来源：朱有鹏老师的嵌入式课程笔记

文章目录

概述
- 什么是定时器？
- 定时器、看门狗、RTC、蜂鸣器的关系
S5PV210中的定时器
- PWM定时器
- - PWM定时器的逻辑框图
  - TCNT&TCNTB&TCNTO、TCMP&TCMPB的区别
  - 定时器的工作流程
  - 定时器的自动装载
  - PWM定时器和蜂鸣器实战
- 系统定时器
- 看门狗定时器
- - 看门狗的实战
- 实时时钟RTC
- - 设置rtc时间的代码示例
  - 获取rtc时间的代码示例
  - 设置rtc闹钟的代码示例

概述

什么是定时器？

定时器是SoC的一个外设，通过内部计数器的数值×时钟周期，实现定时，一旦到达指定时间，就会触发定时器中断，CPU将执行定时器的中断ISR。计数器的工作依赖时钟系统，时钟源为PSYS域的低频时钟分支APB（65M）分频之后的结果。

定时器对于CPU的意义在于，单核CPU在程序间切换依赖定时器的触发。

定时器有一个寄存器TCNT，计时开始时，将计数值写入TCNT，每隔时钟周期，由硬件自动完成计数值-1，直到计数值为0，触发定时器中断。

定时器、看门狗、RTC、蜂鸣器的关系

看门狗：一种定时器，到时间后不止发生定时器中断，还会复位CPU
RTC（real time clock）：实现实时的时钟系统，CPU初始化的时候为0，每一个CPU时钟周期加1，通过读取它的数值可以获取到CPU运行了多少个时钟周期。
蜂鸣器：蜂鸣器由定时器来驱动

S5PV210中的定时器

S5PV210中有4类定时器。

PWM定时器

最常用的定时器，我们常说的定时器通常指的就是它，它能产生PWM信号。一般用在外设。

S5PV210有5个PWM定时器，其中timer0-3各自对应一个外部GPIO，能够给外部产生PWM信号，timer4没有外部GPIO，用于产生内部中断。5个定时器的时钟源为PCLK_PSYS(外设时钟源的低频分支)，timer0-1共用一个预分频器，timer2-4共用一个预分频器，每个timer内部有自己的二级分频器，用以形成每个timer自己的时钟周期。

PWM定时器的逻辑框图

时钟源进来后经过2个8bit的预分频器prescaler（提供1/256 - 1比例的分频功能）分别给timer0-1和timer2-4提供时钟信号，随后经过每一个timer内部的分频器（多选一MUX开关，仅提供图中固定比例的分频系数）之后生成内部时钟信号，然后进入控制逻辑模块，其中TCMPBx用于产生PMW信号，TCNTBx用于计数，随后可以选择直接通过pwm引脚（XpwmTOUTx）输出PWM信号（可以看到timer4没有输出引脚），也可以选择先经过死区生成器后输出，也可以选择先电平翻转后再经过死区生成器后输出。

TCNT&TCNTB&TCNTO、TCMP&TCMPB的区别

TCNT是TCNTB的影子寄存器，它们属于两个寄存器，后者可以被CPU访问支持对计数数值的修改，前者不支持访问开始工作的时候会先从TCNTB读取数值的初始值，然后没过一个时钟周期减一，减一的时候，TCNTB上的数值不会变化，这样设计方便了计数器的重载。TCNTO用于读取TCNT的当前值。总结起来就是TCNT不支持直接读写，通过TCNTB来写，通过TCNTO来读。

TCMP&TCMPPB和定时器本身无关，决定生成PWM波形的占空比，即：

PWM波形的周期 = 时钟周期 × TCNTB
PWM波形的占空比 = TCMPB ÷ TCNTB

定时器的工作流程

根据计数周期和所需定时时间，计算TCNT值
将计算结果写入TCNTB
将TCNTB刷到TCNT中
启动定时器开始计时
计时过程中可以通过TCNTO来读取当前计数值，一般没这个需求。
计数结束后触发中断，CPU执行相应中断处理函数

定时器的自动装载

重新装载指当定时器结束一轮工作后，如果需要再次执行一轮，需要将TCNTB中的数值重新刷到TCNT中，并重新开启定时器。老的SoC需要手动执行上述步骤，新的SoC会自动执行，也被称为自动装载。

PWM定时器和蜂鸣器实战

蜂鸣器的基本工作原理为，PWM信号接到三极管的基极，当基极为正电压的时候，三极管电路导通，负电压的时候，三极管电路关闭，给多少频率的PWM信号，蜂鸣器就会以多少频率发出声音。

从蜂鸣器的原理图可以看出，PWM信号是从GPD0_2引脚引出，所以首先要通过GPD0CON寄存器设置该引脚的工作模式，TOUT_2表示从PWM输出，因此要将GPD0CON寄存器的[8:11]位设置成0010

