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一、定時器簡介

1、定時器是SoC中常見外設

（1）定時器與計數器。

• 計數器每隔一個固定時間會計一個數；
• 計數值 * 計數時間周期 = 一段時間。
• 這個時間段就是我們定的時間。

（2）定時器/計數器作為SoC的外設，主要用來實現定時執行代碼的功能。

• 定時器相對SoC而言，就像鬧鐘相對于人的意義一樣。

2、定時器作用

（1）通過定時器的計時功能，計時結束后，定時器會產生中斷提醒CPU。

• 此時CPU會去處理中斷，并執行定時器中斷的ISR，從而去執行預先設定好的事件。

（2）定時器就好比CPU的秘書，這個秘書專門用來計時，并到時間后提醒CPU做某件事情。

3、定時器的原理

（1）定時器通過計數來實現定時。

• 定時器內部有一個計數器。
• 計數器的時鐘，由ARM的APB總線時鐘，經過時鐘模塊內部的分頻器的分頻得到
• 每隔一個時鐘周期，計數器就計數一次，定時器的時間就是計數器計數值×時鐘周期。
• 定時器內部有1個寄存器TCNT。
• 計時開始時，把總的計數值放入TCNT寄存器中，然后每隔一個時鐘周期TCNT中的值會自動減1（硬件自動完成，不需要CPU軟件去干預）；
• 直到TCNT中減為0的時候，TCNT就會觸發定時器中斷。

（2）由此可知，定時時間是由2個東西共同決定的：一個是TCNT中的計數值，一個是時鐘周期。

4、定時器和看門狗、RTC、蜂鳴器的關系

（1）這幾個東西都是和時間有關的部件。

（2）看門狗其實就是一個定時器，只不過定時時間到了之后不只是中斷，還可以復位CPU

（3）RTC是實時時鐘，它和定時器的差別就好象鬧鐘（定時器）和鐘表（RTC）的差別一樣。

（4）蜂鳴器是一個發聲設備，在ARM里面蜂鳴器是用定時器模塊來驅動的。

二、S5PV210中的定時器

在S5PV210內部，一共有4類定時器件。這4類定時器件的功能、特征是不同的。

1、PWM定時器

（1）這種是最常用的，平時所說的定時器一般指的是這個。像簡單單片機（譬如51單片機）中的定時器也是這類。

（2）為什么叫PWM定時器？因為一般SoC中產生PWM信號都是靠這類定時器器件的。

2、系統定時器

（1）系統（指的是操作系統）定時器，也是用來產生固定時間間隔（TCNT×時鐘周期）信號的，稱為systick，這個systick用來給操作系統提供tick信號。

（2）產生systick作為操作系統的時間片（time slice）的。

（3）一般做操作系統移植的時候，這里不會由我們自己來做，一般原廠提供的基礎移植部分就已經包含了，所以幾乎不需要研究。

3、看門狗定時器

（1）看門狗定時器本質上也是一個定時器，和上面2個沒有任何本質區別。

（2）看門狗定時器可以設置在時間到了的時候產生中斷，也可以選擇發出復位信號復位CPU。

（3）看門狗定時器在實踐中應用很多，尤其是工業領域（環境復雜、干擾多）機器容易出問題，而且出問題后后果很嚴重，此時一般都會用看門狗來進行系統復位。

4、實時時鐘RTC（real time clock）

（1）區分時間段和時間點。

• 時間段是相對的，兩個時間點相減就會得到一個時間段；
• 時間點是絕對的，是絕無僅有的一個時間點。

（2）定時器關注的是時間段，定時器計時從開啟定時器的那一刻開始，到定的時間段結束為止產生中斷；而RTC中工作用的是時間點（xx年x月x日……）。

（3）RTC和定時器的區別，就相當于是鐘表和鬧鐘的區別。

三、S5PV210的PWM定時器

1、為什么叫PWM定時器？

• 本質上是定時器；
• 用來產生PWM波形。

2、PWM定時器介紹

（1）S5PV210有5個PWM定時器。

• 其中0、1、2、3各自對應一個外部GPIO，可以通過這些對應的GPIO產生PWM波形信號并輸出；
• Timer4沒有對應的外部GPIO（它不是為了生成PWM波形而設計的，而是為了產生內部定時器中斷而設計的）；

