imx6ull裸机-定时器

1 RTC定时器#

1.1 RTC定时器介绍#

RTC定时器被叫做实时时钟（real time clock）。 CPU内部有很多定时器，像看门狗WDT，PWM定时器，高精度定时器Timer等等, 只在“启动”即“通电时”运行，断电时停止。当然，如果时钟不能连续跟踪时间，则必须手动设置。那么当关机后就没办法自动计数统计时间了。
定时器的本质就是计数器，有向上计数，也有向下计数。RTC有一个与主机单独分离的电源，如纽扣电池（备用电池），即使主机电源关闭，它也保持计数定时功能。这也是为什么我们手机关机后时间还能保持准确。再比如以前的老诺基亚手机，拆掉电池就时间不准了，因为rtc电源被切断了，无法在计数，RTC定时器的计数器会被清0，需要手动设置当前时间。
RTC一般都是用纽扣电池给外部晶振和电路供电。
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1.2 RTC定时器原理#

以IMX6U芯片的RTC定时器为例，I.MX6U 内部也有 个 RTC 模块，但是不叫作“RTC”，而是叫做“SNVS”。
RTC模块结构图如下：
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SNVS 分为两个子模块：SNVS_HP 和 SNVS_LP，也就是高功耗域(SNVS_HP)和低功耗域(SNVS_LP)，这两个域的电源来源如下：

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SNVS_LP：专用的 always-powered-on 电源域，系统主电源和备用电源都可以为其供电。
SNVS_HP：系统(芯片)电源。

系统主电源断电以后 SNVS_HP 也会断电，但是在备用电源支持下，SNVS_LP 是不会断电的，而且 SNVS_LP 是和芯片复位隔离开的，因此 SNVS_LP 相关的寄存器的值会一直保存着, 也就是low Power Domain是不受系统电源影响。
上图各个序号含义如下：

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1. VDD_HIGH_IN 是系统(芯片)主电源，这个电源会同时供给给 SNVS_HP 和 SNVS_LP。
2. VDD_SNVS_IN 是纽扣电池供电的电源，这个电源只会供给给 SNVS_LP，保证在系统主电源 VDD_HIGH_IN 掉电以后 SNVS_LP 会继续运行。
3. SNVS_HP 部分。
4. SNVS_LP 部分，此部分有个 SRTC，这个就是要使用的 RTC。

SRTC 需要外界提供一个 32.768KHz 的时钟，I.MX6U-ALPHA 核心板上的 32.768KHz 的晶振就是提供这个时钟的。
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1.3 RTC定时器寄存器#

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SNVS_SRTCMR[14:0]代表SRTC计数器的高15位
SNVS_SRTCLR[31:15]代表SRTC计数器的低17位
注意：是以 1970 年 1 月 1 日0点0分0秒为起点，加上经过的总秒数即可得到现在的时间点。 
SNVS_HPCOMR[31], NPSWA_EN位，非特权软件访问控制位，如果非特权软件要访问 SNVS 的话此位必须为 1。
SNVS_LPCR[0], SRTC_ENV位，使能 STC 计数器。

1.4 RTC裸机源码展示#

NXP 官方 SDK 包是针对 I.MX6ULL 编写的，因此文件 MCIMX6Y2.h中的结构体 SNVS_Type 里面的寄存器是不全的，我们需要在其中加入本章实验所需要的寄存器，修改 SNVS_Type 为如下所示：

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/*!
 * @addtogroup SNVS_Peripheral_Access_Layer SNVS Peripheral Access Layer
 * @{
 */
/** SNVS - Register Layout Typedef */
typedef struct {
  __IO uint32_t HPLR;                              /**< SNVS_HP Lock register, offset: 0x0 */
  __IO uint32_t HPCOMR;                            /**< SNVS_HP Command register, offset: 0x4 */
  __IO uint32_t HPCR;                              /**< SNVS_HP Control register, offset: 0x8 */
  __IO uint32_t HPSICR;                              /**< SNVS_HP Control register, offset: 0x8 */
  __IO uint32_t HPSVCR;   
  __IO uint32_t HPSR;   
  __IO uint32_t HPSVSR;
  __IO uint32_t HPHACIVR;
  __IO uint32_t HPHACR;
  __IO uint32_t HPRTCMR;
  __IO uint32_t HPRTCLR;
  __IO uint32_t HPTAMR;
  __IO uint32_t HPTALR;
  __IO uint32_t LPLR;
  __IO uint32_t LPCR;
  __IO uint32_t LPMKCR;
  __IO uint32_t LPSVCR;
  __IO uint32_t LPTGFCR;
  __IO uint32_t LPTDCR;
  __IO uint32_t LPSR;
  __IO uint32_t LPSRTCMR;
  __IO uint32_t LPSRTCLR;
  __IO uint32_t LPTAR;
  __IO uint32_t LPSMCMR;
  __IO uint32_t LPSMCLR;
}SNVS_Type;
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#ifndef _BSP_RTC_H
#define _BSP_RTC_H
#include "imx6ul.h"

