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瑞萨MCU零基础入门系列教程汇总 https://blog.csdn.net/qq_35181236/article/details/132779862 第18章 GPT
本章目标
了解RA6M5处理器的GPT外设学会使用RASC配置GPT实现基本定时和PWM输出
18.1 GPT简介
通用PWM定时器GPTGenera- PWM Timer是RA MCU的一种32/16位的定时器外设。在GPT当中可分为GPT32和GPT16它们最主要的区别是计数器的位数不同。GPT32是32位的定时器能计数的范围为0~0xFFFF_FFFF 而GPT16是16位的定时器能计数的范围为0~0xFFFF。
GPT模块可用于计数事件、测量外部输入信号、作为通用计时器并产生周期性中断、以及输出周期性PWM信号到GTIO引脚。GPT也可用于输出单个脉冲但是注意这是通过软件来实现的GPT硬件本身不支持输出单个脉冲One-Shot功能。当使用单个脉冲One-Shot模式时必须要开启中断在脉冲周期结束后在ISR中断服务函数中停止计时器。
RA MCU的GPT包括但不限于如下这些特征
32位GPT有4个输入/输出通道16位GPT有6个输入输出通道每个GPT的计数器支持向上计数、向下计数或者向上向下同时计数每个通道的时钟源都可以单独配置选择每个通道有2个引脚可用来输入输出每个通道有2个输出比较寄存器或者输入捕获寄存器每个通道的输出比较寄存器或输入捕获寄存器都有4个缓存寄存器在PWM模式下支持设置死区时间计数器的开始、停止、清除等动作可以由最多8个ELC事件响应也可以由最多4个外部触发器相应支持生成控制无刷直流电机的PWM波
RA MCU的GPT支持下表的这些功能· RA MCU的GPT引脚及其功能用途如下表 最后来看下GPT的系统框图
计数器
GTCNT是GPT定时器模块内部的计数器实际上计数器是实现定时器外设的各种功能的基础。 因此了解计数器的规格和功能非常重要。
对于RA6M5共有10个GPT定时器GPT09而GPT又分为GPT32和GPT16。GPT32有4个GPT03计数器为32bit在上图中用GPT320GPT323来表示而GPT16有6个GPT49计数器为16bit在上图中用GPT164~GPT169来表示。
GPT的计数器支持递增计数递减计数和递增/递减计数即递增与递减计数轮流进行。
时钟源
GPT定时器的时钟输入可以选择内部的PCLKD分频后输入或者选择通过GTETRGn引脚输入外部时钟。这两类中只能选择一个若选择外部时钟输入则定时器不能对内部时钟输入进行计数。
PCLKD / nn 1/2/4/8/16/32/64/256/1024GTETRGA,GTETRGB,GTETRGC,GTETRGD通过POEG
注PCLKD / 1表示的是不分频。
周期设置
GTPR周期设置寄存器是一个可读写的寄存器用户可通过该寄存器设置计数器GTCNT的最大计数值计数超过该值就会溢出因此该值决定了计数器的计数周期。GTPR的有效位与GTCNT16位或32位相同。如果GTPR的有效大小为16位则用户读取其高16位始终为0并且对其高16位的写入作会被忽略。
GTPBR 周期设置缓冲寄存器同样也是一个可读写的寄存器用作GTPR的缓冲寄存器GPT计数器每计数溢出一次就会将GTPBR的值写入GTPR。GTPBR的有效大小也与GTCNT16位或32位相同。如果GTPBR的有效大小为16位则用户读取其高16位始终为0并且对其高16位的写入作会被忽略。
控制寄存器
本书是面向对象的编程思想不会基于寄存器直面底层硬件编程且GPT的控制寄存器很多本书不对GPT的寄存器做一一讲解。
比较输出和输入捕获控制寄存器
这部分包含一个比较器和6个GTCCRx寄存器x A,B,C,D,E,F。这6个GTCCRx寄存器的功能并不完全相同
GTCCRA和GTCCRB是用于输出比较和输入捕捉的寄存器。GTCCRC和GTCCRE可用作比较匹配寄存器也可以分别作为GTCCRA和GTCCRB的缓冲寄存器构成GTCCRA和GTCCRB的单缓冲寄存器。GTCCRD和GTCCRF可用作比较匹配寄存器也可以分别作为GTCCRC和GTCCRE的缓冲寄存器构成GTCCRA和GTCCRB的双缓冲寄存器即GTCCRC和GTCCRD作为GTCCRA的双缓冲GTCCRE和 GTCCRF作为GTCCRB的双缓冲。
比如在普通的PWM输出模式下比较器将计数器GTCNT与GTCCRA和GTCCRB进行比较若匹配比较结果相等则根据GTIORGenera- PWM Timer I/O Contro- Register寄存器的GTIOA[4:0]和GTIOB[4:0]的配置来切换GTIOCA和GTIOCB的输出电平。可以将GTIOCA和GTIOCB切换为低电平、高电平、或者反转电平。
中断源
图中显示的是GPT0的中断请求信号中断请求信号用于产生中断、或者通过ELC链接到其他模块。
GPT提供以下中断源
GTCCR输入捕捉/比较匹配GTCNT计数器上溢超出GTPR设置的值/下溢周期计数功能完成
每个中断源都有自己的状态标志。当一个中断源信号产生时相关的状态标志会被硬件自动设置为1。状态标志可以通过写入0来清除。需要注意的是如果标志设置和标志清除同时发生标志清除优先于标志设置。
GPT输入引脚
GTIOCnA和GTIOCnB是GPT的IO输入输出引脚用于信号输出和输入捕获。它们还配备了噪声滤波器Noise Filter噪声滤波器以采样时钟对输入信号进行采样并去除长度小于3个采样周期的脉冲。用户可设置是否启用噪声滤波器。
ELC输入事件
GPT可以执行以下操作以响应最多8个来自ELC的事件信号输入
开始计数停止计数清除计数递增计数递减计数进行一次输入捕获
输出相位切换控制
输出相位切换GPT_OPS功能通过输出相位切换控制寄存器OPSCR进行控制用于实现轻松控制无刷直流电机运行的功能。