（2）S5PV210的5個PWM定時器的時鐘源為PCLK_PSYS

• timer0和timer1共同使用一個預分頻器，timer2、3、4共同使用一個預分頻器；
• 每個timer有一個專用的獨立的分頻器；
• 預分頻器和分頻器構成了2級分頻系統，將PCLK_PSYS兩級分頻后生成的時鐘供給timer模塊作為時鐘周期。

3、S5PV210的PWM定時器框圖簡介

關鍵點：時鐘源、預分頻器、分頻器、TCMPB&TCNTB、dead zone

（1）預分頻器與分頻器

• 兩級分頻是串聯（級聯）的，所以兩級分頻的分頻數是相乘的。
• 兩級分頻的分頻系數分別在TCFG0和TCFG1兩個寄存器中設置。
• 預分頻器有2個，prescaler0為timer0&timer1共用，prescaler1為timer2、3、4共用；
• 兩個prescaler都是8個bit位，因此prescaler value范圍為0～255，因此預分頻器的分頻值范圍為1～256（注意實際分頻值為prescaler value + 1）。
• 分頻器實質上是一個MUX開關，多選一開關決定了走哪個分頻系數路線。可以選擇的有1/1，1/2，1/4，1/8，1/16等。
• 計算一下，兩級分頻下來，分頻最小為1/1（也可能是1/2），最大分頻為1/256×16（1/4096）。
• 在PCLK_PSYS為66MHz的情況下（默認時鐘設置就是66MHz的），此時兩級分頻后的時鐘周期范圍為0.03us到62.061us；
• 再結合TCNTB的值的設置（范圍為1～2的32次方），可知能定出來的時間最長為266548.27s（折合74小時多，遠遠夠用）。

（2）TCNT&TCMP、TCNTB&TCMPB、TCNTO

• TCNT和TCNTB是相對應的；TCNTB是有地址的寄存器，供程序員操作；TCNT在內部和TCNTB相對應，它沒有寄存器地址，程序員不能編程訪問這個寄存器。
• TCNT寄存器功能就是用來減1的，它是內部的不能讀寫；我們向TCNT中寫數值要通過TCNTB往進寫，讀取TCNT寄存器中的值要通過讀取相對應的TCNTO寄存器。
• 工作流程：事先算好TCNT寄存器中開始減的那個數（譬如300），然后將之寫入TCNTB寄存器中，在啟動timer前，將TCNTB中的值刷到TCNT寄存器中（有一位寄存器專門用來操作刷數據過去的），之后就可以啟動定時器開始計時；在計時過程中如果想知道TCNT寄存器中的值減到多少了，可以讀取相應的TCNTO寄存器。
• 定時功能只需要TCNT、TCNTB兩個即可；TCNTO寄存器用來做一些捕獲計時；TCMPB用來生成PWM波形。

4、自動重載和雙緩沖（auto-reload and double buffering）

（1）定時器工作的時候，一次定時算一個工作循環。

• 定時器默認是單個循環工作的，也就是說定時一次，計時一次，到期中斷一次就完了。下次如果還要再定時中斷，需要另外設置。

（2）現實中用定時器來做的時候往往是循環的

• 可以寫代碼反復重置定時器寄存器的值（在每次中斷處理的isr中再次給TCNTB中賦值，再次刷到TCNT中再次啟動定時器），早期的單片機定時器就是這樣的；
• 高級SoC中的定時器已經默認內置這種循環定時工作模式，就叫自動裝載（auto-reload）機制。