/* 相关宏定义 */	
#define SECONDS_IN_A_DAY 		(86400) /* 一天86400秒	 		*/
#define SECONDS_IN_A_HOUR 		(3600)	/* 一个小时3600秒 		*/
#define SECONDS_IN_A_MINUTE 	(60)	/* 一分钟60秒  		 	*/
#define DAYS_IN_A_YEAR 			(365)	/* 一年365天 			*/
#define YEAR_RANGE_START 		(1970)	/* 开始年份1970年 		*/
#define YEAR_RANGE_END 			(2099)	/* 结束年份2099年 		*/

/* 时间日期结构体 */	
struct rtc_datetime {
    unsigned short year;  /* 范围为:1970 ~ 2099 		*/
    unsigned char month;  /* 范围为:1 ~ 12				*/
    unsigned char day;    /* 范围为:1 ~ 31 (不同的月，天数不同).*/
    unsigned char hour;   /* 范围为:0 ~ 23 			*/
    unsigned char minute; /* 范围为:0 ~ 59				*/
    unsigned char second; /* 范围为:0 ~ 59				*/
};

/* 函数声明 */
void rtc_init(void);
void rtc_enable(void);
void rtc_disable(void);
unsigned int rtc_coverdate_to_seconds(struct rtc_datetime *datetime);
unsigned int rtc_getseconds(void);
void rtc_setdatetime(struct rtc_datetime *datetime);
void rtc_getdatetime(struct rtc_datetime *datetime);
#endif
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#include "bsp_rtc.h"
#include "stdio.h"

void rtc_init(void) {
	/*
     * 设置HPCOMR寄存器
     * bit[31] 1 : 允许访问SNVS寄存器，一定要置1
     * bit[8]  1 : 此位置1，需要签署NDA协议才能看到此位的详细说明，
     *             这里不置1也没问题
	 */
	SNVS->HPCOMR |= (1 << 31) | (1 << 8);
	
#if 0
	struct rtc_datetime rtcdate;
	rtcdate.year = 2018U;
    rtcdate.month = 12U;
    rtcdate.day = 13U;
    rtcdate.hour = 14U;
    rtcdate.minute = 52;
    rtcdate.second = 0;
	rtc_setDatetime(&rtcdate); //初始化时间和日期
#endif
	rtc_enable();	//使能RTC
}

void rtc_enable(void) {
	/*
	 * LPCR寄存器bit0置1，使能RTC
 	 */
	SNVS->LPCR |= 1 << 0;	
	while(!(SNVS->LPCR & 0X01));//等待使能完成
	
}

void rtc_disable(void) {
	/*
	 * LPCR寄存器bit0置0，关闭RTC
 	 */
	SNVS->LPCR &= ~(1 << 0);	
	while(SNVS->LPCR & 0X01);//等待关闭完成
}

/*
 * @description	: 判断指定年份是否为闰年，闰年条件如下:
 * @param - year: 要判断的年份
 * @return 		: 1 是闰年，0 不是闰年
 */
unsigned char rtc_isleapyear(unsigned short year) {	
	unsigned char value=0;
	
	if(year % 400 == 0)
		value = 1;
	else {
		if((year % 4 == 0) && (year % 100 != 0))
			value = 1;
		else 
			value = 0;
	}
	return value;
}

