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第十二章定时器编程

参考资料：

芯片手册《Chapter30 : General Purpose Timer (GPT)》。
芯片手册《Chapter24 : Enhanced Periodic Interrupt Timer (EPIT)》。

12.1 GPT定时器介绍

GPT具有32位递增计数器。可以将外部引脚上的事件通过定时器计数器捕获到寄存器中。触发事件可以为上升沿或下降沿。当定时器达到设定的值时，GPT还可以在输出引脚上产生事件，并产生中断。GPT具有12位预分频器，该分频器可以对多个时钟源的时钟进行分频。GPT框图如下：

特性

一个带有时钟源选择的32位递增计数器，时钟源包括外部时钟。
两个具有可编程触发沿的输入捕捉通道。
具有可编程输出模式的三个输出比较通道。还有一个“force compare”功能。
可以编程为在低功耗（low power）和调试（debug）模式下处于运行状态。
在捕获（capture），比较（compare）和翻转（rollover）事件时产生中断。
以重新启动（restart）或自由运行（free-run）模式进行计数器操作。

12.1.1 时钟源选择 Clock nameClock RootDescriptionipg_clkipg_clk_rootPeripheral clockipg_clk_32kckil_sync_clk_rootLow-frequency reference clock (32 kHz)ipg_clk_highfreqperclk_clk_rootHigh-frequency reference clockipg_clk_sipg_clk_rootPeripheral access clock

上表是GPT模块会使用到的时钟，ipg_clk提供了Peripheral的时钟，ipg_clk_perclk提供了gpt控制器的时钟，ipg_clk_32k提供低频参考时钟，ipg_clk_highfreq提供了高频参考时钟，ipg_clk_s提供了访问控制器寄存器所需的时钟。

从上图可以看出，可以从4个时钟源中选择输入到预分频器的时钟。分别为：高频参考时钟（ipg_clk_highfreq），低频参考时钟（ipg_clk_32k），外围时钟（ipg_clk）和外部时钟（GPT_CLK）或者晶体振荡器时钟（ipg_clk_24M）。由于外部时钟（GPT_CLK）或者晶体振荡器时钟（ipg_clk_24M）只能选择一个，所以总共是四个。由于这里暂时不关注lower power mode的内容，实验里将ipg_clk作为预分频器的时钟源，其它的在这里不关注。ipg_clk怎么设置呢？需要查看时钟树。

如上图所示，PERCLK_CLK_ROOT可以来源于IPG_CLK_ROOT和OSC，后续实验选择了IPG_CLK_ROOT，经过CSCMR1[PERCLK_PODF]（实验里设置为0，对应分频值1）分频，IPG_CLK_ROOT来源于AHB_CLK_ROOT分频CBCDR[IPG_PODF] （实验里设置为1，对应分频2），AHB_CLK_ROOT实验里设置来源于SYS PLL PFD2分频CBCDR[AHB_PODF]（实验里设置为2，对应分频3），SYS PLL PFD2的大小为396M。所以PERCLK_CLK_ROOT的大小为66M。

PERCLK_CLK_ROOT = 396M / 3 / 2 = 66M

12.1.2 时钟源选择的操作流程

GPT_CR寄存器中的CLKSRC字段选择时钟源。CLKSRC字段仅在禁用GPT（EN = 0）后才能更改该值。

更改时钟源时要遵循的软件顺序为：

1.通过在GPT_CR寄存器中设置EN = 0来禁用GPT。

2.禁用GPT中断寄存器（GPT_IR）。

3.将输出模式配置为未连接/断开连接—往GPT_CR中的OM1，OM2，OM3写0。

4.禁用输入捕获模式-往GPT_CR的IM1和IM2中写入零

5.在GPT_CR寄存器中将时钟源CLKSRC更改为所需的值。

6.将GPT_CR寄存器中的SWR位置1。

7.清除GPT状态寄存器（GPT_SR）（该寄存器是往响应位写1清0）。

8.在GPT_CR寄存器中设置ENMOD = 1，以使GPT计数器为0x00000000。

9.在GPT_CR寄存器中启用GPT（EN = 1）。

10.启用GPT中断寄存器（GPT_IR）

12.1.3 GPT的计数模式

① 重新启动计数模式（Restart mode）

在重启模式下（可通过GPT控制寄存器GPT_CR选择），当计数器达到比较值时，计数器将复位并从0x00000000重新开始计数。重新启动功能仅与比较通道1相关联。对通道1的比较寄存器的任何写操作都将复位GPT计数器。这样做是为了避免在进行计数时将比较值从较高的值更改为较低的值时可能丢失比较事件。对于其他两个比较通道，当发生比较事件时，计数器不会复位。