（3）自動裝載機制就是當定時器初始化好開始計時后再不用管了，一個周期到了之后，自動從TCNTB中再次裝載值到TCNT中，再次啟動定時器開始下個循環。

5、什么是PWM？

（1）PWM（pulse wide modulation，脈寬調制）

• PWM波形是一個周期性波形，周期為T，在每個周期內波形是完全相同的。
• 每個周期內由一個高電平和一個低電平組成。

（2）PWM波形的2個重要參數

• 一個是周期T，另一個是占空比duty（占空比就是一個周期內高電平的時間除以周期時間的商）。

（3）PWM波形的用處

• 譬如通信上用PWM來進行脈寬調制對基波進行載波調制；
• 在發光二極管LED照明領域可以用PWM波形來調制電流進行調光；
• 用來驅動蜂鳴器等設備。

6、PWM波形的生成原理

（1）早期的簡單單片機里（譬如51單片機）沒有專用的PWM定時器

• 需要自己結合GPIO和定時器模塊來生產PWM波形；
• 流程：先將GPIO引腳電平拉高，同時啟動定時器定T*duty時間，時間到了在isr中將電平拉低，然后定時T*(1-duty)后再次啟動定時器，然后時間到了后在isr中將電平拉高，然后再定時T*duty時間再次啟動定時器……

（2）因為定時器經常和PWM的產生有關，所以設計SoC的時候就直接把定時器和一個GPIO引腳內部綁定起來

• 然后在定時器內部給設置了PWM產生的機制，可以更方便的利用定時器產生PWM波形。
• 利用PWM定時器來產生PWM波形時，就可以不用中斷，而是直接生成PWM。
• 綁定之后壞處就是GPIO引腳是固定的、死板的、不能隨便換的。

（3）在S5PV210中，PWM波形產生有2個寄存器很關鍵，一個是TCNTB、一個是TCMPB。

• TCNTB決定PWM波形的周期，TCMPB決定PWM波形的占空比。
• 最終生成的PWM波形的周期是：TCNTB×時鐘周期（PCLK_PSYS經過兩極分頻后得到的時鐘周期）。
• 最終生成的PWM波形的占空比是：TCMPB/TCNTB

7、輸出電平翻轉器

（1）PWM定時器可以規定：當TCNT>TCMPB時為高電平，當TCNT<TCMPB時為低電平。也可以規定：當TCNT>TCMPB時為低電平，當TCNT<TCMPB時為高電平。在這兩種規定下，計算時TCMP寄存器的值會變化。

（2）基于上面講的，當duty從30%變到70%時，我們TCMPB寄存器中的值就要改（譬如TCNTB中是300時，TCMPB就要從210變化到90）。這樣的改變可以滿足需要，但是計算有點麻煩。于是乎210的PWM定時器幫我們提供了一個友好的工具叫做電平翻轉器。

（3）電平翻轉器在電路上的實質就是一個電平取反的部件，在編程上反映為一個寄存器位。寫0就關閉輸出電平反轉，寫1就開啟輸出電平反轉。開啟后和開啟前輸出電平剛好高低反轉。（輸出電平一反轉30%的duty就變成70%了）

（4）實戰中到底是TCNT和TCMPB誰大誰小時高電平還是低電平，一般不用理論分析，只要寫個代碼然后用示波器實際看一下出來的波形就知道了；如果反了就直接開啟電平翻轉器即可。

8、死區生成器

（1）PWM有一個應用就是用在功率電路中用來對交流電壓進行整流。整流時2路整流分別在正電平和負電平時導通工作，不能同時導通（同時導通會直接短路，瞬間的同時導通都會導致電路燒毀）。大功率的開關電源、逆變器等設備廣泛使用了整流技術。特別是逆變器，用SoC的GPIO輸出的PWM波形來分別驅動2路整流的IGBT。