/*
 * @description		: 将时间转换为秒数
 * @param - datetime: 要转换日期和时间。
 * @return 			: 转换后的秒数
 */
unsigned int rtc_coverdate_to_seconds(struct rtc_datetime *datetime) {	
	unsigned short i = 0;
	unsigned int seconds = 0;
	unsigned int days = 0;
	unsigned short monthdays[] = {0U, 0U, 31U, 59U, 90U, 120U, 151U, 181U, 212U, 243U, 273U, 304U, 334U};
	
	for(i = 1970; i < datetime->year; i++) {
		days += DAYS_IN_A_YEAR; 		/* 平年，每年365天 */
		if(rtc_isleapyear(i)) days += 1;/* 闰年多加一天 		*/
	}

	days += monthdays[datetime->month];
	if(rtc_isleapyear(i) && (datetime->month >= 3)) days += 1;/* 闰年，并且当前月份大于等于3月的话加一天 */

	days += datetime->day - 1;
	seconds = days * SECONDS_IN_A_DAY + 
				datetime->hour * SECONDS_IN_A_HOUR +
				datetime->minute * SECONDS_IN_A_MINUTE +
				datetime->second;
	return seconds;	
}

/*
 * @description		: 设置时间和日期
 * @param - datetime: 要设置的日期和时间
 * @return 			: 无
 */
void rtc_setdatetime(struct rtc_datetime *datetime) {
	unsigned int seconds = 0;
	unsigned int tmp = SNVS->LPCR; 
	rtc_disable();	/* 设置寄存器HPRTCMR和HPRTCLR的时候一定要先关闭RTC */
	/* 先将时间转换为秒 */
	seconds = rtc_coverdate_to_seconds(datetime);
	SNVS->LPSRTCMR = (unsigned int)(seconds >> 17); /* 设置高16位 */
	SNVS->LPSRTCLR = (unsigned int)(seconds << 15); /* 设置地16位 */
	/* 如果此前RTC是打开的在设置完RTC时间以后需要重新打开RTC */
	if (tmp & 0x1)
		rtc_enable();
}

/*
 * @description		: 将秒数转换为时间
 * @param - seconds	: 要转换的秒数
 * @param - datetime: 转换后的日期和时间
 * @return 			: 无
 */
void rtc_convertseconds_to_datetime(u64 seconds, struct rtc_datetime *datetime) {
    u64 x;
    u64  secondsRemaining, days;
    unsigned short daysInYear;

    /* 每个月的天数       */
    unsigned char daysPerMonth[] = {0U, 31U, 28U, 31U, 30U, 31U, 30U, 31U, 31U, 30U, 31U, 30U, 31U};
    secondsRemaining = seconds; /* 剩余秒数初始化 */
    days = secondsRemaining / SECONDS_IN_A_DAY + 1; 		/* 根据秒数计算天数,加1是当前天数 */
    secondsRemaining = secondsRemaining % SECONDS_IN_A_DAY; /*计算天数以后剩余的秒数 */
	/* 计算时、分、秒 */
    datetime->hour = secondsRemaining / SECONDS_IN_A_HOUR;
    secondsRemaining = secondsRemaining % SECONDS_IN_A_HOUR;
    datetime->minute = secondsRemaining / 60;
    datetime->second = secondsRemaining % SECONDS_IN_A_MINUTE;
    /* 计算年 */
    daysInYear = DAYS_IN_A_YEAR;
    datetime->year = YEAR_RANGE_START;
    while(days > daysInYear) {
        /* 根据天数计算年 */
        days -= daysInYear;
        datetime->year++;
        /* 处理闰年 */
        if (!rtc_isleapyear(datetime->year))
            daysInYear = DAYS_IN_A_YEAR;
        else	/*闰年，天数加一 */
            daysInYear = DAYS_IN_A_YEAR + 1;
    }
	/*根据剩余的天数计算月份 */
    if(rtc_isleapyear(datetime->year)) /* 如果是闰年的话2月加一天 */
        daysPerMonth[2] = 29;

    for(x = 1; x <= 12; x++) {
        if (days <= daysPerMonth[x]) {
            datetime->month = x;
            break;
        } else {
            days -= daysPerMonth[x];
        }
    }
    datetime->day = days;
}

