本章实现时间戳用的是 ARM Cortex-M 系列内核中的 DWT 这个外设的功能，有关这个外设的功能和寄存器说明具体见手册“STM32F10xxx Cortex-M3 programming manual”
8.1 时间戳简介：
在 uC/OS-III中，很多地方的代码都加入了时间测量的功能，比如任务关中断的时间，关调度器的时间等。知道了某段代码的运行时间，就明显地知道该代码的执行效率，如果时间过长就可以优化或者调整代码策略。如果要测量一段代码 A 的时间，那么可以在代码段 A 运行前记录一个时间点 TimeStart，在代码段 A 运行完记录一个时间点 TimeEnd，那么代码段 A 的运行时间 TimeUse 就等于 TimeEnd 减去 TimeStart。这里面的两个时间点TimeEnd 和 TimeStart，就叫做时间戳，时间戳实际上就是一个时间点。
8.2 时间戳的实现
通常执行一条代码是需要多个时钟周期的，即是 ns 级别。要想准确测量代码的运行时间，时间戳的精度就很重要。通常单片机中的硬件定时器的精度都是 us 级别，远达不到测量几条代码运行时间的精度。
在 ARM Cortex-M 系列内核中，有一个 DWT 的外设， 该外设有一个 32 位的寄存器叫CYCCNT，它是一个向上的 计数器，记录的是内核时钟 HCLK 运行的个数，当 CYCCNT溢出之后，会清 0 重新开始向上计数。 该计数器在 uC/OS-III中正好被用来实现时间戳的功能。
在 STM32F103 系列的单片机中， HCLK 时钟最高为 72M，单个时钟的周期为 1/72 us= 0.0139us = 14ns， CYCCNT 总共能记录的时间为 232*14=60S。在 uC/OS-III中，要测量的时间都是很短的，都是 ms 级别，根本不需要考虑计时器溢出的问题。如果内核代码执行的时间超过 s的级别，那就背离了实时操作系统实时的设计初衷了，没有意义。
8.3 时间戳代码讲解：
8.3.1 CPU_Init()函数：
CPU_Init()函数在 cpu_core.c（cpu_core.c 文件第一次使用需要自行在文件夹 uC-CPU中新建并添加到工程的 uC-CPU 组） 中实现，主要做三件事： 1、初始化时间戳， 2、初始化中断失能时间测量， 3、初始化 CPU 名字。第 2 和 3 个功能目前还没有使用到，只实现了第 1 个初始化时间戳的代码，具体见代码清单 8-1。
代码清单 8-1 CPU_Init()函数
/* CPU 初始化函数 */
void CPU_Init (void)
{
/* CPU 初始化函数中总共做了三件事
1、初始化时间戳
2、初始化中断失能时间测量
3、初始化 CPU 名字
这里只讲时间戳功能，剩下两个的初始化代码则删除不讲 */
#if ((CPU_CFG_TS_EN == DEF_ENABLED) || \ (1)
(CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED))
CPU_TS_Init(); (2)
#endif
}
代码清单 8-1（1）： CPU_CFG_TS_EN 和 CPU_CFG_TS_TMR_EN 这两个宏cpu_core.h中定义，用于控制时间戳相关的功能代码，具体定义见代码清单 8-2。
代码清单 8-2 CPU_CFG_TS_EN 和 CPU_CFG_TS_TMR_EN 宏定义
#if ((CPU_CFG_TS_32_EN == DEF_ENABLED) || \ (1)
(CPU_CFG_TS_64_EN == DEF_ENABLED))
#define CPU_CFG_TS_EN DEF_ENABLED
#else
#define CPU_CFG_TS_EN DEF_DISABLED
#endif
#if ((CPU_CFG_TS_EN == DEF_ENABLED) || \
(defined(CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN)))
#define CPU_CFG_TS_TMR_EN DEF_ENABLED
#else
#define CPU_CFG_TS_TMR_EN DEF_DISABLED
#endif
代码清单 8-2（1）： CPU_CFG_TS_32_EN 和 CPU_CFG_TS_64_EN 这两个宏在cpu_cfg.h（cpu_cfg.h 文件第一次使用需要自行在文件夹 uC-CPU 中新建并添加到工程的uC-CPU 组）文件中定义，用于控制时间戳是 32 位还是 64 位的，默认使能 32 位，具体见代码清单 8-3。
代码清单 8-3 CPU_CFG_TS_32_EN 和 CPU_CFG_TS_64_EN 宏定义
#ifndef CPU_CFG_MODULE_PRESENT
#define CPU_CFG_MODULE_PRESENT
