定时器
定时器简介
在 ZYNQ 嵌入式系统中，定时器的资源是非常丰富的，每个 Cortex-A9 处理器都有各自独立的 32 位私有定时器和 32 位看门狗定时器，这两个 CPU 同时共享一个 64 位的全局定时器（GT）。
系统框图
私有定时器
特点
32 位计数器，当计数器递减至 0 时产生中断
8 位预分频计数器，可以更好的控制中断周期
可以配置单次定时或者自动重载模式
通过配置起始计数值来设置定时时间
时钟
私有定时器时钟为 CPU 频率（CPU_3x2x）的一半，如 ARM 的工作时钟频率为 666.666Mhz，则私有定时器的时钟频率为 333.333Mhz。
寄存器表
驱动示例
timer.c
/**
* Copyright (c) 2022-2023，HelloAlpha
*
* Change Logs:
* Date Author Notes
*/
#include "timer.h"
int TimerInit(XScuTimer *TimerInstancePtr, uint16_t TimerDeviceId,
uint32_t TimerLoadValue)
{
int Status;
XScuTimer_Config *ConfigPtr;
ConfigPtr = XScuTimer_LookupConfig(TimerDeviceId);
Status = XScuTimer_CfgInitialize(TimerInstancePtr, ConfigPtr,
ConfigPtr->BaseAddr);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
Status = XScuTimer_SelfTest(TimerInstancePtr);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
XScuTimer_EnableAutoReload(TimerInstancePtr);
XScuTimer_LoadTimer(TimerInstancePtr, TimerLoadValue);
return Status;
}
int TimerIntrInit(XScuGic *IntcInstancePtr, XScuTimer *TimerInstancePtr,
uint32_t TimerIntrId, void(* CallBack)(void *))
{
int Status;
XScuGic_Config *IntcConfig;
IntcConfig = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);
if (NULL == IntcConfig) {
return XST_FAILURE;
}
Status = XScuGic_CfgInitialize(IntcInstancePtr, IntcConfig,
IntcConfig->CpuBaseAddress);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
Xil_ExceptionInit();
Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,
(Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler,
IntcInstancePtr);
Xil_ExceptionEnable();
Status = XScuGic_Connect(IntcInstancePtr, TimerIntrId,
(Xil_ExceptionHandler)CallBack, (void *)TimerInstancePtr);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return Status;
}
XScuGic_Enable(IntcInstancePtr, TimerIntrId);
XScuTimer_EnableInterrupt(TimerInstancePtr);
return XST_SUCCESS;
}
timer.h
/**
* Copyright (c) 2022-2023，HelloAlpha
*
* Change Logs:
* Date Author Notes
*/
#ifndef __TIMER_H__
#define __TIMER_H__
#include "xscutimer.h"
#include "xscugic.h"
/* CPU时钟频率 */
#ifndef CPU_CLK_FREQ_HZ
#define CPU_CLK_FREQ_HZ XPAR_CPU_CORTEXA9_0_CPU_CLK_FREQ_HZ
#endif
/* 私有定时器的时钟频率 = CPU时钟频率/2 = 333MHz */
#define TIMER_HZ CPU_CLK_FREQ_HZ/2
#ifndef INTC_DEVICE_ID
#define INTC_DEVICE_ID XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#endif
#define TIMER_DEVICE_ID XPAR_XSCUTIMER_0_DEVICE_ID
#define TIMER_IRPT_INTR XPAR_SCUTIMER_INTR
/*
* Function declaration
*/
int TimerInit(XScuTimer *TimerInstancePtr, uint16_t TimerDeviceId,
uint32_t TimerLoadValue);
