如何使用RISC-V定时器生成精确频率中断

问题根源 #

你当前的实现错误是直接修改mtime寄存器：绝大多数RISC-V硬件实现中，mtime是由硬件自动递增的只读计数器，软件写入操作本身就不符合RISC-V规范，即使部分实现允许写入，从中断触发到执行mtime -= 50000的间隔会导致mtime被修改为偏小的值，最终引入固定的计时偏差，这是你中断频率偏低的核心原因。

原生RISC-V mtimer完全可以实现无偏差的精确固定频率中断，不需要额外硬件支持，按如下方案修改即可：

正确实现步骤 #

1. 预设计数步长：根据你的50MHz时钟、1ms中断间隔的需求，定义固定步长

#define MTIMER_STEP 50000

2. 初始化阶段：读取当前mtime的值，设置初始的mtimecmp，开启机器模式定时器中断即可

mtimecmp = mtime + MTIMER_STEP;

3. 中断处理函数内仅更新mtimecmp寄存器，不要触碰mtime：

mtimecmp += MTIMER_STEP;

精度保证原理 #

mtime是硬件持续自主计数的，每次中断触发的条件是mtime >= mtimecmp，你每次给mtimecmp累加固定步长，本质是基于上一次触发中断的理论阈值向上叠加，不管中断响应延迟、寄存器更新操作消耗了多少个时钟周期，下一次中断的触发阈值永远是上一次理论触发点+固定步长，不存在累加偏差，最终的平均中断频率完全精确等于目标值。

注意事项 #

• 如果你的中断处理总耗时超过1ms，会出现中断合并的情况（即一次中断处理还没做完，下一次中断触发条件已经满足），此时不会丢失计数，只是两次中断会合并为一次触发，平均频率仍然准确，只要保证中断处理耗时小于步长对应的时间即可实现严格的1ms间隔触发。
• 32位RISC-V平台操作64位的mtime、mtimecmp寄存器时，需要做原子操作保护：读mtime时需重复读取高32位直到两次读取值一致，再搭配低32位获取完整值；写mtimecmp时先写高32位为0xFFFFFFFF，再写低32位，最后写入正确的高32位，避免中途触发意外中断。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者dsula