/*
 * @description	: 获取RTC当前秒数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 当前秒数 
 */
unsigned int rtc_getseconds(void) {
	unsigned int seconds = 0;
	seconds = (SNVS->LPSRTCMR << 17) | (SNVS->LPSRTCLR >> 15);
	return seconds;
}

/*
 * @description		: 获取当前时间
 * @param - datetime: 获取到的时间，日期等参数
 * @return 			: 无 
 */
void rtc_getdatetime(struct rtc_datetime *datetime) {
	//unsigned int seconds = 0;
	u64 seconds;
	seconds = rtc_getseconds();
	rtc_convertseconds_to_datetime(seconds, datetime);	
}

可以看到RTC定时器是以秒为计时单位的，每过1s SRTC计数器的值加1。
首先调用rtc_init初始化并启动，然后调用rtc_setdatetime设定当前日期时间，调用rtc_getdatetime获取当前日期时间，期间会利用rtc_convertseconds_to_datetime把总秒数转换成当前的日期和时间。

2 PWM定时器#

2.1 pwm定时器介绍#

imx6ull一共有 8 路 PWM 信号，每个 PWM 包含一个 16 位的计数器和一个 4 x 16 的数据 FIFO。一路框图如下：
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①、此部分是一个选择器，用于选择 PWM 信号的时钟源，一共有三种时钟源：ipg_clk,pg_clk_highfreq 和 ipg_clk_32k。
②、这是一个 12 位的分频器，可以对①中选择的时钟源进行分频。
③、这是 PWM 的 16 位计数器寄存器，保存着 PWM 的计数值。
④、这是 PWM 的 16 位周期寄存器，此寄存器用来控制 PWM 的频率。
⑤、这是 PWM 的 16 位采样寄存器，此寄存器用来控制 PWM 的占空比。
⑥、此部分是 PWM 的中断信号，PWM 是提供中断功能的，如果使能了相应的中断的话就会产生中断。
⑦、此部分是 PWM 对应的输出 IO，产生的 PWM 信号就会从对应的 IO 中输出。

2.2 PWM控制器#

2.2.1 PWMx_PWMPR寄存器-周期设置#

PWM 的 16 位计数器是个上计数器，此计数器会从 0X0000 开始计数，直到计数值等于寄存器PWMx_PWMPR(x=1~8)+ 1，然后计数器就会重新从0X0000 开始计数，如此往复。PWMx_PWMPR设置频率。PWM周期公式如下：
PWM_FRE = PWM_CLK / (PERIOD + 2)
也就是PWMO(Hz) = PCLK(Hz) / (PERIOD + 2)
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比如当前PWM_CLK=1MHz, 要产生1KHz的PWM，那么PERIOD = 1000000/1K - 2 = 998。,如下设置1000，即可得到PERIOD=998，也就是1khz.

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void pwm1_setperiod_value(unsigned int value) {
	unsigned int regvalue = 0;
	if(value < 2)
		regvalue = 2;
	else 
		regvalue = value - 2;
	PWM1->PWMPR = (regvalue & 0XFFFF);
}

2.2.2 PWMx_PWMSAR寄存器-占空比#

设置Sample采样寄存器，Sample数据会写入到FIFO中。当计数器的值小于 SAMPLE 的时候输出高电平(或低电平)。当计数器值大于等于 SAMPLE，小于寄存器PWM1_PWMPR 的 PERIO 的时候输出低电平(或高电平)。
假如我们要设置 PWM 信号的占空比为 50%，那么就可以将 SAMPLE 设置为(PERIOD + 2) / 2 = 1000 / 2=500。
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如下设置50，即可得到sample=500，也就是占空比50%.

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struct backlight_dev_struc {	
	unsigned char pwm_duty;		/* 占空比	*/
};
struct backlight_dev_struc backlight_dev;
void pwm1_setsample_value(unsigned int value) {
	PWM1->PWMSAR = (value & 0XFFFF);	
}
void pwm1_setduty(unsigned char duty) {
	unsigned short preiod;
	unsigned short sample;
	backlight_dev.pwm_duty = duty;
	preiod = PWM1->PWMPR + 2;
	sample = preiod * backlight_dev.pwm_duty / 100;
	pwm1_setsample_value(sample);
}