② 自由运行模式（free-run mode）

在自由运行模式下，当所有三个通道发生比较事件时，计数器不会复位；而是，计数器继续计数直到0xffffffff，然后翻转（变为0x00000000）。

12.1.4 GPT的操作

通用定时器（GPT）具有一个计数器（GPT_CNT），该计数器是32位递增计数器，在由软件启用该计数器后（EN = 1）开始计数。

•如果禁用了GPT计时器（EN = 0），则主计数器和预分频器计数器将冻结其当前计数值。当EN位置1且计数器再次使能时，ENMOD位确定GPT counter的值。

•如果将ENMOD位置1，则当启用GPT（EN = 1）时，主计数器和预分频器计数器值将重置为0。

•如果将ENMOD位设置为0，则当再次启用GPT（EN = 1）时，主计数器和预分频器计数器将从其冻结值重新开始计数。

•如果将GPT编程为在低功耗模式（STOP / WAIT）下被禁用，则当GPT进入低功耗模式时，主计数器和预分频器计数器将冻结在其当前计数值。当GPT退出低功耗模式时，无论ENMOD位值如何，主计数器和预分频器计数器都将从其冻结值开始计数。请注意，处理器可以随时读取GPT_CNT，并且两个输入捕获通道都使用相同的计数器（GPT_CNT）。

•硬件复位将所有GPT寄存器复位为各自的复位值。除输出比较寄存器（OCR1，OCR2，OCR3）以外的所有寄存器的值均为0x0。比较寄存器复位为0xFFFF_FFFF。

•软件复位（GPT_CR控制寄存器中的SWR位）将复位所有寄存器位，除了EN，ENMOD，STOPEN，WAITEN和DBGEN位。这些位的状态不受软件复位的影响。请注意，禁用GPT时可以进行软件复位操作。

12.1.5 GPT的输入捕获

有两个输入捕获通道，每个输入捕获通道都有一个专用的捕获引脚，捕获寄存器和输入边沿检测/选择逻辑。每个输入捕获功能都有一个状态标记位，并且可以向处理器发出中断服务请求。当输入捕获引脚上发生选定的边沿转换时，GPT_CNT的内容被捕捉到相应的捕捉寄存器中，并设置适当的中断状态标志。如果检测到转换（如果在中断寄存器中）相应的使能位置1，则可以生成中断请求。可以将捕获设置为发生在输入引脚的上升沿，下降沿，上升沿和下降沿，或者禁用捕获。事件与选择运行计数器的时钟同步。只有那些在上一个记录的转换之后至少一个时钟周期（选择运行计数器的时钟源）发生的转换才能保证触发捕获事件。输入跳变的锁存最多可能有一个时钟周期的不确定性。可以随时读取输入捕获寄存器，而不会影响它们的值。具体时序图如下所示：

12.1.6 GPT的输出比较

三个输出比较通道使用与输入捕捉通道相同的计数器（GPT_CNT）。当输出比较寄存器的值与GPT_CNT中的值匹配时，将输出比较状态标志置1，并产生中断（如果在中断寄存器中设置了相应的位）。因此，根据模式位，输出比较定时器的引脚将被置位（set），清除（clear），翻转（toggle），没有影响，或在一个输入时钟周期内提供低电平有效脉冲（受焊盘允许的最大频率的限制）。

还有一个“强制比较（forced-compare）”功能，允许软件在需要时生成比较事件，不需要计数器值等于比较值的条件。强制比较的结果所采取的操作与发生输出比较匹配时的操作相同，不同之处在于不设置状态标记位并且不会产生中断。强制比较的通道在写入force-compare位后立即采取设置的措施。这些位是自动清除的，读的话一直零。下图是输出比较时的时序图：

12.1.7 GPT的中断

GPT可以产生6种不同的中断。如果选定的用于运行计数器的时钟可用，则可以在低功耗和调试模式下生成所有中断。

•翻转中断

当GPT计数器达到0xffffffff，然后重新设置为0x00000000并继续计数时，将产生翻转中断。翻转中断通过GPT_IR寄存器中的ROVIE位来使能。相关的状态位是GPT_SR寄存器中的ROV位。

•输入捕获中断1、2

捕获事件发生后，相应的输入捕获通道会产生一个中断。“捕获事件”中断通过IF2IE和IF1IE位（在GPT_IR寄存器中）使能；相应的状态位是IF2和IF1（在GPT_SR寄存器中）。由于捕获事件而导致的计数器值的捕获不受挂起的捕获中断的影响。当发生捕获事件时，无论是否已处理捕获通道的中断，捕获寄存器都会更新新的捕获到计数器值。

