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ZYNQ-定時(shí)器中斷使用

FPGA and ICer 2天前 57 閱讀 0 贊 1 收藏 0 評(píng)論

學(xué)習(xí)內(nèi)容

本文首先介紹了ZYNQ的定時(shí)器的相關(guān)內(nèi)容，并學(xué)習(xí)使用ZYNQ芯片中的定時(shí)器進(jìn)行操作測(cè)試。

開(kāi)發(fā)環(huán)境

vivado 18.3&SDK，PYNQ-Z2開(kāi)發(fā)板。

定時(shí)器簡(jiǎn)介

介紹

ZYNQ有兩個(gè)Cortex-A9處理器，每個(gè)Cortex-A9處理器都有自己的專用32位計(jì)時(shí)器和32位看門(mén)狗計(jì)時(shí)器。兩個(gè)都處理器共享一個(gè)全局64位計(jì)時(shí)器。這些計(jì)時(shí)器始終以1/2的CPU頻率計(jì)時(shí)（CPU_3x2x）。在系統(tǒng)層級(jí)，有一個(gè)24位看門(mén)狗定時(shí)器和兩個(gè)16位三重定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)看門(mén)狗定時(shí)器的時(shí)鐘頻率為CPU頻率（CPU_1x）的1/4或1/6，時(shí)鐘也可以由來(lái)自MIO引腳或PL的外部信號(hào)。兩個(gè)三重計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率為在CPU頻率（CPU_1x）的1/4或1/6，可以用于計(jì)算來(lái)自MIO引腳或來(lái)自PL的脈沖寬度。

系統(tǒng)框圖

下圖為ZYNQ內(nèi)部的定時(shí)器的系統(tǒng)框圖。

在圖中顯示，定時(shí)器部分包括系統(tǒng)看門(mén)狗、CPU內(nèi)部的看門(mén)狗定時(shí)器，CPU私有的定時(shí)器，全局定時(shí)器，三重定時(shí)器。其中所有的定時(shí)器都可以觸發(fā)中斷控制器進(jìn)行中斷控制的操作，看門(mén)狗定時(shí)器（無(wú)論是系統(tǒng) 的還是CPU內(nèi)部的）都可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)復(fù)位操作。

CPU私有定時(shí)器和看門(mén)狗定時(shí)器

關(guān)于CPU私有定時(shí)器和看門(mén)狗定時(shí)器均具有以下功能：

  1. 32位計(jì)數(shù)器，在達(dá)到零時(shí)會(huì)產(chǎn)生中斷
  2. 八位預(yù)分頻器，可以更好地控制中斷周期
  3. 可配置的單次或自動(dòng)重裝模式
  4. 計(jì)數(shù)器的可配置起始值
  5. 定時(shí)器和看門(mén)狗復(fù)位信號(hào)發(fā)送到PS復(fù)位子系統(tǒng)
  6. 所有私有計(jì)時(shí)器和看門(mén)狗計(jì)時(shí)器始終以CPU頻率（CPU_3x2x）的1/2計(jì)時(shí)。

下圖為CPU私有定時(shí)器和看門(mén)狗定時(shí)器寄存器表：

全局定時(shí)器（GT）

全局定時(shí)器是具有自動(dòng)遞增功能的64位遞增計(jì)數(shù)器。全局計(jì)時(shí)器在與專用計(jì)時(shí)器相同的地址空間中映射到內(nèi)存中。全局計(jì)時(shí)器僅在復(fù)位時(shí)以安全狀態(tài)訪問(wèn)。 所有Cortex-A9處理器均可訪問(wèn)全局計(jì)時(shí)器。每個(gè)Cortex-A9處理器都有一個(gè)64位比較器，用于在全局計(jì)時(shí)器達(dá)到比較器值時(shí)聲明一個(gè)私有中斷。全局定時(shí)器始終以CPU頻率（CPU_3x2x）的1/2計(jì)時(shí)。全局定時(shí)器（GT）寄存器功能表如下圖：

系統(tǒng)看門(mén)狗定時(shí)器（SWDT）

除了兩個(gè)CPU私有看門(mén)狗定時(shí)器之外，還有一個(gè)系統(tǒng)看門(mén)狗定時(shí)器（SWDT），可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如PS PLL鎖相失敗，此時(shí)看門(mén)狗可以產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)讓程序重啟，從而保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。與CPU私有看門(mén)狗定時(shí)器不同的是，SWDT的時(shí)鐘可以來(lái)自于外部設(shè)備或者PL端，用于提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)輸出到PL端口或者外部設(shè)備。

