2021年09月03日 | 11.S3C2440 中断实验（五）定时器中断实验

定时器中断实验

        S3C2440提供了3种时钟：FCLK用于CPU核；HCLK用于AHB总线上的设备，比如存储器控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA和USB主机模块，同时也可以在特殊情况下用于CPU核；而PCLK则用于APB总线上的设备，比如看门狗、IIS、IIC、PWM定时器、ADC、UART、GPIO、RTC和SPI等。

        总的来说，AHB总线主要用于高性能模块，APB总线主要用于低带宽的周边外设之间的连接。

        S3C2440定时器的总时钟源为PCLK，首先通过两个8位的预分频器降低频率，定时器0、1共用第一个预分频器，定时器2、3、4共用第二个预分频器；之后预分频器的输出将被第二级的五路选择分频器处理，之后供定时器各自选择。

原理介绍

时钟频率选择

        S3C2440 SoC内部含有5个16位的定时器，分别是timer0、timer1、timer2、timer3、timer4。前四个定时器同时还具有PWM（Pulse Width Modulation）功能，而因为第5个定时器timer4没有外部输出引脚，所以不具备PWM功能。同时需要说明，由于timer0定时器还具有一个死区发生器，所以它可以被用来驱动大电流设备。

        由上图可知，timer0和timer1共用一个8位的预分频器以降低频率；timer2、timer3和timer4共用另外一个预分频器。从预分频器出来之后，会分别进入第二级的5路选择分频器。5路选择分频器可以选择2分频、4分频、8分频、16分频或者直接使用外部时钟TCLK0/TCLK1。每个定时器都可以从第二级分出来的5种频率中选择各自使用的时钟频率。

        对于预分频器，我们可以通过TCFG0寄存器来进行设置。而对于第二级时钟频率选择，则是通过TCFG1寄存器来选择的。

定时器内部控制逻辑

        当时钟分频设置好之后，我们开始研究一下定时器本身的设置。

        首先，我们需要设置初始计数缓存寄存器TCNTBn和初始比较值寄存器TCMPBn，用以分别表示定时器n的初始计数值和初始比较值。

        第二，我们需要设置TCON寄存器使得计数器和比较器的值被加载进内部寄存器TCMPn和TCNTn。

        第三，当启动定时器之后，每来一个时钟周期，TCNTn的值就递减1，同时我们可以通过TCNTOn这个观察寄存器来对当前数值进行观察。

        第四，当TCNTn等于TCMPn时，定时器n的输出管脚TOUTn就会电平反转。

        第五，当TCNTn的值到达0时，TOUTn的输出管脚电平会再次反转；同时如果使能了中断的话，并会触发定时器中断。

        第六，如果通过TCON寄存器设置了自动加载计数值的话，当TCNTn递减到0时，TCMPBn和TCNTBn寄存器的值会被自动装入内部寄存器，从而开始新一轮的定时周期。如果没有设置为自动加载的话，定时器就是一次性的。

        通过上述分析我们可知，我们可以设置TCMPBn和TCNTBn的值，来调整TOUTn管脚输出信号的占空比，从而输出PWM方波，因而这几个可以输出PWM的定时器又叫做PWM定时器。所谓PWM，就是可调制脉冲（Pulse Width Modulation）。

定时器设置

TCFG0寄存器

我们可以看到，TCFG0[7:0]和TCFG0[15:8]分别控制Prescaler0和Prescaler1这两个一级预分频器，其值域为闭区间[0, 255]，分频后的输出值为PCLK / (prescaler value + 1)。由于我们之前设置的PCLK频率为50MHz，所以我们将prescaler value设置为99，方便后续计算，即：

TCFG0 = (99 << 0) | (99 << 8);

TCFG1寄存器

如上图所示，经过一级预分频器后的时钟接下来会被二级五路选择分频器所分频。具体的五路选择则由TCFG1寄存器来配置。这里我们随便选择1/4分频，即：

TCFG1 = (1 << 16) | (1 << 12) | (1 << 8) | (1 << 4) | (1 << 0);