让蜂鸣器响的代码如下：

#define  GPD0CON     (0xE02000A0)
#define     TCFG0       (0xE2500000)
#define     TCFG1       (0xE2500004)
#define     CON         (0xE2500008)
#define     TCNTB2      (0xE2500024)
#define     TCMPB2      (0xE2500028)#define     rGPD0CON    (*(volatile unsigned int *)GPD0CON)
#define     rTCFG0      (*(volatile unsigned int *)TCFG0)
#define     rTCFG1      (*(volatile unsigned int *)TCFG1)
#define     rCON        (*(volatile unsigned int *)CON)
#define     rTCNTB2     (*(volatile unsigned int *)TCNTB2)
#define     rTCMPB2     (*(volatile unsigned int *)TCMPB2)// 初始化PWM timer2，使其输出PWM波形：频率是2KHz、duty为50%
void timer2_pwm_init(void)
{// 设置GPD0_2引脚，将其配置为XpwmTOUT_2rGPD0CON &= ~(0xf<<8);rGPD0CON |= (2<<8);// 设置PWM定时器的一干寄存器，使其工作// 先设置预分频器，rTCFG0 &= ~(0xff<<8);rTCFG0 |= (65<<8);            // prescaler1 = 65, 预分频后频率为1MHz//然后设置子分频器rTCFG1 &= ~(0x0f<<8);rTCFG1 |= (1<<8);          // MUX2设置为1/2,分频后时钟周期为500KHz// 时钟设置好，我们的时钟频率是500KHz，对应的时钟周期是2us。也就是说每隔2us// 计一次数。如果要定的时间是x，则TCNTB中应该写入x/2usrCON |= (1<<15);     // 使能auto-reload，反复定时才能发出PWM波形rTCNTB2 = 250;            // 0.5ms/2us = 500us/2us = 250rTCMPB2 = 125;         // duty = 50%//rTCNTB2 = 50;          //rTCMPB2 = 25;    // 第一次需要手工将TCNTB中的值刷新到TCNT中去，以后就可以auto-reload了rCON |= (1<<13);        // 先打开自动刷新功能，然后关闭自动刷新，这样TCNTB中的数据就刷到TCNT中去了rCON &= ~(1<<13);       rCON |= (1<<12);     // 开timer2定时器。要先把其他都设置好才能开定时器
}int main(void)
{timer2_pwm_init();while(1){delay();}return 0;
}

系统定时器

用于给操作系统产生时钟信号（systick），操作系统的时间片调度依赖这个时钟信号。一般用在操作系统。

看门狗定时器

和上面两个定时器原理上没有本质区别，最大区别在于，可以设置时间到了是产生中断还是产生复位信号。看门狗定时器的逻辑框图如下所示：

首先从PCLK获取时钟源信号，经过8-bit的预分频器处理后，输入二级分频器，最后输出作为看门狗定时器的时钟源信号，其中WTCNT类似TCNT，WTDAT类似TCNTB，定时结束后，可以选择触发一个中断，或是输出一个RESET信号。

通过设置WTCON寄存器实现看门狗控制参数的设置，WTCON的参数说明如下所示，常用的参数包括：

[15:8]：设置预分频器的分频比
[5]：启动看门口
[4:3]：设置二级分频器的分频比
[2]：是否产生中断
[0]：是否产生复位信号

看门狗的实战

#define      WTCON       (0xE2700000)
#define     WTDAT       (0xE2700004)
#define     WTCNT       (0xE2700008)
#define     WTCLRINT    (0xE270000C)#define     rWTCON      (*(volatile unsigned int *)WTCON)
#define     rWTDAT      (*(volatile unsigned int *)WTDAT)
#define     rWTCNT      (*(volatile unsigned int *)WTCNT)
#define     rWTCLRINT   (*(volatile unsigned int *)WTCLRINT)// 初始化WDT使之可以产生中断
void wdt_init_interrupt(void)
{// 第一步，设置好预分频器和分频器，得到时钟周期是128usrWTCON &= ~(0xff<<8);rWTCON |= (65<<8);             // 1MHzrWTCON &= ~(3<<3);rWTCON |= (3<<3);                // 1/128 MHz, T = 128us// 第二步，设置中断和复位信号的使能或禁止rWTCON |= (1<<2);               // enable wdt interruptrWTCON &= ~(1<<0);                // disable wdt reset// 第三步，设置定时时间// WDT定时计数个数，最终定时时间为这里的值×时钟周期rWTDAT = 10000;                    // 定时1.28srWTCNT = 10000;                  // 定时1.28s// 其实WTDAT中的值不会自动刷到WTCNT中去，如果不显式设置WTCON中的值，它的值就是// 默认值，然后以这个默认值开始计数，所以这个时间比较久。如果我们自己显式的// 设置了WTCNT和WTDAT一样的值，则第一次的定时值就和后面的一样了。//rWTDAT = 1000;                    // 定时0.128s//rWTCNT = 1000;                    // 定时0.128s// 第四步，先把所有寄存器都设置好之后，再去开看门狗rWTCON |= (1<<5);                // enable wdt
}