特征

SWDT的主要功能如下：

  1. 內(nèi)部24位計(jì)數(shù)器。
  2. 可選時(shí)鐘輸入，時(shí)鐘信號(hào)可以來(lái)自：1. 內(nèi)部PS總線時(shí)鐘（CPU_1x）；2. 內(nèi)部時(shí)鐘（來(lái)自PL）；3. 外部時(shí)鐘（來(lái)自MIO）。
  3. 計(jì)時(shí)超時(shí)時(shí)，可以進(jìn)行系統(tǒng)中斷（PS）和系統(tǒng)重置（PS，PL，MIO）。
  4. 可編程超時(shí)時(shí)間：1. 超時(shí)范圍32,760至68,719,476,736個(gè)時(shí)鐘周期（在100 MHz時(shí)可配置范圍為330 µs至687.2s）。
  5. 超時(shí)時(shí)，可編程的輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間：系統(tǒng)中斷脈沖（4、8、16或32個(gè)時(shí)鐘周期（CPU_1x時(shí)鐘））。

系統(tǒng)看門(mén)狗定時(shí)器寄存器功能表如圖：

編程指南

系統(tǒng)看門(mén)狗定時(shí)器使能順序如下：

  1. 使用slcr.WDT_CLK_SEL [SEL]位選擇時(shí)鐘輸入源 ：確保禁用SWDT（swdt.MODE [WDEN] = 0），并且將時(shí)鐘輸入源設(shè)置為選定的正在運(yùn)行，然后繼續(xù)此步驟。更改時(shí)鐘輸入源時(shí)，啟用SWDT會(huì)導(dǎo)致無(wú)法預(yù)測(cè)的行為。時(shí)鐘輸入源更改為非運(yùn)行時(shí)鐘導(dǎo)致APB訪問(wèn)掛起。
  2. 設(shè)置超時(shí)時(shí)間（計(jì)數(shù)器控制寄存器） ：swdt.CONTROL [CKEY]字段必須為0x248，才能寫(xiě)入此寄存器。
  3. 啟用計(jì)數(shù)器；使能輸出脈沖 ；設(shè)置輸出脈沖長(zhǎng)度（零模式寄存器）：swdt.MODE [ZKEY]字段必須為0xABC，才能寫(xiě)入此寄存器。確保IRQLN符合指定的最小值。
  4. 要使用其他設(shè)置運(yùn)行SWDT，請(qǐng)首先禁用定時(shí)器（swdt.MODE [ZKEY]位）。然后重復(fù)上述步驟。

三重計(jì)時(shí)器（TTC）

TTC包含三個(gè)獨(dú)立的計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器。PS端中有兩個(gè)TTC模塊，總共六個(gè)計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器?？梢允褂?nic301_addr_region_ctrl_registers.security_apb [ttc1_apb]寄存器位將TTC 1控制器配置為安全或非安全模式。TTC控制器中的三個(gè)計(jì)時(shí)器具有相同的安全狀態(tài)。

特征

每個(gè)三重計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器都具有以下特征：

  1. 三個(gè)獨(dú)立的16位預(yù)分頻器和16位向上/向下計(jì)數(shù)器。
  2. 可選時(shí)鐘輸入，來(lái)自：1. 內(nèi)部PS總線時(shí)鐘（CPU_1x）；2. 內(nèi)部時(shí)鐘（來(lái)自PL）；3. 外部時(shí)鐘（來(lái)自MIO）。•每個(gè)計(jì)數(shù)器有一個(gè)中斷。•可以產(chǎn)生溢出中斷，定時(shí)中斷或計(jì)數(shù)中斷，可編程初始值。•可以生成通過(guò)MIO到PL的波形輸出（例如PWM）。

三重計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器寄存器功能表如圖：

計(jì)數(shù)器編程啟用順序

  1. 選擇時(shí)鐘輸入源，設(shè)置預(yù)分頻值。（slcr.MIO_MUX_SEL寄存器，TTC時(shí)鐘控制）在繼續(xù)執(zhí)行此操作之前，請(qǐng)確保已禁用TTC（ttc.Counter_Control_x [DIS] = 1）。
  2. 設(shè)置間隔值（間隔寄存器）。 此步僅適用于間隔模式。（可選不配置）
  3. 設(shè)置匹配值（匹配寄存器）。 如果要啟用匹配，可以配置此操作。（可選不配置）
  4. **使能中斷（中斷使能寄存器）。**如果要啟用中斷，可以配置此操作。（可選不配置）
  5. 啟用/禁用波形輸出，啟用/禁用匹配，設(shè)置計(jì)數(shù)方向，設(shè)置模式，使能計(jì)數(shù)器（TTC計(jì)數(shù)器控制寄存器）。 此步驟完成后將啟動(dòng)計(jì)數(shù)器。