（2）PWM波形用來做整理時要求不能同時高或低，因為會短路。但是實際電路是不理想的，不可能同時上升/下降沿，所以比較安全的做法是留死區。

（3）死區這東西離不了也多不了。死區少了容易短路，死區多了控制精度低了不利于產品性能的提升。

（4）S5PV210給大家提供了自帶的死區生成器，只要開啟死區生成器，生產出來的PWM波形就自帶了死區控制功能，用戶不用再自己去操心死區問題。

（5）大部分人工作是用不到這個的，直接關掉死區生成器即可。

四、蜂鳴器和PWM定時器編程實踐

1、蜂鳴器的工作原理

（1）蜂鳴器里面有2個金屬片，離的很緊但沒挨著；沒電的時候兩個片在彈簧本身張力作用下分開彼此平行；有電的時候兩邊分別充電，在異性電荷的吸力作用下兩個片挨著；

（2）我們只要以快速的頻率給蜂鳴器的正負極：供電、斷電。進行這樣的循環，蜂鳴器的兩個彈簧片就會挨著分開挨著分開……，從而敲擊發出聲音。

（3）因為人的耳朵能聽見的聲音頻率有限制（20Hz-20000Hz），我們做實驗時一般給個2KHz的頻率。

（4）頻率高低會影響聲音的音頻，一般是音頻越低聲音聽起來越低沉、音頻越高聽起來越尖銳。

（5）只要用PWM波形的電壓信號來驅動蜂鳴器，把PWM波形的周期T設置為要發出的聲音信號的1/頻率即可；PWM的占空比只要確保能驅動蜂鳴器即可（驅動能力問題，一般引腳驅動能力都不夠，所以蜂鳴器會額外用三極管來放大流來供電）。

2、原理圖和硬件信息

（1）查閱原理圖可知，開發板底板上的蜂鳴器通過GPD0_2（XpwmTOUT2）引腳連接在SoC上。

（2）GPD0_2引腳通過限流電阻接在三極管基極上，引腳有電蜂鳴器就會有電（三極管導通）；引腳沒電蜂鳴器就會沒電（三極管關閉）。這些都是硬件問題，軟件工程師不用管，軟件工程師只要寫程序控制GPD0_2引腳的電平產生PWM波形即可。

（3）GPD0CON(0xE02000A0)，要把bit8～bit11設置為0b0010（功能選擇為TOUT_2，就是把這個引腳設置為PWM輸出功能）。

（4）從GPD0_2引腳可以反推出使用的是timer2這個PWM定時器。

3、PWM定時器的主要寄存器詳解

相關的寄存器有TCFG0、TCFG1、CON、TCNTB2、TCMPB2、TCNTO2

4、蜂鳴器和PWM定時器編程實踐

（1）基于uart_stdio項目源碼來添加PWM定時器驅動蜂鳴器實驗；

（2）PWM定時器來產生PWM波形時是不需要中斷干預的。

五、看門狗定時器

1、什么是看門狗、有什么用？

（1）看門狗定時器和普通的定時器并無本質區別。定時器可以設定一個時間，在這個時間完成之前定時器不斷計時，時間到的時候定時器會復位CPU（重啟系統）。

（2）系統正常工作的時候當然不希望被重啟，但是系統受到干擾、極端環境等可能會產生異常工作或者不工作，這種狀態可能會造成不良影響（至少是不工作），此時解決方案就是重啟系統。

（3）普通設備重啟不是問題，但是有些設備人工重啟存在困難。這時候我們希望系統能夠自己檢驗自己是否已經跑飛，并且在意識到自己跑飛的時候，可以很快的（幾個ms或者更短）自我重啟。這個功能就要靠看門狗定時器來實現。

（4）典型應用的情景是：我們在應用程序中打開看門狗設備，初始化好給它一個時間，然后應用程序使用一個線程來喂狗，這個線程的執行時間安全短于看門狗的復位時間。當系統（或者應用程序）異常后，喂狗線程自然就不工作了，然后到時候看門狗就會復位。