#define CPU_CFG_TS_32_EN DEF_ENABLED
#define CPU_CFG_TS_64_EN DEF_DISABLED
#define CPU_CFG_TS_TMR_SIZE CPU_WORD_SIZE_32
#endif /* CPU_CFG_MODULE_PRESENT */
8.3.2 CPU_TS_Init()函数：
代码清单 8-1（2）： CPU_TS_Init()是时间戳初始化函数，在 cpu_core.c 中实现，具体见代码清单 8-4。
代码清单 8-4 CPU_TS_Init()函数
#if ((CPU_CFG_TS_EN == DEF_ENABLED) || \
(CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED))
static void CPU_TS_Init (void)
{
#if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
CPU_TS_TmrFreq_Hz = 0u; (1)
CPU_TS_TmrInit(); (2)
#endif
}
#endif
代码清单 8-4 （1）： CPU_TS_TmrFreq_Hz 是一个在 cpu_core.h 中定义的全局变量，表示 CPU 的系统时钟，具体大小跟硬件相关，如果使用 STM32F103 系列，那就等于72000000HZ。 CPU_TS_TmrFreq_Hz 变量的定义和时间戳相关的数据类型的定义具体见代码清单 8-5。
代码清单 8-5 CPU_TS_TmrFreq_Hz 和时间戳相关的数据类型定义
/*
*******************************************************************
* EXTERNS
* 在 cpu_core.h 开头定义
*******************************************************************
*/
#ifdef CPU_CORE_MODULE /* CPU_CORE_MODULE 只在 cpu_core.c 文件的开头定义 */
#define CPU_CORE_EXT
#else
#define CPU_CORE_EXT extern
#endif
/*
*******************************************************************
* 时间戳数据类型
* 在 cpu_core.h 文件定义
*******************************************************************
*/
typedef CPU_INT32U CPU_TS32;
typedef CPU_INT32U CPU_TS_TMR_FREQ;
typedef CPU_TS32 CPU_TS;
typedef CPU_INT32U CPU_TS_TMR;
/*
*******************************************************************
* 全局变量
* 在 cpu_core.h 文件定义
*******************************************************************
*/
#if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
CPU_CORE_EXT CPU_TS_TMR_FREQ CPU_TS_TmrFreq_Hz;
#endif
8.3.3 CPU_TS_TmrInit()函数：
代码清单 8-4（2）：时间戳定时器初始化函数 CPU_TS_TmrInit()在 cpu_core.c 实现，具体见代码清单 8-6。
代码清单 8-6 CPU_TS_TmrInit()函数
/* 时间戳定时器初始化 */
#if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
void CPU_TS_TmrInit (void)
{
CPU_INT32U fclk_freq;
fclk_freq = BSP_CPU_ClkFreq(); (2)
/* 使能 DWT 外设 */
BSP_REG_DEM_CR |= (CPU_INT32U)BSP_BIT_DEM_CR_TRCENA; (1)
/* DWT CYCCNT 寄存器计数清 0 */
BSP_REG_DWT_CYCCNT = (CPU_INT32U)0u;
/* 注意：当使用软件仿真全速运行的时候，会先停在这里，
就好像在这里设置了一个断点一样，需要手动运行才能跳过，
当使用硬件仿真的时候却不会 */
/* 使能 Cortex-M3 DWT CYCCNT 寄存器 */