計(jì)數(shù)器編程停止順序

  1. 讀回計(jì)數(shù)器控制寄存器的值。
  2. 將DIS位設(shè)置為1，同時(shí)保留其他位。
  3. 寫(xiě)回計(jì)數(shù)器控制寄存器。

計(jì)數(shù)器編程重啟順序

  1. 讀回計(jì)數(shù)器控制寄存器的值。
  2. 將RST位設(shè)置為1，同時(shí)保留其他位。
  3. 寫(xiě)回計(jì)數(shù)器控制寄存器。

事件計(jì)時(shí)器啟用序列

  1. 選擇外部脈沖源（slcr.MIO_MUX_SEL寄存器）。選定外部待測(cè)脈沖。
  2. 設(shè)置溢出處理，選擇外部脈沖電平，啟用事件計(jì)時(shí)器（事件控制計(jì)時(shí)器寄存器）。此步驟開(kāi)始測(cè)量外部所選電平（高或低）的寬度脈沖。
  3. 使能中斷（中斷使能寄存器）。如果要啟用中斷，可以配置此操作。（可選不配置）
  4. 讀取測(cè)量的寬度（事件寄存器）。

中斷清除和應(yīng)答序列

  1. 讀取中斷寄存器：讀取時(shí)清除中斷寄存器中的所有位。

系統(tǒng)框圖

本次工程系統(tǒng)框圖如下圖所示。

調(diào)用UART、TIMER、GPIO資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，UART串口引腳直接連接到MIO，GPIO引腳連接到PL端的EMIO引腳，由ARM核進(jìn)行配置定時(shí)器中斷操作，實(shí)現(xiàn)定時(shí)中斷進(jìn)行流水燈操作。

硬件平臺(tái)搭建

新建工程，創(chuàng)建 block design。添加ZYNQ7 ip，根據(jù)本次工程需要對(duì)IP進(jìn)行配置。勾選本次工程使用的資源。

硬件系統(tǒng)構(gòu)建完成如下：

然后我們進(jìn)行g(shù)enerate output product 然后生成HDL封裝。這里用到了UART和GPIO，所以需要進(jìn)行管腳分配。這里使用的是PYNQZ2開(kāi)發(fā)板，該板卡可直接引用以下約束文件：

#LEDs
set_property -dict { PACKAGE_PIN R14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { EMIO_LED_tri_io[0] }]; #IO_L6N_T0_VREF_34 Sch=led[0]
set_property -dict { PACKAGE_PIN P14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { EMIO_LED_tri_io[1] }]; #IO_L6P_T0_34 Sch=led[1]
set_property -dict { PACKAGE_PIN N16   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { EMIO_LED_tri_io[2] }]; #IO_L21N_T3_DQS_AD14N_35 Sch=led[2]
set_property -dict { PACKAGE_PIN M14   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { EMIO_LED_tri_io[3] }]; #IO_L23P_T3_35 Sch=led[3]

完成約束后，進(jìn)行綜合和布局布線，生成bit流，然后點(diǎn)擊導(dǎo)出硬件資源（包含bit流文件），接著launch SDK。

SDK軟件部分

打開(kāi)SDK后，新建application project。在system.mss中可以打開(kāi)相關(guān)參考文檔輔助設(shè)計(jì)。

可以選擇timer中斷的例程進(jìn)行參考設(shè)計(jì)，導(dǎo)入uart_intr_example例程模板，

在main.c中輸入以下代碼：

#include 
#include "xparameters.h"
#include "xscutimer.h"
#include "xscugic.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xil_printf.h"
//聲明定義
#define GPIO_ID             XPAR_PS7_GPIO_0_DEVICE_ID
#define TIMER_ID            XPAR_PS7_SCUTIMER_0_DEVICE_ID
#define INTR_DEVICE_ID      XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define TIMER_IRPT_INTR		XPAR_SCUTIMER_INTR

#define LOAD_VALUE 0X9AF8D9F//0.5s流水 系統(tǒng)時(shí)鐘650M  定時(shí)器時(shí)鐘325M 周期3ns

#define LED0 54
#define LED1 55
#define LED2 56
#define LED3 57

//聲明示例結(jié)構(gòu)體
XGpioPs GpioPs;
XScuTimer Timer;
XScuGic ScuGic;