需要注意的是GPT_OPS功能在RA6M5中只有一个并不是每个GPT定时器都对应有一个也就是说通过该功能只能轻松控制一个直流无刷电机。
18.2 GPT模块的使用
在RASC中使用GPT模块根据应用场景分为两类基本定时、有输入/输出需求。如果仅仅用作基本定时那么只需要在RASC的“Stacks”中添加GPT模块即可如果有输入输出需求的例如输出PWM到某个引脚或者对某个波形进行捕获比较那就需要去FSP的“Pins”中配置该引脚然后再去“Stacks”中添加配置GPT模块。
18.2.1 配置GPT模块
如果需要输出波形到某个引脚或者捕获比较某个引脚建议先去RASC的“Pins”配置引脚。
配置GPT引脚
在“Pins”中的“Peripherals”中找到“Timers:GPT”,根据硬件设计选择GPT通道和引脚比如要使用PWM实现一个呼吸灯LED的原理图如下图所示 使用到的引脚是P400此引脚支持的GPT复用通道在RA6M5数据手册中查看 可以看到P400支持的GPT复用通道是GTIOC6A也就是GPT通道6的A组引脚那么就可以配置Pins了如下图所示 添加GPT Stack
在FSP的“Stacks”中点击“New Stack”找到“Timers”选择其中的“Timer,General PWM(r_gpt)”添加GPT模块如下图所示 接着根据使用场景配置GPT的Stack模块。GPT的Stack有3个大类需要配置 Common通用配置适配该外设所有的stack模块。对于GPT而言通用配置需要设置的参数是 Parameter Checking参数校验在FSP库函数中判断参数是否合法使用断言方式判断默认不使能。Pin Output SupportGPT输出引脚是否使能支持两种模式使能和根据模块外部特征配置使能。默认使用“根据模块外部特征配置使能”目的是不同的模块使用不同的配置实现定制化。Write Protect Enable写保护默认不使能。Clock Source时钟源GPT默认选择PCLKD。 Module g_timer Timer,General PWM(r_gpt)模块定制化配置是本节配置的重点。 Pins引脚选择如果有输入输出需求会自动连接到前文配置的引脚。如果是多通道需要选择配置。
配置GPT Module
GPT的通道定制化Module配置有以下5类参数需要配置
General常规配置 OutPut输出配置
此项是配置GPT输出功能的参数例如占空比、引脚初始状态、空闲状态等参数比较多不一一列举主要内容如下图所示 后文会配置此处的参数生成PWM来实现呼吸灯效果那时会详细介绍这些参数。
Input输入配置
此项是配置GPT的输入捕获功能需要配置触发捕获向上计数的源、触发向下计数的源、开始捕获触发源、停止捕获触发源等详细内容见下图 这些触发源都需要根据硬件设计选择。
Interrupts中断配置
此项配置GPT的中断回调函数和中断优先级比如溢出中断优先级、输入捕获优先级等如下图所示 Extra Features外部特征配置
GPT的外部特征配置是指配置GPT输出引脚的使能、GPT计数的触发源、死区时间的设置等如下图所示 当GPT的使用更加精细比如会和ADC搭配使用需要生成复杂的PWM、三角PWM时就需要对外部特征进行更加精细的定制化的配置。
18.2.2 配置信息解读
使用RASC将GPT的stack模块配置好之后点击“Generate Project Content”生成工程会在工程的pin_data.c中生成模块的引脚信息在hal_data.c中生成模块的配置信息。
GPT的引脚信息
假设需要使用GPT往P400引脚输出PWM控制LED使用RASC配置GPT的通道且指定引脚后生成的工程中的pin_data.c中的g_bsp_pin_cfg_data[]数组就会添加该引脚的配置信息代码如下
const ioport_pin_cfg_t g_bsp_pin_cfg_data[] {......省略内容{.pin BSP_IO_PORT_04_PIN_00,.pin_cfg ((uint32_t) IOPORT_CFG_PERIPHERAL_PIN | (uint32_t) IOPORT_PERIPHERAL_GPT1)},
};GPT的模块配置信息
GPT模块的配置信息在hal_data.c中以timer_cfg_t类型的结构体变量表示代码如下
const timer_cfg_t g_timer6_cfg
{.mode TIMER_MODE_PERIODIC,/* Actual period: 0.001 seconds. Actual duty: 50%. */ .period_counts (uint32_t) 0x186a0, .duty_cycle_counts 0xc350, .source_div (timer_source_div_t)0,.channel 6,.p_callback gpt_timer6_callback,/** If NULL then do not add */
#if defined(NULL).p_context NULL,
#else.p_context NULL,
#endif.p_extend g_timer6_extend,.cycle_end_ipl (10),
#if defined(VECTOR_NUMBER_GPT2_COUNTER_OVERFLOW).cycle_end_irq VECTOR_NUMBER_GPT2_COUNTER_OVERFLOW,
#else.cycle_end_irq FSP_INVALID_VECTOR,
#endif
};第03行mode表示GPT的类型此处是周期型第05~06行表示输出PWM的周期和占空比第08行表示使用的GPT的通道第09行表示GPT的中断回调函数
在程序中使用GPT的open函数打开GPT设备的时就会使用这些配置信息初始化GPT。
18.2.3 中断回调函数
使用RASC配置生成工程后配置的中断回调函数会在hal_data.h中声明代码如下
#ifndef gpt_timer6_callback