2.2.3 PWMCR 控制寄存器#

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FWM(bit27:26)：FIFO 水位线，用来设置 FIFO 空余位置为多少的时候表示 FIFO 为空。
	设置为 0 的时候表示 FIFO 空余位置大于等于 1 的时候 FIFO 为空；
	设置为 1 的时候表示 FIFO 空余位置大于等于 2 的时候 FIFO 为空；
	设置为 2 的时候表示 FIFO 空余位置大于等于 3 的时候FIFO 为空；
	设置为 3 的时候表示 FIFO 空余位置大于等于 4 的时候 FIFO 为空。
STOPEN(bit25)：此位用来设置停止模式下 PWM 是否工作，为 0 的话表示在停止模式下PWM 不工作，为 1 的话表示停止模式下激活 PWM。
DOZEN(bit24)：此位用来设置休眠模式下 PWM 是否工作，为 0 的话表示在休眠模式下PWM 不工作，为 1 的话表示休眠模式下激活 PWM。
WAITEN(bit23)：此位用来设置等待模式下 PWM 是否工作，为 0 的话表示在等待模式下PWM 不工作，为 1 的话表示等待模式下激活 PWM。
DEGEN(bit22)：此位用来设置调试模式下 PWM 是否工作，为 0 的话表示在调试模式下PWM 不工作，为 1 的话表示调试模式下激活 PWM。
BCTR(bit21)：字节交换控制位，用来控制 16 位的数据进入 FIFO 的字节顺序。为 0 的时候不进行字节交换，为 1 的时候进行字节交换。
HCRT(bit20)：半字交换控制位，用来决定从 32 位 IP 总线接口传输来的哪个半字数据写入采样寄存器的低 16 位中。
POUTC(bit19:18)：PWM 输出控制控制位，用来设置 PWM 输出模式，
	为 0 的时候表示PWM 先输出高电平，当计数器值和采样值相等的话就输出低电平。
	为 1 的时候相反，当为 2 或者 3 的时候 PWM 信号不输出。本章我们设置为 0，
	也就是一开始输出高电平，当计数器值和采样值相等的话就改为低电平，这样采样值越大高电平时间就越长，占空比就越大。
CLKSRC(bit17:16)：PWM 时钟源选择，
	为 0 的话关闭；
	为 1 的话选择 ipg_clk 为时钟源；
	为 2 的话选择 ipg_clk_highfreq 为时钟源；
	为 3 的话选择 ipg_clk_32k 为时钟源。本章我们设置为 1，也就是选择 ipg_clk 为 PWM 的时钟源，因此 PWM 时钟源频率为 66MHz。
PRESCALER(bit15:4)：分频值，可设置为 0~4095，对应着 1~4096 分频。
SWR(bit3)：软件复位，向此位写 1 就复位 PWM，此位是自清零的，当复位完成以后此位会自动清零。
REPEAT(bit2:1)：重复采样设置，此位用来设置 FIFO 中的每个数据能用几次。
	可设置 0~3，分别表示 FIFO 中的每个数据能用 1~4 次。本章我们设置为 0，即 FIFO 中的每个数据只能用一次。
EN(bit0)：PWM 使能位，为 1 的时候使能 PWM，为 0 的时候关闭 PWM。
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void pwm1_enable(void) {
	PWM1->PWMCR |= 1 << 0;	 
}
void pwm1_init(void) {
	PWM1->PWMCR = 0;	/* 寄存器先清零 */
	PWM1->PWMCR |= (1 << 26) | (1 << 16) | (65 << 4);

	/* 设置PWM周期为1000,那么PWM频率就是1M/1000 = 1KHz。 */
	pwm1_setperiod_value(1000);

	/* 设置占空比，默认50%占空比   ,写四次是因为有4个FIFO */
	backlight_dev.pwm_duty = 50;
	for(i = 0; i < 4; i++) {
		pwm1_setduty(backlight_dev.pwm_duty);	
	}

