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1.周期中断定时器 - EPIT
I.MX6ULL 包含两个 EPIT(Enhanced Periodic Interrupt Timer)定时器,EPIT 是一个 32 位定时器,用于提供精准的定时中断,软件使能后 EPIT 就会开始运行,EPIT 定时器有如下特点:
可选择时钟源:ipg_clk、ipg_clk_32k、ipg_clk_highfreq;
32 位向下计数;
12 位分频,分频值 1~4096;
计数值和比较值相等时产生中断;
其结构如下所示:
图中各模块的功能如下:
多路选择器:选择 EPIT 定时器的时钟源,EPIT 有 3 个可选时钟源: ipg_clk、ipg_clk_32k、ipg_clk_highfreq;
12-bit 分频器:对时钟源进行分频,12-bit 对应的值是 0~4095,对应 1~4096 分频;
经过分频的时钟信号进入 EPIT 内部,EPIT 内部有三个重要的寄存器:
32-bit 计数寄存器 EPIT_CNR;
32-bit 加载寄存器 EPIT_LR;
32-bit 比较寄存器 EPIT_CMPR;
EPIT 为向下计数器,初始值设置后开始向下递减直至为 0,EPIT_CNR 寄存器保存当前的计数值,在 Set-and-Forget 模式下,计数寄存器的值减少为 0 时,EPIT 会重新从加载寄存器读取数值到计数寄存器,重新开 始向下计数;
比较器:比较寄存器中的值用于和计数寄存器的计数值比较,如果相等会产生一个比较事件;
EPIT 可以设置引脚输出,设置后通过指定的引脚输出信号;
中断信号输出;
1.1.工作模式
EPIT 定时器有两种工作模式:set-and-forget 和 free-running,这两个工作模式的区别如下:
set-and-forget 模式:EPITx_CR (x = 1~2) 寄存器的 RLD 位为 1 时 EPIT 工作在该模式,该模式下 EPIT 计数寄存器从加载寄存器 EPITx_LR (x = 1~2) 中获取初始值,无法直接向计数寄存器写入数据,当计数器计数到 0 时,会从加载寄存器 EPITx_LR (x = 1~2) 中重新加载计数值到计数寄存器,并开始新一轮计时;
free-running 模式:EPITx_CR (x = 1~2) 寄存器的 RLD 位为 0 时 EPIT 工作在该模式,计数器计数到 0 后,会重新从 0xFFFF,FFFF 开始计数,而非从加载寄存器 EPITx_LR (x = 1~2) 中获取数据;
1.2.配置寄存器 - EPIT_CR
其中,重点关注如下位域:
CLKSRC[25:24]:EPIT 时钟源选择:
0:禁用时钟源;
1:选择 Peripheral 时钟 (ipg_clk);
2:选择 High-frequency 参考时钟 (ipg_clk_highfreq);
3:选择 Low-frequency 参考时钟 (ipg_clk_32k);
例程中设置为 1,即选择 ipg_clk 作为 EPIT 的时钟源,ipg_clk = 66MHz;
PRESCALAR[15:4]:EPIT 时钟源分频值,可设置范围 0~4095,对应 1~4096 分频;
RLD[3]:EPIT 工作模式:
0:free-running 模式;
1:set-and-forget 模式;
例程中设置为 1,即工作模式为 set-and-forget;
OCIEN[2]:比较中断使能位:
0:禁用比较中断;
1:使能比较中断;
例程中需要使能比较中断;
ENMOD[1]:计数器初始值设置:
0:计数器初始值等于上次关闭 EPIT 定时器后计数寄存器中的值;
1:计数器初始值从加载寄存器中读取;
EN[0]:EPIT 使能位:
0:禁用 EPIT;
1:启用 EPIT;
1.3.状态寄存器 - EPIT_SR