//函數(shù)定義
void Emio_init();
void Timer_init();
void Timer_intr_init(XScuGic *intr, XScuTimer *time);
void Timer_IntrHandler(void *CallBackRef);
int main(){
	//EMIO初始化
	Emio_init();
	//初始化定時(shí)器
	Timer_init();
	//初始化中斷
	Timer_intr_init(&ScuGic,&Timer);
	//啟動(dòng)定時(shí)器
	XScuTimer_Start(&Timer);
	while(1);
	return0;
}

void Emio_init(){
	XGpioPs_Config *XGpioPs_Cfg;
	XGpioPs_Cfg = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_ID);
	XGpioPs_CfgInitialize(&GpioPs,XGpioPs_Cfg,XGpioPs_Cfg->BaseAddr);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&GpioPs,LED0,0x01);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&GpioPs,LED0,0x01);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&GpioPs,LED1,0x01);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&GpioPs,LED1,0x01);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&GpioPs,LED2,0x01);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&GpioPs,LED2,0x01);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&GpioPs,LED3,0x01);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&GpioPs,LED3,0x01);
}

void Timer_init(){
	int Status;
	XScuTimer_Config *ConfigPtr;
	//初始化定時(shí)器
	ConfigPtr = XScuTimer_LookupConfig(TIMER_ID);
	XScuTimer_CfgInitialize(&Timer, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
	//定時(shí)器自檢測(cè)
	Status = XScuTimer_SelfTest(&Timer);
	if (Status != XST_SUCCESS) {
		printf("timer selftest failed!\n");
	}
	printf("timer selftest success!\n");
	//裝載初值
	XScuTimer_LoadTimer(&Timer, LOAD_VALUE);
	//使能自動(dòng)裝載模式
	XScuTimer_EnableAutoReload(&Timer);
}

void Timer_intr_init(XScuGic *intr, XScuTimer *time){
	XScuGic_Config *IntcConfig;
	//初始化定時(shí)器中斷
	IntcConfig = XScuGic_LookupConfig(INTR_DEVICE_ID);
	XScuGic_CfgInitialize(intr,IntcConfig,IntcConfig->CpuBaseAddress);
	//初始化中斷異常函數(shù)
	Xil_ExceptionInit();
	Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_IRQ_INT,
			(Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler,
			intr);
	Xil_ExceptionEnable();
	//設(shè)置中斷服務(wù)函數(shù)
	XScuGic_Connect(intr, TIMER_IRPT_INTR,
					(Xil_ExceptionHandler)Timer_IntrHandler,
					(void *)time);
	//使能中斷控制器
	XScuGic_Enable(intr, TIMER_IRPT_INTR);
	//使能定時(shí)器
	XScuTimer_EnableInterrupt(time);

}
//中斷處理函數(shù)
void Timer_IntrHandler(void *CallBackRef){
	staticchar led_status=0x01;
	XScuTimer *TimerInstancePtr = (XScuTimer *) CallBackRef;
	if(XScuTimer_IsExpired(TimerInstancePtr)){
		led_status = led_status<<1;
		if(led_status == 0X10)
			led_status =0x01;
		XGpioPs_WritePin(&GpioPs,LED0,led_status);
		XGpioPs_WritePin(&GpioPs,LED1,led_status>>1);
		XGpioPs_WritePin(&GpioPs,LED2,led_status>>2);
		XGpioPs_WritePin(&GpioPs,LED3,led_status>>3);
		XScuTimer_ClearInterruptStatus(TimerInstancePtr);
	}
}

部分代碼講解

在主函數(shù)中引用了Emio_init();、Timer_init();、Timer_intr_init(&ScuGic,&Timer);分別完成初始化GPIO操作，初始化定時(shí)器，初始化中斷定時(shí)器等操作。最后用XScuTimer_Start(&Timer);啟動(dòng)定時(shí)器。

對(duì)于定時(shí)器初始化設(shè)置主要要對(duì)計(jì)數(shù)模式進(jìn)行設(shè)置，對(duì)初始值進(jìn)行裝載配置 也就是調(diào)用下面的函數(shù)：

//裝載初值
	XScuTimer_LoadTimer(&Timer, LOAD_VALUE);
	//使能自動(dòng)裝載模式
	XScuTimer_EnableAutoReload(&Timer);

這里L(fēng)OAD_VALUE表示需要計(jì)時(shí)或者計(jì)數(shù)的次數(shù)，因?yàn)檫@里的代碼實(shí)現(xiàn)的是led的0.5s定時(shí)中斷，系統(tǒng)CPU時(shí)鐘為650M，所以定時(shí)器的時(shí)鐘頻率為325M，也就是周期為3.07ns，計(jì)算0.5s下的計(jì)數(shù)次數(shù)得到這里需要裝載的初值。（也即為0X9AF8D9F）

Reference

  1. UG585
  2. 正點(diǎn)原子ZYNQ開(kāi)發(fā)視頻
聲明：本內(nèi)容為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表電子星球立場(chǎng)。未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載。授權(quán)事宜與稿件投訴，請(qǐng)聯(lián)系：editor@netbroad.com
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