void gpt_timer6_callback(timer_callback_args_t * p_args);
#endif用户需要在自己的程序中实现这个中断回调函数例如
void gpt_timer6_callback(timer_callback_args_t *p_args)
{/* TODO: add your own code here */
}用户可以根据中断回调函数的参数timer_callback_args_t的成员进行定制处理这个结构体的原型长这样
typedef struct st_timer_callback_args
{/** Placeholder for user data. Set in ref timer_api_t::open function in ref timer_cfg_t. */void const * p_context;timer_event_t event; /// The event can be used to identify what caused the callback./** Most recent capture, only valid if event is TIMER_EVENT_CAPTURE_A or TIMER_EVENT_CAPTURE_B. */uint32_t capture;
} timer_callback_args_t;最常用的就是其中的定时器事件成员timer_event_t它支持的事件如下
/** Events that can trigger a callback function */
typedef enum e_timer_event
{TIMER_EVENT_CYCLE_END, /// Requested timer delay has expired or timer has wrapped aroundTIMER_EVENT_CREST TIMER_EVENT_CYCLE_END, /// Timer crest event (counter is at a maximum, triangle-wave PWM only)TIMER_EVENT_CAPTURE_A, /// A capture has occurred on signal ATIMER_EVENT_CAPTURE_B, /// A capture has occurred on signal BTIMER_EVENT_TROUGH, /// Timer trough event (counter is 0, triangle-wave PWM only
} timer_event_t;比如用户可以判断事件是否为TIMER_EVENT_CYCLE_END它表示计数到指定周期了才进入的中断
if(p_args-event TIMER_EVENT_CYCLE_END)
{
}18.2.4 API接口及其用法
GPT模块供用户使用的API在r_timer_api.h中定义
typedef struct st_timer_api
{fsp_err_t (* open)(timer_ctrl_t * const p_ctrl, timer_cfg_t const * const p_cfg);fsp_err_t (* start)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);fsp_err_t (* stop)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);fsp_err_t (* reset)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);fsp_err_t (* enable)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);fsp_err_t (* disable)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);fsp_err_t (* periodSet)(timer_ctrl_t * const p_ctrl, uint32_t const period);fsp_err_t (* dutyCycleSet)(timer_ctrl_t * const p_ctrl, uint32_t const duty_cycle_counts, uint32_t const pin);fsp_err_t (* infoGet)(timer_ctrl_t * const p_ctrl, timer_info_t * const p_info);fsp_err_t (* statusGet)(timer_ctrl_t * const p_ctrl, timer_status_t * const p_status);fsp_err_t (* callbackSet)(timer_ctrl_t * const p_api_ctrl, void (* p_callback)(timer_callback_args_t *),void const * const p_context, timer_callback_args_t * const p_callback_memory);fsp_err_t (* close)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);
} timer_api_t;接下来看下这些API的用法。
打开GPT设备
fsp_err_t (* open)(timer_ctrl_t * const p_ctrl, timer_cfg_t const * const p_cfg);p_ctrltimer_ctrl_t结构体指针参数本质是一个void类型的参数指向st_gpt_instance_ctrl类型变量p_cfgtimer_cfg_t结构体指针参数在程序中会指向在hal_data.c中定义的g_timer6_cfg静态全局变量