EPIT_SR 寄存器只有一个有效位 OCIF[0],该位是比较中断标志位:
为 0 时表示没有比较事件发生;
为 1 时表示有比较事件发生;
1.4.加载寄存器 - EPIT_LR
LOAD[31:0] 保存计数值,当 EPIT_CR.RLD 为 1 时,计数器从该寄存器中加载计数值
1.5.比较寄存器 - EPIT_CMPR
COMPARE[31:0] 保存比较值,当计数值与其相等时触发一次比较事件
1.6.计数寄存器 - EPIT_CNR
COUNT[31:0] 保存当前的计数值,软件可以读取当前计数值而不影响计数
2.通用定时器 - GPT
GPT(General Purpose Timer)是一个 32-bit 向上定时器(即从 0x0000,0000 开始向上递增计数)
GPT 定时器可以设置比较值,当计数器中的值和比较值相等时产生比较事件,并输出中断信号
GPT 定时器有一个 12 位的分频器,可以对 GPT 定时器的时钟源进行分频
GPT 定时器的特性如 下:
时钟源可选;
32-bit 向上计数;
12-bit 分频(1~4096 分频);
2 个输入捕获通道,可以设置触发方式;
3 个输出比较通道,可以设置输出模式;
可以生成捕获中断、比较中断和溢出中断;
计数器可以运行在 Restart 或 Free-Run 模式;
2.1. 时钟源
GPT 可选择的时钟源如下所示:
GPT 可选的时钟源有五个:
ipg_clk_24M;
GPT_CLK (外部时钟);
ipg_clk;
ipg_clk_32k;
ipg_clk_highfreq;
例程选择 ipg_clk 为 GPT 的时钟源:ipg_clk = 66MHz;
2.2.模块结构
GPT 定时器的结构如下所示:
其中各部分的作用如下:
时钟源:例程选择 ipg_clk 作为 GPT 定时器的时钟源;
12-bit 分频器:对时钟源进行分频,可设置 0~4095,分别对应 1~4096 分频;
经过分频的时钟信号:输入至 GPT 定时器内部的 32 位计数器;
输入捕获通道 1;
输入捕获通道 2;
输出比较寄存器:共有三路输出比较,因此有三个输出比较寄存器,输出比较寄存器为 32-bit;
输出比较中断:共三路输出比较中断,当计数器中的值和输出比较寄存器中的值相等时触发比较中断;
2.3.工作模式
GPT 有 Restart 和 Free-Run 两种工作模式,其特点如下:
Restart:GPTx_CR(x=1~2) 寄存器的 FRR 位为 0 时 GPT 工作在该模式,该模式下,当计数值和比较寄存器中的值相等时计数值会清零,然后重新从 0x00000000 开始向上计数,仅比较通道 1 才可以使用该模式,向比较通道 1 的比较寄存器写入任何数据都会复位 GPT 计数器,对于其他两路比较通道(通道 2 和 3),发生比较事件后不会复位计数器。
Free-Run:GPTx_CR(x=1~2) 寄存器的 FRR 位为 1 时 GPT 工作在该模式,该模式适用于所有三个比较通道,比较事件发生后不会复位计数器,而是继续计数,直到计数值为 0xFFFFFFFF,然后重新回滚到 0x00000000;
2.4.配置寄存器 - GPT_CR
该寄存器用于配置 GPT 定时器:
其中,主要关注如下几个位域:
OM3[28:26]:输出比较通道 3 的运行模式:
0b000:输出断开,引脚无响应;
0b001:翻转输出引脚的电平;
0b010:清空输出引脚(引脚低电平);
0b011:设置输出引脚(引脚高电平);
0b1xx:在输出引脚上产生一个低电平有效脉冲(一个输入时钟宽度);
OM2[25:23]:输出比较通道 2 的运行模式:
同上;
OM1[22:20]:输出比较通道 1 的运行模式:
同上;
SWR[15]:复位 GPT 定时器,向该位写 1 可以复位 GPT 定时器,GPT 复位完成后该位会自动清零;
FRR[9]:运行模式选择,该位为 0 时比较通道 1 工作在 Restart 模式,该位为 1 时所有的三个比较通道均工作在 Free-Run 模式;