由于这5个定时器操作都是类似的，下面为简便起见，我们只是用定时器0来进行实验。

由于一级分频为1/100，二级分频为1/4，所以定时器0的时钟频率为50MHz/400 = ‭125000‬ Hz。所以我们下面的计数器就要设置为该值，从而1秒产生一次IRQ中断。

哈哈，希望是美好的，现实是残酷的。

我们通过下一张图片可知计数器TCNTB0只能使用16位，所以它可设置的最大计数值为65535，比我们希望设置的值12500小了一个数量级。所以如果我们想1秒产生一次中断，那么就要修改分频系数，我们二级分频系数采用1/8，这样计数值就变为62500，符合要求。

TCFG1 = (2 << 16) | (2 << 12) | (2 << 8) | (2 << 4) | (2 << 0);

TCNTB0和TCMPB0寄存器

通过上图可知，我们只用到了TCNTB0和TCMPB0 这两个寄存器的低16位。TCNTB0寄存器中保存的是定时器0的计数初始值，TCMPB0寄存器中保存的是定时器0的比较值。

这里需要强调的一点是，由于定时器4没有输出引脚，即没有PWM功能，所以对应定时器4来说，它没有TCMPB4和TCMP4寄存器。

在定时器工作时，我们可以通过TCNTO0这个观察寄存器，对当前定时器内部TCNT0寄存器中的值进行观察。

我们将计数值设置为62500，比较值设置为其一般，即‭31250‬。

TCNTB0 = 62500;

TCMPB0 = 31250;

TCON寄存器

这里需要强调几点内容：

第一次启动定时器前，一定要手动将TCNTBn和TCMPBn寄存器的值加载到定时器内部寄存器TCNTn和TCMPn中。那么怎么手动加载呢？以定时器0来举例，就是将TCON寄存器的第1位置1即可。之后在后面启动定时器的时候，还需要将这一位清零。

还要设置当本次计数完毕后，是否自动加载计数值，从而开始下一个计数周期。

还要设置定时器TOUTn管脚的输出电平是否反转。

我们设置定时器0为自动加载，从而周期性的产生中断。代码如下所示：

//停止定时器0

TCON &= (~(0x1F << 0));

//将计数器缓冲和比较器缓冲中的值加载到定时器0内

TCON |= (1 << 1);

TCON &= (~(1 << 1));

//启动自动加载，并启动定时器0

TCON = (1 << 3) | (1 << 0);

这样定时器0就开始工作了，每个1秒产生一次IRQ中断。

中断控制器设置

通过查看中断源我们发现，定时器0对应的INT_TIMER0中断源没有子中断源， 所以我们只需设置INTMSK寄存器即可。

通过上图可知，INT_TIMER0对应的硬件中断号是10。

INTMSK &= (~(1 << 10));

定时器0的中断处理函数

我们在中断处理函数中只打印一句话，表明定时器中断发生了。

void timer0_irq_handler(void){

        printf("nrtimer0 irq is handled.nr");

}

void irqExpHandler(void) {

//现在处于SVC模式

//我们先获取硬件中断号

unsigned int interruptNum = INTOFFSET;

int subInterruptNum = 0;

printf("nrIRQ Interrupt Number: %dnr", interruptNum);

//按键 按下后为低电平

unsigned int isKeyUp = 0;

int ledNum = -1;

switch(interruptNum){

case 0:

//EINT0中断 s2按键

isKeyUp = (GPFDAT & 0x1);

ledNum = LED1;

break;

case 2:

//EINT2 s3按键

isKeyUp = (GPFDAT & (0x1 << 2));

ledNum = LED2;

break;

case 5:

//EINT8_23 s4按键

isKeyUp = (GPGDAT & (0x1 << 3));

ledNum = LED4;

break;

case 10:

timer0_irq_handler();

break;

case 28:

subInterruptNum = SUBSRCPND & 0x7;

if(SUBSRCPND & 0x1) {

//INT_RXD0

uart0_handle_irq(UART0_RX_IRQ);

}

if(SUBSRCPND & 0x2) {

//INT_RXD0

uart0_handle_irq(UART0_TX_IRQ);