用户在程序中可以参考如下代码使用此函数
fsp_err_t err g_timer6.p_api-open(g_timer0.p_ctrl, g_timer6.p_cfg);
if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);开启/停止GPT计数
GPT开始计数
fsp_err_t (* start)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);GPT停止计数
fsp_err_t (* stop)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);必须要在GPT打开状态下使用这两个函数用户可以参考如下代码在自己的程序中使用这两个函数
err g_timer6.p_api-start(g_timer6.p_ctrl);
if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);err g_timer6.p_api-stop(g_timer6.p_ctrl);
if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);重置GPT计数值
fsp_err_t (* reset)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);如果GPT是向上计数使用此函数会将计数器的值重置为0如果是向下计数使用此函数会将计数器的值重置为设定的周期值。
使能/失能GPT的输入捕获
使能GPT输入捕获
fsp_err_t (* enable)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);失能GPT输入捕获 fsp_err_t (* disable)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);如果用户使用了GPT的输入捕获功能的话在需要对引脚的信号进行捕获时需要使能捕获功能如果想要停止捕获则调用disable。
设置GPT的计数周期值 fsp_err_t (* periodSet)(timer_ctrl_t * const p_ctrl, uint32_t const period);如果要改变定时器的计数周期可以调用此函数在下一次重新计数开始生效。
设置GPT输出PWM的占空比
fsp_err_t (* dutyCycleSet)(timer_ctrl_t * const p_ctrl, uint32_t const duty_cycle_counts, uint32_t const pin);在PWM驱动应用中可以使用此函数来修改占空比。用户可以参考如下代码来使用这个函数
fsp_err_t err g_timer6.p_api-dutyCycleSet(g_timer6.p_ctrl, gPulse, GPT_IO_PIN_GTIOCA);
if(FSP_SUCCESS ! err)
printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);此函数最后一个参数是指GPT的输出通道而不是指IO引脚。
关闭GPT设备
fsp_err_t (* close)(timer_ctrl_t * const p_ctrl);18.3 GPT的基本定时功能
本节实验会使用到串口打印以及滴答定时器请将前文的drv_uart.c/.h和hal_systick.c/.h移植到本次实验中。
18.3.1 设计目的
实现一个基于硬件定时器的延时函数最小延时时间为1us。同时利用滴答定时器辅助验证通过串口打印调试结果。
18.3.2 GPT模块配置
本次实验只用到了GPT的基本定时计数功能没有使用到比较输出或捕获输出因而仅添加了stack模块没有配置Pins。GPT Stack模块的Module配置如下图所示 虽然配置的时候选择的周期和单位是1us但是在实际使用中可以改变这个值所以Period和Period Unit在配置时其实可以选任意值。
另外基于本次实验的目的本书将定时器设置为one-shot模式每次延时只需要计数器完成一次周期计数溢出。
18.3.3 驱动程序
初始化
void GPTDrvInit(void)
{fsp_err_t err g_timer0.p_api-open(g_timer0.p_ctrl, g_timer0.p_cfg);if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);
}初始化函数比较简单仅仅只是调用GPT的open函数打开设备。
中断回调函数和溢出等待函数
static void GPTDrvWaitOverflow(void);
static volatile bool gGPTOverflow false;
/* Callback function */
void gpt_timer0_callback(timer_callback_args_t *p_args)
{/* TODO: add your own code here */if(p_args-event TIMER_EVENT_CYCLE_END)gGPTOverflow true;
}static void GPTDrvWaitOverflow(void)
{while(!gGPTOverflow);gGPTOverflow false;
}第02行定义一个bool类型的标志位来表示定时器计数是否溢出在中断回调函数中它被赋值为true在等待函数中它被赋值为false第07行判断的定时器中断事件是周期结束事件表示一次周期性的计数完成触发的中断