BSP_REG_DWT_CR |= (CPU_INT32U)BSP_BIT_DWT_CR_CYCCNTENA;
CPU_TS_TmrFreqSet((CPU_TS_TMR_FREQ)fclk_freq); (3)
}
#endif
代码清单 8-6（1）：初始化时间戳计数器 CYCCNT，使能 CYCCNT 计数的操作步骤：
1、先使能 DWT 外设，这个由另外内核调试寄存器 DEMCR 的位 24 控制，写 1 使能。
2、使能 CYCCNT寄存器之前，先清 0。
3、使能 CYCCNT 寄存器，这个由 DWT_CTRL(代码上宏定义为 DWT_CR)的位 0 控制，写 1 使能。这三个步骤里面涉及到的寄存器定义在 cpu_core.c 文件的开头，具体见代码清单 8-7。
代码清单 8-7 DWT 外设相关寄存器定义
/*
*******************************************************************
* 寄存器定义
*******************************************************************
*/
#define BSP_REG_DEM_CR (*(CPU_REG32 *)0xE000EDFC)
#define BSP_REG_DWT_CR (*(CPU_REG32 *)0xE0001000)
#define BSP_REG_DWT_CYCCNT (*(CPU_REG32 *)0xE0001004)
#define BSP_REG_DBGMCU_CR (*(CPU_REG32 *)0xE0042004)
/*
*******************************************************************
* 寄存器位定义
*******************************************************************
*/
#define BSP_DBGMCU_CR_TRACE_IOEN_MASK 0x10
#define BSP_DBGMCU_CR_TRACE_MODE_ASYNC 0x00
#define BSP_DBGMCU_CR_TRACE_MODE_SYNC_01 0x40
#define BSP_DBGMCU_CR_TRACE_MODE_SYNC_02 0x80
#define BSP_DBGMCU_CR_TRACE_MODE_SYNC_04 0xC0
#define BSP_DBGMCU_CR_TRACE_MODE_MASK 0xC0
#define BSP_BIT_DEM_CR_TRCENA (1<<24)
#define BSP_BIT_DWT_CR_CYCCNTENA (1<<0)
8.3.4 BSP_CPU_ClkFreq()函数：
代码清单 8-6（2）： BSP_CPU_ClkFreq()是一个用于获取 CPU的 HCLK时钟的 BSP 函数，具体跟硬件相关，目前只是使用软件仿真，则把硬件相关的代码注释掉，直接手动设置 CPU 的 HCLK 的时钟等于软件仿真的时钟 25000000HZ。 BSP_CPU_ClkFreq()在
cpu_core.c实现，具体定义见代码清单 8-8。
代码清单 8-8 BSP_CPU_ClkFreq()函数
/* 获取 CPU 的 HCLK 时钟
这个是跟硬件相关的，目前我们是软件仿真，我们暂时把跟硬件相关的代码屏蔽掉，
直接手动设置 CPU 的 HCLK 时钟*/
CPU_INT32U BSP_CPU_ClkFreq (void)
{
#if 0
RCC_ClocksTypeDef rcc_clocks;
RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks);
return ((CPU_INT32U)rcc_clocks.HCLK_Frequency);
#else
CPU_INT32U CPU_HCLK;
/* 目前软件仿真我们使用 25M 的系统时钟 */
CPU_HCLK = 25000000;
return CPU_HCLK;
#endif
}
8.3.5 CPU_TS_TmrFreqSet()函数：
代码清单 8-6（3）： CPU_TS_TmrFreqSet()函数在 cpu_core.c 定义，具体的作用是把函数 BSP_CPU_ClkFreq()获取到的 CPU 的 HCLK 时钟赋值给全局变量 CPU_TS_TmrFreq_Hz，具体实现见代码清单 8-9。
代码清单 8-9 CPU_TS_TmrFreqSet()函数
/* 初始化 CPU_TS_TmrFreq_Hz，这个就是系统的时钟，单位为 HZ */
#if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