}

if(SUBSRCPND & 0x4) {

//INT_RXD0

uart0_handle_irq(UART0_ERR_IRQ);

}

break;

default:

break;

}

if(ledNum > 0) {

if(isKeyUp) {

//熄灭LED1

led_off(ledNum);

printf("Key is Up.LED%d is turn off.nr", ledNum);

}else {

led_on(ledNum);

printf("Key is Down.LED%d is turn on.nr", ledNum);

}

}

//处理完毕，从源头开始清理中断标志

//注意是写1清零

if(interruptNum == 5) {

EINTPEND = (0x1 << 11);

}

SUBSRCPND = subInterruptNum;

SRCPND = (0x1 << interruptNum);

INTPND = (0x1 << interruptNum);

printf("IRQ Interrupt is Handlednr");

}

char gCh = 'A';

int main(void) {

leds_init();

keys_init_irq();

printf("%snr", "IRQ Test.");

dump_norFlash(80);

timer_init();

timer_start();

while(1) {

printf("%c(0x%02x) ", gCh, gCh);

gCh++;

wait(888888);

}

return 0;

}

实验结果

我们可以看到，每个1秒钟产生一次定时器0 IRQ中断，如下图所示：

实验相关源文件

timer.c

//timer.c

#include "s3c2440_soc.h"

#include "timer.h"

#include "myprintf.h"

void timer0_irq_handler(void){

printf("nrtimer0 irq is handled.nr");

}

void timer_init(void) {

TCFG0 = (99 << 0) | (99 << 8);

TCFG1 = (2 << 16) | (2 << 12) | (2 << 8) | (2 << 4) | (2 << 0);

TCNTB0 = 62500;

TCMPB0 = 31250;

INTMSK &= (~(1 << 10));

}

void timer_start(void) {

//停止定时器0

TCON &= (~(0x1F << 0));

//将计数器缓冲和比较器缓冲中的值加载到定时器0内

TCON |= (1 << 1);

TCON &= (~(1 << 1));

//启动自动加载，并启动定时器0

TCON = (1 << 3) | (1 << 0);

}

intException.c

//intException.c

#include "myprintf.h"

#include "s3c2440_soc.h"

#include "led.h"

#include "uart.h"

#include "timer.h"

void undExpHandler(unsigned int* undAddr) {

printf("Undefined Instruction(0x%08x) at address(0x%08x) is found!nr",

*undAddr, undAddr);

}

void swiExpHandler(unsigned int swiNum) {

printf("Software Exception is Checked with Number %d(0x%x)nr", swiNum, swiNum);

}

void abortPrefetchExpHandler(unsigned int* abtPrefetchAddr) {

printf("Fetch instruction from address(0x%08x) failed.nr", abtPrefetchAddr);

}

void abortDataExpHandler(unsigned int* abtDataAddr) {

printf("Fetch data failed at address(0x%08x).nr", 

abtDataAddr);

}

void irqExpHandler(void) {

//现在处于SVC模式

//我们先获取硬件中断号

unsigned int interruptNum = INTOFFSET;

int subInterruptNum = 0;

printf("nrIRQ Interrupt Number: %dnr", interruptNum);

//按键 按下后为低电平

unsigned int isKeyUp = 0;

int ledNum = -1;

switch(interruptNum){

case 0:

//EINT0中断 s2按键

isKeyUp = (GPFDAT & 0x1);

ledNum = LED1;

break;

case 2:

//EINT2 s3按键

isKeyUp = (GPFDAT & (0x1 << 2));

ledNum = LED2;

break;

case 5:

//EINT8_23 s4按键

isKeyUp = (GPGDAT & (0x1 << 3));

ledNum = LED4;

break;

case 10:

timer0_irq_handler();

break;

case 28:

subInterruptNum = SUBSRCPND & 0x7;

if(SUBSRCPND & 0x1) {

//INT_RXD0

uart0_handle_irq(UART0_RX_IRQ);

}

if(SUBSRCPND & 0x2) {

//INT_RXD0

uart0_handle_irq(UART0_TX_IRQ);

