嵌入式知识-ARM裸机-学习笔记（8）：SoC定时器与看门狗（WDT）

嵌入式知识-ARM裸机-学习笔记（8）：SoC定时器与看门狗（WDT）

一、定时器

1. 定时器简介

定时器是SoC中最常见的外设
（1）定时器与计数器。计数器是用来计数的（每隔一个固定时间会计一个数）；因为计数器的计数时间周期是固定的，因此到了一定时间只要用计数值×计数时间周期，就能得到一个时间段，这个时间段就是我们定的时间（这就是定时器了）。
（2）定时器/计数器作为SoC的外设，主要用来实现定时执行代码的功能。定时器相对于SoC来说，就好象闹钟相对于人来说意义一样。

定时器有什么用
（1）定时器可以让SoC在执行主程序的同时，具有计时功能（通过定时器），到了一定时间（计时结束）后，定时器会产生中断提醒CPU，CPU会去处理中断并执行定时器中断的ISR。从而去执行预先设定好的事件。
（2）定时器就好象是CPU的一个秘书一样，这个秘书专门管帮CPU来计时，并到时间后提醒CPU要做某件事情。所以CPU有了定时器之后，只需预先把自己xx时间之后必须要做的事情绑定到定时器中断ISR即可，到了时间之后定时器就会以中断的方式提醒CPU来处理这个事情。

定时器的原理
（1）定时器计时其实是通过计数来实现的。 定时器内部有一个计数器，这个计数器根据一个时钟（这个时钟源来自于ARM的APB总线，然后经过时钟模块内部的分频器来分频得到）来工作。每隔一个时钟周期，计数器就计数一次，定时器的时间就是计数器计数值×时钟周期。
（2）定时器内部有1个寄存器TCNT，计时开始时我们会把一个总的计数值（初值）放入TCNT寄存器中，然后每隔一个时钟周期（假设为1ms）TCNT中的值会自动减1（硬件自动完成，不需要CPU软件去干预），直到TCNT中减为0的时候，TCNT就会触发定时器中断。
（3）定时时间是由2个东西共同决定的：一个是TCNT中的计数值，一个是时钟周期，两者的乘积即为最终定时的时间。

2. 与定时器有关的器件

看门狗
看门狗定时器和普通的定时器并无本质区别。定时器可以设定一个时间，在这个时间完成之前定时器不断计时，时间到的时候定时器会复位CPU（重启系统）。
普通设备重启不是问题，但是有些设备人工重启存在困难。这时候我们希望系统能够自己检验自己是否已经跑飞，并且在意识到自己跑飞的时候，可以很快的（几个ms或者更短）自我重启。这个功能就要靠看门狗定时器来实现。
我们在应用程序中打开看门狗设备，初始化好给它一个时间，然后应用程序使用一个线程来喂狗，这个线程的执行时间安全短于看门狗的复位时间。当系统（或者应用程序）异常后，喂狗线程自然就不工作了，然后到时候看门狗就会复位。
实战中有时候为了绝对的可靠，我们并不会用SoC中自带的看门狗，而是使用专门的外置的看门狗芯片来实现看门狗。

pwm定时器
PWM(pulse wide modulation 脉宽调制)：是一个周期性波形，周期为T，在每个周期内波形是完全相同的。每个周期内由一个高电平和一个低电平组成。
PWM波形有2个重要参数：一个是周期T，另一个是占空比duty（占空比就是一个周期内高电平的时间除以周期时间的商）。
对于一个PWM波形，知道了周期T和占空比duty，可以得到高电平时间为Txduty，低电平时间为Tx(1-duty)。 PWM波形其实就是用时间来控制电平高低，所以用定时器来实现PWM波形是天经地义的。
在S5PV210中，PWM波形产生有2个寄存器很关键，一个是TCNTB、一个是TCMPB。其中，TCNTB决定了PWM波形的周期，TCMPB决定了PWM波形的占空比。
最终生成的PWM波形的周期是：TCNTB×时钟周期（PCLK_PSYS经过两极分频后得到的时钟周期）。注意这个周期是PWM中高电平+低电平的总时间，不是其中之一。最终生成的PWM波形的占空比是：TCMPB/TCNTB。