•输出比较中断1、2、3

比较事件发生后，相应的输出比较通道会产生一个中断。“比较事件”中断由OF3IE，OF2IE和OF1IE位（在GPT_IR寄存器中）使能；相应的状态位是OF3，OF2和OF1（在GPT_SR寄存器中）。 “强制比较（Force compare）”不会产生中断。

还存在一条cumulative中断线，每当上述任何中断发生时，它就会被置为有效。cumulative中断线没有相关的使能或状态位。

12.2 GPT寄存器介绍 12.2.1 GPT Control Register (GPTx_CR)

GPT控制寄存器

bit31-29 分别为FO3-1，写0没有影响，写1导致相应的输出引脚状态变化，OFn标记位不会设置

bit28-26，bit25-23，bit22-20 分别为OM3，OM2和OM1，为000时与输出引脚断开，001表示翻转引脚状态，010时表示引脚清0，011时引脚置位，1xx时产生一个低脉冲

bit19-18，bit17-16，分比为IM2和IM1，00时表示捕获功能关闭，01时捕获上升沿，10时捕获下降沿，11时同时捕获上升和下降沿

bit15 SWR软件复位

bit10 EN_24M，硬件复位时，复位 EN_24M位，软件复位时不影响EN_24M位

bit9 FRR 0时为restart模式，1时为free-run模式

bit8-6，BLKSRC，时钟源选择位，000时表示与时钟源断开，001时Peripheral Clock (ipg_clk)，010时为High Frequency Reference Clock (ipg_clk_highfreq)，011 时为External Clock，100 时为Low Frequency Reference Clock (ipg_clk_32k)，101时为Crystal oscillator as Reference Clock (ipg_clk_24M)

bit5 STOPEN，stop mode时GPT是否使能

bit4 DOZEEN，doze mode时GPT是否使能

bit3 WAITEN，wait mode时GPT是否使能

bit2 DBGEN，debug mode时GPT是否使能

bit1 ENMOD，为0时关闭GPT时计数器时保持原有值，为1时关闭GPT时计数器值复位为0

bit0 EN，GPT使能位

12.2.2 GPT Prescaler Register (GPTx_PR)

GPT预分频寄存器

bit15-12，PRESCALER24M，选择24M crystal 时钟时的预分频值

bit12-0，选择其它时钟源时的预分频值

12.2.3 GPT Status Register (GPTx_SR)

GPT状态寄存器

状态寄存器包含状态位，指示计数器翻转，或者输入通道和输出通道产生相应的事件

bit5，ROV，翻转标记位

bit4-3，IF2和IF1，输入通道捕获事件标记位

bit2-0，OF3-1，输出通道比较事件标记位

12.2.4 GPT Interrupt Register (GPTx_IR)

GPT中断寄存器

翻转，输入和输出通道事件的中断使能位，与状态寄存器的位对应。

12.2.5 GPT Output Compare Register 1~3 (GPTx_OCR1~3)

GPT输出比较寄存器

GPTx_OCR1-3，总共3个输出比较寄存器，当计数器达到输出比较寄存器的值时，将在相应通道上产生事件，restart mode时，写入channael1 的比较寄存器会复位GPT计数器，写寄存器的值在一个时钟周期后生效，读寄存器的值会立即返回。

12.2.6 GPT Input Capture Register 1~2 (GPTx_ICR1~2)

GPT输入捕获寄存器

GPTx_ICR1-2，两个输入捕获寄存器，只读寄存器，用于保存相应输入捕获通道上一次捕获事件发生时计数器中的值。

12.2.7 GPT Counter Register (GPTx_CNT)

GPT计数器寄存器

只读寄存器，GPT计数器的值，读不影响计数过程

12.3 GPT查询方式延时代码详解与测试 12.3.1 代码分析

通过gpt_poll_init和gpt_poll_restart两个函数来实现，gpt_poll_init函数首先对GPT进行软件复位，设置gpt为restart模式，时钟源选择Peripheral Clock (ipg_clk)为66M，预分频值设置为0（即预分频值为1）。

gpt_poll_init代码在裸机Git仓库 NoosProgramProject/(12_定时器编程/009_timer_gpt_poll/gpt.c）：

void gpt_poll_init(GPT_Type *base)
{
	/* bit15 SWR, Software reset*/
	base->CR |= (1 > 15) & 0x1) {
	}

	/*
	 *bit10: Enable 24 MHz clock input from crystal
	 *bit9: 0 restart mode, 1 free-run mode:set 0
	 *bit8-6: Clock Source select :001 Peripheral Clock (ipg_clk)
	 *bit5: GPT Stop Mode enable
	 *bit3: GPT Wait Mode enable.
	 *bit1: GPT Enable Mode
	 */	
	base->CR = (1

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