MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第xx章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

主功能：

主程序实现如下操作：

K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */

    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟 */
                    bsp_StartHardTimer(1 ,5, (void *)TIM_CallBack2);
                    HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
                    break;

                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟 */
                    bsp_StartHardTimer(1 ,10, (void *)TIM_CallBack2);
                    HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
                    break;
                
                case KEY_DOWN_K3:            /* K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟 */
                    bsp_StartHardTimer(1 ,100, (void *)TIM_CallBack2);
                    HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
                    break;

                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

注意回调函数的处理：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: TIM_CallBack2
*    功能说明: 定时器中断的回调函数，此函数被bsp_StartHardTimer所调用。                        
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void TIM_CallBack2(void)
{
    HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
    bsp_LedToggle(4);
}

35.7 实验例程说明（IAR）

配套例子：

V7-020_定时器四个比较捕获通道实现微妙级单次延迟（驱动支持TIM2-TIM5）

实验目的：

学习定时器实现微秒级单次延迟。

实验内容：

系统上电后驱动了1个软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
STM32H7支持TIM1-TIM8，TIM12-TIM17共14个定时器，而中间的TIM9，TIM10，TIM11是不存在的。
在不需要任何补偿的情况下，误差可以做到正负1微秒以内。
通过测量FMC扩展引脚23，可以测试单次延迟的实际执行时间。

实验操作：

K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。

FMC扩展引脚23的位置：

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

实际执行时间测量：

在不做任何误差补偿的情况下，误差在正负1微妙内，下面是延迟5微妙的实际执行时间：

下面是延迟10微妙的实际执行时间：

程序设计：

系统栈大小分配：

RAM空间用的DTCM：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到400MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第xx章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

主功能：

主程序实现如下操作：

K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */

    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟 */
                    bsp_StartHardTimer(1 ,5, (void *)TIM_CallBack2);
                    HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
                    break;

                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟 */
                    bsp_StartHardTimer(1 ,10, (void *)TIM_CallBack2);
                    HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
                    break;
                
                case KEY_DOWN_K3:            /* K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟 */
                    bsp_StartHardTimer(1 ,100, (void *)TIM_CallBack2);
                    HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
                    break;

                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

注意回调函数的处理：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: TIM_CallBack2
*    功能说明: 定时器中断的回调函数，此函数被bsp_StartHardTimer所调用。                        
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void TIM_CallBack2(void)
{
    HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23);
    bsp_LedToggle(4);
}

35.8 总结

本章节就为大家讲解这么多，单次延迟在实际项目中用到的地方较多，如Modbus帧符间隔，定时采集一段时间波形等，望初学者务必掌握。

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原始发表：2020-01-02 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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