	/* 使能FIFO空中断，设置寄存器PWMIR寄存器的bit0为1 */
	PWM1->PWMIR |= 1 << 0;
	system_register_irqhandler(PWM1_IRQn, (system_irq_handler_t)pwm1_irqhandler, NULL);	/* 注册中断服务函数 */
	GIC_EnableIRQ(PWM1_IRQn);	/* 使能GIC中对应的中断 */
	PWM1->PWMSR = 0;			/* PWM中断状态寄存器清零 */

	pwm1_enable();				/* 使能PWM1 */
}
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bit[27:26]	: 01  当FIFO中空余位置大于等于2的时候FIFO空标志值位
bit[25]		:0  停止模式下PWM不工作
bit[24]		: 0	  休眠模式下PWM不工作
bit[23]		: 0   等待模式下PWM不工作
bit[22]		: 0   调试模式下PWM不工作
it[21]		: 0   关闭字节交换
bit[20]		: 0	  关闭半字数据交换
bit[19:18]	: 00  PWM输出引脚在计数器重新计数的时候输出高电平,在计数器计数值达到比较值以后输出低电平
bit[17:16]	: 01  PWM时钟源选择IPG CLK = 66MHz
bit[15:4]	: 65  分频系数为65+1=66，PWM时钟源 = 66MHZ/66=1MHz
bit[3]		: 0	  PWM不复位
bit[2:1]	: 00  FIFO中的sample数据每个只能使用一次。
bit[0]		: 0   先关闭PWM，后面再使能

2.2.4 PWM1_PWMIR中断控制寄存器#

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CIE(bit2)：比较中断使能位，为 1 的时候使能比较中断，为 0 的时候关闭比较中断。
RIE(bit1)：翻转中断使能位，当计数器值等于采样值并回滚到 0X0000 的时候就会产生此中断，为 1 的时候使能翻转中断，为 0 的时候关闭翻转中断。
FIE(bit0)：FIFO 空中断，为 1 的时候使能，为 0 的时候关闭。前面代码写的是使能FIFO空中断.

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/* 使能FIFO空中断，设置寄存器PWMIR寄存器的bit0为1 */
PWM1->PWMIR |= 1 << 0;

2.2.5 PWM1_PWMSR 状态寄存器#

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FWE(bit6)：FIFO 写错误事件，为 1 的时候表示发生了 FIFO 写错误。
CMP(bit5)：FIFO 比较事件发标志位，为 1 的时候表示发生 FIFO 比较事件。
ROV(bit4)：翻转事件标志位，为 1 的话表示翻转事件发生。
FE(bit3)：FIFO 空标志位，为 1 的时候表示 FIFO 位空。
FIFOAV(bit2:0)：此位记录 FIFO 中的有效数据个数，有效值为 04，分别表示 FIFO 中有04 个有效数据

初始化先清0，中断服务程序读取状态，并且清中断。FIFO 中的采样值每个周期都会少一个，所以需要不断的向 FIFO 中写入采样值，防止其为空。我们可以使能 FIFO 空中断，这样当 FIFO 为空的时候就会触发相应的中断，然后在中断处理函数中向 FIFO 写入采样值。

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void pwm1_irqhandler(void) {
	if(PWM1->PWMSR & (1 << 3)) 	/* FIFO为空中断 */
	{
		/* 将占空比信息写入到FIFO中,其实就是设置占空比 */
		pwm1_setduty(backlight_dev.pwm_duty);
		PWM1->PWMSR |= (1 << 3); /* 写1清除中断标志位 */
	}
}

system_register_irqhandler(PWM1_IRQn, (system_irq_handler_t)pwm1_irqhandler, NULL);	/* 注册中断服务函数 */
GIC_EnableIRQ(PWM1_IRQn);	/* 使能GIC中对应的中断 */
PWM1->PWMSR = 0;			/* PWM中断状态寄存器清零 */
pwm1_enable();				/* 使能PWM1 */

2.3 测试#

初始化时设置占空比为50%，测试代码读取按键，每次该按键按下就对占空比加10%，如果占空比超过100%，重新从10%开始。

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while(1) {
	keyvalue = key_getvalue();
	if(keyvalue == KEY0_VALUE)
	{
		duty += 10;				/* 占空比加10% */
		if(duty > 100)			/* 如果占空比超过100%，重新从10%开始 */
			duty = 10;
		lcd_shownum(50 + 72, 90, duty, 3, 16);
		pwm1_setduty(duty);		/* 设置占空比 */
	}
	
	delayms(10);
}

占空比10%时亮度波形如下，亮度很暗。
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占空比90%时亮度如下：
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