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[IMX] 04.定时器 - Timer

news 来源：原创 2025/7/22 9:06:52

1.周期中断定时器 - EPIT

1.1.工作模式

1.2.配置寄存器 - EPIT_CR

1.3.状态寄存器 - EPIT_SR

1.4.加载寄存器 - EPIT_LR

1.5.比较寄存器 - EPIT_CMPR

1.6.计数寄存器 - EPIT_CNR

2.通用定时器 - GPT

2.1. 时钟源

2.2.模块结构

2.3.工作模式

2.4.配置寄存器 - GPT_CR

2.5.分频寄存器 - GPT_PR

2.6.状态寄存器 - GPT_SR

2.7.计数寄存器 - GPT_CNT

2.8.比较寄存器 - GPT_OCR

2.9.高精度定时原理

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：
1. 32-bit 计数寄存器 EPIT_CNR；
2. 32-bit 加载寄存器 EPIT_LR；
3. 32-bit 比较寄存器 EPIT_CMPR；
4. 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

1.周期中断定时器 - EPIT

1.1.工作模式

1.2.配置寄存器 - EPIT_CR

1.3.状态寄存器 - EPIT_SR

1.4.加载寄存器 - EPIT_LR

1.5.比较寄存器 - EPIT_CMPR

1.6.计数寄存器 - EPIT_CNR

2.通用定时器 - GPT

2.1. 时钟源

2.2.模块结构

2.3.工作模式

2.4.配置寄存器 - GPT_CR

2.5.分频寄存器 - GPT_PR

2.6.状态寄存器 - GPT_SR

2.7.计数寄存器 - GPT_CNT

2.8.比较寄存器 - GPT_OCR

2.9.高精度定时原理

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