int TimerIntrInit(XScuGic *IntcInstancePtr, XScuTimer *TimerInstancePtr,
uint32_t TimerIntrId, void(* CallBack)(void *));
#endif
应用示例
app_timer.c
/**
* Copyright (c) 2022-2023，HelloAlpha
*
* Change Logs:
* Date Author Notes
*/
#include "app_timer.h"
#define USING_ULOG
#include "ulog.h"
extern XScuGic IntcInstPtr;
/**
* @brief 定时器中断处理，中断时间 50ms
*/
void TimerIntrHandler(void *CallBackRef)
{
XScuTimer *TimerInstancePtr = (XScuTimer *) CallBackRef;
struct timer_flag *_timer_flag = &g_timer_flag;
static uint16_t count = 0;
/* 标志位触发 */
// XScuTimer_IsExpired(TimerInstancePtr);
ULOG("--- timer handle --- \r\n");
count++;
if(count == 101)
{
count = 0;
}
ULOG("count: %d\r\n", count);
_timer_flag->timer_flag_50ms = 1;
if(count % 10 == 0)
{
_timer_flag->timer_flag_500ms = 1;
ULOG("--- 500 MS --- \r\n");
}
if(count % 20 == 0)
{
_timer_flag->timer_flag_1s = 1;
ULOG("--- 1 S --- \r\n");
}
XScuTimer_ClearInterruptStatus(TimerInstancePtr);
/* 关闭自动重装载值 关闭中断 */
// XScuTimer_DisableAutoReload(TimerInstancePtr);
}
int app_timer_init(void)
{
int Status;
Status = TimerInit(&Timer, TIMER_DEVICE_ID, TIMER_LOAD_VALUE);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
Status = TimerIntrInit(&IntcInstPtr, &Timer, TIMER_IRPT_INTR, TimerIntrHandler);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return XST_FAILURE;
}
XScuTimer_Start(&Timer);
return Status;
}
app_timer.h
/**
* Copyright (c) 2022-2023，HelloAlpha
*
* Change Logs:
* Date Author Notes
*/
#ifndef __APP_TIMER_H__
#define __APP_TIMER_H__
#include "timer.h"
/* CPU时钟频率 */
#ifndef CPU_CLK_FREQ_HZ
#define CPU_CLK_FREQ_HZ XPAR_CPU_CORTEXA9_0_CPU_CLK_FREQ_HZ
#endif
/* 私有定时器的时钟频率 = CPU时钟频率/2 = 333MHz */
#define TIMER_HZ CPU_CLK_FREQ_HZ/2
/*
* 精确计算 装载值 = 定时时间（单位：秒）* 333333333
* 0.5s 166,666,666.5 0x9EF21AA
* 0.1s 333,333,33.3 0x1FCA055
* 0.05s 16,666,666,65 0xFE502A
*/
#define TIMER_LOAD_VALUE 0xFE502A
XScuTimer Timer;
struct timer_flag
{
char timer_flag_50ms;
char timer_flag_500ms;
char timer_flag_1s;
};
typedef struct timer_flag timer_flag_t;
timer_flag_t g_timer_flag;
int app_timer_init(void);
#endif
全局定时器（GTC）
全局定时器是一个具有自动递增功能的 64 位递增计数器。全局定时器将内存映射到与专用定时器相同的地址空间中。全局定时器仅在安全状态下的重置时被访问。所有 Cortex-A9 处理器都可以访问这个全局定时器。每个 Cortex-A9 处理器都有一个 64 位的比较器，当全局计时器达到比较器值时，该比较器被用来产生一个私有中断。
时钟
GTC 的时钟始终为 CPU 频率（CPU_3x2x）的 1/2。
寄存器表
驱动示例
gtc.c
/**
* Copyright (c) 2022-2023，HelloAlpha
*
* Change Logs:
* Date Author Notes
*/
#include "gtc.h"
#include "stdio.h"
void GtStart(void)
{
/* 启动全局定时器 */
GT_WR_REG(GT_CTRL_REG, AUTO_INC_BIT | IRQ_ENABLE_BIT
| COMP_ENABLE_BIT | TMR_ENABLE_BIT);
}
int GtIntrInit(XScuGic *GtInstancePtr,