实时时钟RTC

RTC是SoC的内部外设，由独立的晶振提供时钟源，有寄存器专门记录年月日时分秒，并且由独立电池供电以保证开发板断电后RTC依然在工作。RTC和PWM定时器的区别在于，后者关注的是时间段，RTC关注的是时间点。RTC的逻辑框图如下所示：

其中左边的三个黑框是晶振信号，晶振的频率是32.768khz，经过一个2^15的分频器之后，生成1-32K的时钟源信号，经过处理后生成年月日时分秒数据，记录在相应的寄存器中。Alarm Generator是一个基于中断的闹钟发生器，可以设置闹钟时间，到时间后会产生RTC alarm interrupt。

S5PV210涉及到的寄存器包括：

INTP：中断挂起寄存器，RTC中有两个中断，一个是ALARM中断，一个是TIC中断
RTCCON：RTC的控制寄存器
RTCALM：RTC闹钟相关寄存器
BCDxxx：时间寄存器，都以BCD开头，因为时间用的是BCD编码，它是用4bit来表示一个十进制0-9数字的编码方式，比如十进制59，需要转换成0x59，再输入到时间寄存器中。

为了防止时间被乱改，RTC默认是不可写的，如果要写需要通过RTCCON的bit1把读写开关打开。

年月日时分秒的数值分别记录在BCDYEAR、BCDMON、BCDDAY、BCDHOUR、BCDMIN、BCDSEC寄存器中，除了年之外都以2个4bit来记录BCD数值，年比较特殊，用3个4bit来记录数值，表示的是2000往后的年数。

设置rtc时间的代码示例

#define  RTC_BASE     (0xE2800000)
#define     rINTP        (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x30)))
#define     rRTCCON      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x40)))
#define     rTICCNT      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x44)))
#define     rRTCALM      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x50)))
#define     rALMSEC      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x54)))
#define     rALMMIN      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x58)))
#define     rALMHOUR     (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x5c)))
#define     rALMDATE     (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x60)))
#define     rALMMON      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x64)))
#define     rALMYEAR     (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x68)))
#define     rRTCRST      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x6c)))
#define     rBCDSEC      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x70)))
#define     rBCDMIN      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x74)))
#define     rBCDHOUR     (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x78)))
#define     rBCDDATE     (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x7c)))
#define     rBCDDAY      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x80)))
#define     rBCDMON      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x84)))
#define     rBCDYEAR     (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x88)))
#define     rCURTICCNT   (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x90)))
#define     rRTCLVD      (*((volatile unsigned long *)(RTC_BASE + 0x94)))// 函数功能：把十进制num转成bcd码，譬如把56转成0x56
static unsigned int num_2_bcd(unsigned int num)
{// 第一步，把56拆分成5和6 // 第二步，把5和6组合成0x56return (((num / 10)<<4) | (num % 10));
}// 函数功能：把bcd码bcd转成十进制，譬如把0x56转成56
static unsigned int bcd_2_num(unsigned int bcd)
{// 第一步，把0x56拆分成5和6 // 第二步，把5和6组合成56return (((bcd & 0xf0)>>4)*10 + (bcd & (0x0f)));
}struct rtc_time
{unsigned int year;unsigned int month;unsigned int date;        unsigned int hour;          unsigned int minute;unsigned int second;unsigned int day;
};void rtc_set_time(const struct rtc_time *p)
{// 第一步，打开RTC读写开关rRTCCON |= (1<<0);// 第二步，写RTC时间寄存器rBCDYEAR = num_2_bcd(p->year - 2000);rBCDMON = num_2_bcd(p->month);rBCDDATE = num_2_bcd(p->date);rBCDHOUR = num_2_bcd(p->hour);rBCDMIN = num_2_bcd(p->minute);rBCDSEC = num_2_bcd(p->second);rBCDDAY = num_2_bcd(p->day);// 最后一步，关上RTC的读写开关rRTCCON &= ~(1<<0);
}

获取rtc时间的代码示例

void rtc_get_time(struct rtc_time *p)
{// 第一步，打开RTC读写开关rRTCCON |= (1<<0);// 第二步，读RTC时间寄存器p->year = bcd_2_num(rBCDYEAR) + 2000;p->month = bcd_2_num(rBCDMON);p->date = bcd_2_num(rBCDDATE);p->hour = bcd_2_num(rBCDHOUR);p->minute = bcd_2_num(rBCDMIN);p->second = bcd_2_num(rBCDSEC);p->day = bcd_2_num(rBCDDAY);// 最后一步，关上RTC的读写开关rRTCCON &= ~(1<<0);
}

设置rtc闹钟的代码示例

void rtc_set_alarm(void)
{rALMSEC = num_2_bcd(23);//没分钟的23秒触发一次中断rRTCALM |= 1<<0;//开启rtc闹钟总开关rRTCALM |= 1<<6;//开启rtc以秒为单位的闹钟的开关
}

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S5PV210中的定时器

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PWM定时器的逻辑框图

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