}

if(SUBSRCPND & 0x4) {

//INT_RXD0

uart0_handle_irq(UART0_ERR_IRQ);

}

break;

default:

break;

}

if(ledNum > 0) {

if(isKeyUp) {

//熄灭LED1

led_off(ledNum);

printf("Key is Up.LED%d is turn off.nr", ledNum);

}else {

led_on(ledNum);

printf("Key is Down.LED%d is turn on.nr", ledNum);

}

}

//处理完毕，从源头开始清理中断标志

//注意是写1清零

if(interruptNum == 5) {

EINTPEND = (0x1 << 11);

}

SUBSRCPND = subInterruptNum;

SRCPND = (0x1 << interruptNum);

INTPND = (0x1 << interruptNum);

printf("IRQ Interrupt is Handlednr");

}

void fiqExpHandler(void) {

printf("FIQ is Detected!nr");

unsigned int isKeyUp = 0;

int offset = -1;

int hardwareIntNum = -1;

printf("EINTPEND(0x%08x)nr", EINTPEND);

printf("SRCPND(0x%08x)nr", SRCPND);

if(EINTPEND & (0x1 << 11)) {

//S4按下或松开 EINT11

isKeyUp = (GPGDAT & (0x1 << 3));

if(isKeyUp) {

//熄灭LED4

led_off(LED4);

printf("Key is Up.LED4 is turn off.nr");

}else {

led_on(LED4);

printf("Key is Down.LED4 is turn on.nr");

}

offset = 11;

//EINT11对应的硬件中断号是5

hardwareIntNum = 5;

}else if(EINTPEND & (0x1 << 19)) {

//S5按下或松开 EINT19

isKeyUp = (GPGDAT & (0x1 << 11));

if(isKeyUp) {

//熄灭LED4

led_off(LED1);

led_off(LED2);

led_off(LED4);

printf("Key is Up.LED1 LED2 LED4 is turn off.nr");

}else {

led_on(LED1);

led_on(LED2);

led_on(LED4);

printf("Key is Down.LED1 LED2 LED4 is turn on.nr");

}

offset = 19;

//EINT19对应的硬件中断号是5

hardwareIntNum = 5;

}else {

printf("Unknown FIQ Interrupt!nr");

}

//从源头开始清理中断标志

//注意是写1清零

if(offset >= 0) {

EINTPEND = (1 << offset);

SRCPND = (1 << hardwareIntNum);

}

printf("FIQ is Handled.nr");

}

void keys_init_irq(void) {

//按键S2对应的GPIO是GPF0

//S3对应的GPIO是GPF2

//S4对应的GPIO是GPG3

//初始化GPF0 GPF2为中断功能，对应EINT2 EINT0

GPFCON &= (~(0x33));

GPFCON |= (0x2 << 4) | (0x2 << 0);

//初始化GPG3为中断功能，对应EINT11

GPGCON &= (~(0x3 << 6));

GPGCON |= (0x2 << 6);

//按键S5对应EINT19, GPG11

GPGCON &= (~(0x3 << 22));

GPGCON |= (0x2 << 22);

//设置GPIO中断触发方式为双边沿触发

EXTINT0 |= (0x7 | (0x7 << 8));

EXTINT1 |= (0x7 << 12);

//设置EINT19的触发方式为双边沿触发

EXTINT2 |= (0x7 << 12); 

//打开GPIO中断屏蔽开关

//对于EINT0~EINT3来说，GPIO控制器这里是始终没有屏蔽中断的。

//我们只需打开EINT11中断屏蔽即可。

EINTMASK &= (~(0x1 << 11));

//打开EINT9中断屏蔽开关

EINTMASK &= (~(1 << 19));

//设置EINT19对应的中断方式为FIQ

//当我们将中断方式设置为FIQ时，中断发生时不会去设置INTPND INTOFFSET

INTMOD |= (1 << 5);

//打开中断控制器对应的中断开关

INTMSK &= (~((1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 5)));

}

main.c

//main.c

#include "myprintf.h"

#include "nand.h"

#include "nor.h"

#include "uart.h"