CLKSRC[8:6]:GPT 定时器的时钟源选择:
为 0 时关闭时钟源;
为 1 时选择 ipg_clk 作为时钟源;
为 2 时选择 ipg_clk_highfreq 作为时钟源;
为 3 时选择外部时钟为时钟源;
为 4 时选择 ipg_clk_32k 作为时钟源;
为 5 时选择 ip_clk_24M 作为时钟源;
例程中选择 ipg_clk 作为 GPT 定时器的时钟源,因此该位设置为 1 (0b001);
ENMOD[1]:GPT 使能模式,该位为 0 时,如果关闭 GPT 定时器,计数寄存器中会保存 GPT 定时器关闭时的计数值,该位为 1 时,如果关闭 GPT 定时器,计数器寄存器就会清零;
EN[0]:模块使能,为 1 时使能 GPT 定时器,为 0 时关闭 GPT 定时器;
2.5.分频寄存器 - GPT_PR
该寄存器用于保存 GPT 定时器的分频系数:
PRESCALER24M[15:12]:24MHz 晶振分频系数,若时钟源未选择 24MHz 晶振,该位无效,该位可设置为 0x0~0xF,分别对应 1~16 分频;
PRESCALER[11:0]:分频系数,选择非 24MHz 晶振的其他时钟源时该位有效,其为 12-bit 分频器,可设置 0~4095,分别对应 1~4096 分频;
2.6.状态寄存器 - GPT_SR
其中,主要关注以下位域:
ROV[5]:回滚(溢出)标志位,当计数值从 0xFFFFFFFF 回滚到 0x00000000 的时候此位置 1;
IF2[4]:输入捕获通道 2 的输入捕获标志位,输入捕获事件发生以后该位置 1,共有两路输入捕获通道,如果使用输入捕获中断,则需要在中断处理函数中清除此位;
IF1[3]:输入捕获通道 1 的输入捕获标志位,输入捕获事件发生以后该位置 1,共有两路输入捕获通道,如果使用输入捕获中断,则需要在中断处理函数中清除此位;
OF3[2]:输出比较中断标志位,输出比较事件发生后此位置 1,共有三路输出比较通道;如果使用输出比较中断,则需要在中断处理函数中清除此位;
OF2[1]:输出比较中断标志位,输出比较事件发生后此位置 1,共有三路输出比较通道;如果使用输出比较中断,则需要在中断处理函数中清除此位;
OF1[0]:输出比较中断标志位,输出比较事件发生后此位置 1,共有三路输出比较通道;如果使用输出比较中断,则需要在中断处理函数中清除此位;
2.7.计数寄存器 - GPT_CNT
32-bit 的 COUNT 字段保存计数值:
2.8.比较寄存器 - GPT_OCR
每个 GPT 模块包含三路输出中断,每路输出均有对应的输出比较寄存器,32-bit 的 COMP 保存用户设置的比较值:
当计数器值和寄存器 GPT_OCR 中的值相等时会产生比较事件,如果比较中断使能则会触发相应的中断
2.9.高精度定时原理
高精度定时函数的实现需要借助硬件定时器,例程使用 GPT 定时器实现高精度延时
如果设置 GPT 定时器的时钟源为 ipg_clk = 66MHz,设置 66 分频,则进入 GPT 定时器的最终时钟频率为 66 / 66 = 1MHz,周期为 1us
GPT 计数器每计一个数就表示 “过去” 了 1us,如果计 10 个数就表示 “过去” 了 10us,通过读取寄存器 GPT_CNT 中的值就知道计了多少个数(即时间过去了多少),比如现在要延时 100us,进入延时函数后纪录下寄存器 GPT_CNT 中的值为 200,当 GPT_CNT 中的值为 300 时就表示 100us 过去了,表示延时结束
GPT_CNT 为 32-bit 寄存器,如果时钟为 1MHz,则 GPT_CNT 最多可以实现 0xFFFFFFFFus = 4294967295us ≈ 4294s ≈ 72min,也就是说 72 分钟以后 GPT_CNT 寄存器就会回滚到 0x00000000,也就是出现溢出,所以需要在延时函数中要处理溢出的情况