void CPU_TS_TmrFreqSet (CPU_TS_TMR_FREQ freq_hz)
{
CPU_TS_TmrFreq_Hz = freq_hz;
}
#endif
8.3.6 CPU_TS_TmrRd()函数：
CPU_TS_TmrRd()函数用于获取 CYCNNT 计数器的值，在 cpu_core.c 中定义，具体实现见代码清单 8-10。
代码清单 8-10 CPU_TS_TmrRd()函数
#if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
CPU_TS_TMR CPU_TS_TmrRd (void)
{
CPU_TS_TMR ts_tmr_cnts;
ts_tmr_cnts = (CPU_TS_TMR)BSP_REG_DWT_CYCCNT;
return (ts_tmr_cnts);
}
#endif
8.3.7 OS_TS_GET()函数：
OS_TS_GET()函数用于获取 CYCNNT 计数器的值，实际上是一个宏定义，将 CPU 底层的函数 CPU_TS_TmrRd()重新取个名字封装，供内核和用户函数使用，在 os_cpu.h 头文件定义，具体实现见代码清单 8-11。
代码清单 8-11 OS_TS_GET()函数
/*
*******************************************************************
* 时间戳配置
*******************************************************************
*/
/* 使能时间戳，在 os_cfg.h 头文件中使能 */
#define OS_CFG_TS_EN 1u
#if OS_CFG_TS_EN == 1u
#define OS_TS_GET() (CPU_TS)CPU_TS_TmrRd()
#else
#define OS_TS_GET() (CPU_TS)0u
#endif
8.4 main 函数：
主函数与上一章区别不大，首先在 main 函数开头加入 CPU_Init()函数，然后在任务 1中对延时函数的执行时间进行测量。具体见代码清单 8-12。
代码清单 8-12 主函数
uint32_t TimeStart; /* 定义三个全局变量 */
uint32_t TimeEnd;
uint32_t TimeUse;
/*
*******************************************************************
* main 函数
*******************************************************************
*/
int main(void)
{
OS_ERR err;
/* CPU 初始化： 1、初始化时间戳 */
CPU_Init();
/* 关闭中断 */
CPU_IntDis();
/* 配置 SysTick 10ms 中断一次 */
OS_CPU_SysTickInit (10);
/* 初始化相关的全局变量 */
OSInit(&err);
/* 创建任务 */
OSTaskCreate ((OS_TCB*) &Task1TCB,
(OS_TASK_PTR ) Task1,
(void *) 0,
(CPU_STK*) &Task1Stk[0],
(CPU_STK_SIZE) TASK1_STK_SIZE,
(OS_ERR *) &err);
OSTaskCreate ((OS_TCB*) &Task2TCB,
(OS_TASK_PTR ) Task2,
(void *) 0,
(CPU_STK*) &Task2Stk[0],
(CPU_STK_SIZE) TASK2_STK_SIZE,
(OS_ERR *) &err);
/* 将任务加入到就绪列表 */
OSRdyList[0].HeadPtr = &Task1TCB;
OSRdyList[1].HeadPtr = &Task2TCB;
/* 启动 OS，将不再返回 */
OSStart(&err);
}
/* 任务 1 */
void Task1( void *p_arg )
{
for ( ;; ) {
flag1 = 1;
TimeStart = OS_TS_GET();
OSTimeDly(20);
TimeEnd = OS_TS_GET();
TimeUse = TimeEnd - TimeStart;
flag1 = 0;
OSTimeDly(2);
}
}
8.5 实验想象：
时间戳时间测量功能在软件仿真的时候使用不了，只能硬件仿真，这里仅能够讲解代码功能。有关硬件仿真， 本书有提供一个测量 SysTick 定时时间的例程，名称叫“7-SysTick—系统定时器 STM32 时间戳【硬件仿真】 ”，在配套的程序源码里面可以找到。