微秒延时函数
void GPTDrvUDelay(unsigned int time)
{fsp_err_t err g_timer0.p_api-periodSet(g_timer0.p_ctrl, time*100);if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);err g_timer0.p_api-reset(g_timer0.p_ctrl);if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);err g_timer0.p_api-start(g_timer0.p_ctrl);if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);GPTDrvWaitOverflow();
}第03行根据参数和定时器的时钟频率计算周期值定时器的时钟频率是100MHz要计数达到1us的时间就需要以100MHz的频率计数100下。因而要实现以n微秒就需要给定时器设置n*100个计数周期值。第07行复位计数器的计数值本次选择的是向上计数复位后计数器的计数值会归零第11行开启定时器计数因为本次使用的是one-shot模式当定时器计数time*100次后会自动停止
18.3.4 测试程序
void GPTAppTest(void)
{SystickInit();UARTDrvInit();GPTDrvInit();{uint32_t lastTick HAL_GetTick();GPTDrvUDelay(1000000); // delay 1msuint32_t curTick HAL_GetTick();printf(Last Tick: %d\r\n, (int)lastTick);printf(Current Tick: %d\r\n, (int)curTick);printf(Passed Tick: %d\r\n, (int)(curTick - lastTick));}
}第08行获取us延时函数调用前的滴答定时器时刻第09行延时1000,000us也就是1s因为使用的是滴答定时器辅助验证延时函数需要大于1ms第10行获取us延时函数调用后的滴答定时器时刻第13行打印出两次时刻的差值计算us延时函数的实际耗时
18.3.5 测试结果 可以看到滴答定时器走过的tick数为1000也就是耗时1s和实验预期一致。
18.4 PWM实现呼吸灯
本节实验会使用到串口打印以及滴答定时器请将前文的drv_uart.c/.h和hal_systick.c/.h移植到本次实验中。
18.4.1 设计目的
使用GPT输出PWM通过调节PWM的占空比来改变LED的亮度通过设计合理的周期值来达到适宜的呼吸灯效果。
18.4.2 硬件连接
LED的原理图如下图所示 在前文已经分析过P400可以复用做GPT通道6的输出IO。
18.4.3 GPT模块配置
在FSP中对GPT6模块的配置如下图所示 通道6模式周期型周期值1kHz初始占空比50%中断回调函数gpt_timer6_callback
18.4.4 驱动程序
初始化
本次实验的初始化程序如下
void GptPWMDrvInit(void)
{fsp_err_t err g_timer6.p_api-open(g_timer6.p_ctrl, g_timer6.p_cfg);if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);err g_timer6.p_api-infoGet(g_timer6.p_ctrl, gTimerInfo);if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);gPeriod gTimerInfo.period_counts;gStep gPeriod/1500;err g_timer6.p_api-start(g_timer6.p_ctrl);if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);
}第03行使用open函数初始化GPT6的配置第07行获取GPT6的初始配置最重要的是获取到周期数值第11行根据周期数值和预期的呼吸灯效果设计为逐渐加强和逐渐减弱的时间都为1.5s第13行开启定时器计数 中断回调函数 本次实验以1kHz频率触发溢出中断每次中断都要修改PWM的占空比来达到LED亮度的增强和减弱代码如下
void gpt_timer6_callback(timer_callback_args_t *p_args)
{/* TODO: add your own code here */if(p_args-event TIMER_EVENT_CYCLE_END){if(gDir)gPulse - gStep;elsegPulse gStep;if(gPulse 0)gDir false;else if(gPulse gPeriod)gDir true;fsp_err_t err g_timer6.p_api-dutyCycleSet(g_timer6.p_ctrl, gPulse, GPT_IO_PIN_GTIOCA);if(FSP_SUCCESS ! err)printf(Function:%s\tLine:%d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);}
}第04行判断触发中断的是否是周期性计数溢出触发的第06~13行根据占空比的数值决定本次是处于亮度增强期还是减弱期如果是增强期则增加占空比否则减小占空比第14行调用函数修改PWM的占空比
18.4.5 测试结果
本次实验需要在实际硬件上验证。在本书配套的开发板上运行此程序可以发现LED以大约1.5s的时间从暗状态逐渐增强到最亮然后又花1.5s的时间逐渐减弱到暗状态。 本章完