RTC时钟
RTC（real time clock）是实时时钟，它和定时器的差别就好象闹钟（定时器）和钟表（RTC）的差别一样。也就是所谓的年月日时分秒。
RTC是SoC中一个内部外设，RTC有自己独立的晶振提供RTC时钟源（32.768KHz），内部有一些寄存器用来记录时间（年月日时分秒星期）。一般情况下为了在系统关机时时间仍然在走，还会给RTC提供一个电池供电。

二、定时器常见用法

1. PWM定时器驱动蜂鸣器

蜂鸣器简介
蜂鸣器里面有2个金属片，离的很紧但没挨着；没电的时候两个片在弹簧本身张力作用下分开彼此平行；有电的时候两边分别充电，在异性电荷的吸力作用下两个片挨着。我们只要以快速的频率给蜂鸣器的正负极：供电、断电。进行这样的循环，蜂鸣器的两个弹簧片就会挨着分开挨着分开···形成敲击，发出声音。
根据以上的分析，可以看出，只要用PWM波形的电压信号来驱动蜂鸣器，把PWM波形的周期T设置为要发出的声音信号的1/频率即可；PWM的占空比只要确保能驱动蜂鸣器即可。

PWM定时器主要寄存器
（1）TCFG0、TCFG1
这两个寄存器是用来进行预分频和分频的，通过将PCLK进行分频处理的到一个频率较低的时钟信号，用于驱动PWM定时器。
两级分频是串联（级联）的，所以两级分频的分频数是相乘的。预分频器有2个，prescaler0为timer0&timer1共用；prescaler1为timer2、3、4共用；两个prescaler都是8个bit位，因此prescaler value范围为0～255；所以预分频器的分频值范围为1～256（注意实际分频值为prescaler value + 1）。

（2）CON

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。
自动装载机制就是当定时器初始化好开始计时后再不用管了，他一个周期到了后会自己从TCNTB中再次装载值到TCNT中，再次启动定时器开始下个循环。

（3）TCNTB2、TCMPB2

通过改变TCMPB与TCNTB的比值即可改变PWM波的占空比。

除了TCNTB和TCMPB外，还有个寄存器叫TCNT。 TCNT和TCNTB是相对应的，TCNTB是有地址的寄存器，供程序员操作；TCNT在内部和TCNTB相对应，它没有寄存器地址，程序员不能编程访问这个寄存器。
TCNT寄存器功能就是用来减1的，它是内部的不能读写；我们向TCNT中写要通过TCNTB往进写；读取TCNT寄存器中的值要通过读取相对应的TCNTO寄存器。
工作流程就是：我们事先算好TCNT寄存器中开始减的那个数（譬如300），然后将之写入TCNTB寄存器中，在启动timer前，将TCNTB中的值刷到TCNT寄存器中（有一位寄存器专门用来操作刷数据过去的），刷过去后就可以启动定时器开始计时；在计时过程中如果想知道TCNT寄存器中的值减到多少了，可以读取相应的TCNTO寄存器来得知。

2. 看门狗定时器

看门狗主要用到的寄存器
（1）WTCON

在这里要解释一下，如果设置为中断模式的话，即需要写ISR函数，并且在配置中断模式时，要将复位禁止。如果设置为复位模式，如果在规定时间内没有喂狗（重装载初值），系统则会复位，在配置为复位模式时，要将中断模式禁止。

在配置完成的最后，要将WTCON的第5位置1，使能看门狗程序。

（2）WTDAT、WTCNT

（3）WTCLRINT
当看门狗被设置为中断模式时，此寄存器用来清除中断。

补充：当设置看门狗为中断模式时

首先要将看门狗的中断物理号与ISR通过VECTADDR进行绑定：

之后将中断配置好之后使能中断，并且在ISR程序执行的末尾设置清中断和清看门狗中断。