（5）補充：實戰中有時候為了絕對的可靠，我們并不會用SoC中自帶的看門狗，而是使用專門的外置的看門狗芯片來實現看門狗。

2、S5PV210看門狗定時器的結構框圖

（1）PCLK_PSYS經過兩級分頻后生成WDT（watchdog timer）的時鐘周期，然后把要定的時間寫到WTDAT寄存器中，刷到WTCNT寄存器中去減1，減到0時（定時時間到）產生復位信號或中斷信號。

（2）典型應用中是配置為產生復位信號，我們應該在WTCNT寄存器減到0之前給WTDAT寄存器中重新寫值以喂狗。

3、看門狗定時器的主要寄存器

WTCON WTDAT WTCNT WTCLRINT

4、看門狗定時器的編程實踐

（1）產生中斷信號

（2）產生復位信號

六、實時時鐘RTC

1、何為實時時鐘？

（1）real time clock，真實時間，即xx年x月x日x時x分x秒；

（2）RTC是SoC中一個內部外設，擁有獨立的晶振提供RTC時鐘源（32.768KHz），內部有一些寄存器用來記錄時間（年月日時分秒星期）。

• 一般情況下為了在系統關機時時間仍然在走，還會給RTC提供一個電池供電。

2、S5PV210實時時鐘的結構框圖

（1）時間寄存器7個；

（2）鬧鐘發生器；

3、鬧鐘發生器

（1）可以定鬧鐘時間，到時間會產生RTC alarm interrupt，通知系統鬧鐘定時到了。

（2）鬧鐘定時是定的時間點，而timer定時是定的時間段。

4、S5PV210實時時鐘的主要寄存器

（1）INTP，中斷掛起寄存器

（2）RTCCON，RTC控制寄存器

（3）RTCALM ALMxxx，鬧鐘功能有關的寄存器

（4）BCDxxx，時間寄存器

5、BCD碼

（1）RTC中所有的時間（年月日時分秒星期，包括鬧鐘）都是用BCD碼編碼的。

（2）BCD碼本質上是對數字的一種編碼，用4位二進制數表示1位十進制數字，比如十進制的56被編碼成0x56。

（3）BCD碼的作用

• 將十進制數拆成組成這個十進制數的各個數字的編碼，變成編碼后就沒有位數的限制了。
• 譬如123456789123456789，如果這個數純粹當數字肯定超出了int的范圍，計算機無法直接處理。
• 想讓計算機處理這個數，計算機首先得能表達這個數，表達的方式就是先把這個數轉成對應的BCD碼（123456789123456789）。

（4）BCD碼在計算機中可以用十六進制的形式來表示。也就是說十進制的56轉成BCD碼后是0x56，在計算機中用0x56來表達（暫時存儲與運算）。

（5）需要寫2個函數，一個是bcd轉十進制，一個是十進制轉bcd。

• 當要設置時間的時候（譬如要設置為23分），需要將這個23轉成0x23，然后再賦值給相應的寄存器BCDMIN；
• 當從寄存器BCDMIN中讀取一個時間時（譬如讀取到的是0x59），需要轉成十進制再去顯示（0x59當作BCD碼就是59，轉成十進制就是59，所以顯示就是59分）。

七、RTC實戰

1、設置時間與讀取顯示時間

（1）為了安全，默認情況下RTC讀寫是禁止的，此時讀寫RTC的時間是不允許的；當我們要更改RTC時間時，應該先打開RTC的讀寫開關，然后再進行讀寫操作，操作完了后立即關閉讀寫開關。

（2）讀寫RTC寄存器時，一定要注意BCD碼和十進制之間的轉換。

（3）年的問題。

• BCDYEAR寄存器存的并不是完整的年數，而是基于2000年的偏移量來存儲的；
• 譬如今年2015年，實際存的就是15（2015-2000）；
• 還有些RTC芯片是以1970年為基點的。

2、鬧鐘實驗

總結

以上是生活随笔為你收集整理的s5pv210——定时器理论与操作的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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