uint64_t Value, void(* CallBack)(void *))
{
int Status;
/* 停止全局定时器 */
GT_WR_REG(GT_CTRL_REG, 0);
/* 清空计数器低 32 位 */
GT_WR_REG(GT_CNT_REG0, 0);
/* 清空计数器高 32 位 */
GT_WR_REG(GT_CNT_REG1, 0);
/* 清除中断标志位 */
GT_WR_REG(GT_INTR_STAT_REG, 1);
/* 加载比较器低 32 位 */
GT_WR_REG(COMP_VAL_REG0, (uint32_t)Value);
/* 加载比较器高 32 位 */
GT_WR_REG(COMP_VAL_REG1, 0);
/* 加载递增寄存器数值 */
GT_WR_REG(AUTO_INC_REG, (uint32_t)(Value >> 32));
/* 绑定全局定时器中断服务函数 */
Status = XScuGic_Connect(GtInstancePtr, GT_INTR,
(Xil_ExceptionHandler)CallBack, 0);
if (Status != XST_SUCCESS)
{
return Status;
}
/* 将 27 号全局定时器中断映射到 CPU1 */
XScuGic_InterruptMaptoCpu(GtInstancePtr, 1, GT_INTR);
/* 打开全局定时器中断（27号） */
XScuGic_Enable(GtInstancePtr, GT_INTR);
return Status;
}
/* 清零计数器 */
void gt_tic(void)
{
*((volatile int*)(GT_CTRL_REG)) = 0x00;
*((volatile int*)(GT_CNT_REG0)) = 0x00000000;
*((volatile int*)(GT_CNT_REG1)) = 0x00000000;
*((volatile int*)(GT_CTRL_REG)) = 0x01;
}
/** 读取计数器 输出当前时间 单位：ms
* 可配合 gt_tic 作如下使用：
* {
* gt_tic();
* function_to_get_running_time();
* gt_toc();
* }
*/
double gt_toc(void)
{
*((volatile int*)(GT_CTRL_REG)) = 0x00;
long long cnt = *((volatile int*)(GT_CNT_REG1));
double elapsed_time = cnt << 32;
cnt = *((volatile int*)(GT_CNT_REG0));
elapsed_time += cnt;
elapsed_time /= CLK_3x2x;
elapsed_time *= 1000;
printf("Elapsed time is %f ms.\r\n",elapsed_time);
return elapsed_time;
}
/* 获取当前时间（单位：秒 second） */
float get_time_s(void)
{
XTime tCur = 0;
XTime_GetTime(&tCur);
return (tCur / (float) COUNTS_PER_SECOND);
}
gtc.h
/**
* Copyright (c) 2022-2023，HelloAlpha
*
* Change Logs:
* Date Author Notes
*/
#ifndef __GTC_H__
#define __GTC_H__
#include "xtime_l.h"
#include "xscugic.h"
#include "xil_io.h"
/* 定时器寄存器 */
#define GT_BASEADDR GLOBAL_TMR_BASEADDR
#define GT_CNT_REG0 GT_BASEADDR + GTIMER_COUNTER_LOWER_OFFSET
#define GT_CNT_REG1 GT_BASEADDR + GTIMER_COUNTER_UPPER_OFFSET
#define GT_CTRL_REG GT_BASEADDR + GTIMER_CONTROL_OFFSET
/* 中断寄存器 */
#define GT_INTR XPAR_GLOBAL_TMR_INTR
/* 中断状态寄存器 */
#define GT_INTR_STAT_REG GT_BASEADDR + 0x0CU
/* 比较器 */
#define COMP_VAL_REG0 GT_BASEADDR + 0x10U
#define COMP_VAL_REG1 GT_BASEADDR + 0x14U
/* 自动递增寄存器 */
#define AUTO_INC_REG GT_BASEADDR + 0x18U
#define AUTO_INC_BIT 0x08
#define IRQ_ENABLE_BIT 0x04
#define COMP_ENABLE_BIT 0x02
#define TMR_ENABLE_BIT 0x01
#define CLK_3x2x 333333333
#define GT_WR_REG Xil_Out32
void GtStart(void);
int GtIntrInit(XScuGic *GtInstancePtr,
uint64_t Value, void(* CallBack)(void *));
void gt_tic(void);
double gt_toc(void);
float get_time_s(void);
#endif
测试平台：黑金 AX7Z035
芯片型号：XC7Z035-2FFG676
参考来源：UG585