小猫爪：S32K3学习笔记03-S32K3之eMIOS

1 前言

  这几天简单的学习了一下K3的eMIOS，这应该也算是K3相比较K1的一个大升级吧，因为eMIOS比FlexTimer强，常常得用它来进行信号测量啊，PWM波生成啊之类的。下面就简单的介绍一下这个模块吧。

2 eMIOS资源介绍

  下面两个表对eMIOS的资源情况做了简单详尽的介绍，大家仔细观看。

  可以看到每个eMIOS模块都有24个通道（UC），这些通道都是相互独立的且又是互相配合，但是这些通道在结构上并不是一模一样，而是分成了4种通道类型，分别是TypeX，TypeY，TypeG，TypeH。这4种通道类型的区别就在于它们所支持的工作模式不同，下表显示了每种通道所支持的工作模式。


  下表显示三个eMIOS模块的24个通道分别是那种类型：

  为啥要设计不同结构的通道呢，这就是由eMIOS的工作原理来决定了，虽然说每个通道相互独立，但是eMIOS强大的功能需要由数个通道相互组合才能完全发挥。

3 CNT和Counter Bus

  eMIOS的通道，通道又叫Unified channels（UC）。eMIOS各个UC之间是怎么相互合作的呢，其中一个最重要的点就是Counter Bus。什么是Counter Bus呢？

  举个例子，在传统PWM生成模块中，里面都会有一个内部计数器，如果让其生成想要的PWM波则需要设置这个内部计数器的计数方式以及周期等，而eMIOS的Counter Bus则就是代替了这个内部计数器。而这个Counter Bus信号则就是另外一个UC的内部计数器CNT（每个UC内部都有一个内部计数器CNT）。

  所有，如果我们需要使用eMIOS生成PWM信号的话，首先则需要先配置通道A内部计数器CNT的计数方式和周期，让通道A的CNT变成其他通道的Counter Bus；随后再配置通道B以Counter Bus代替自己的CNT作为计数器，两者结合就可以生成PWM信号了，也就是说生成一个PWM信号需要两个通道相互配合才能生成。

  那么就有人问了，只使用一个通道不行吗，通道里面不是有一个CNT吗？答案是：当然可以。使用一个通道也是可以产生PWM的，这取决于通道的工作模式。因为每个通道是相互独立的，所以使用单个通道生成PWM做不到和别的通道生成的PWM同步，但是Counter Bus则完美的解决了这一点，因为多个通道可以共用一个Counter Bus。

  当然也不是所有的通道都可以生成Counter Bus，还记得前面提供eMIOS的24个UC的结构是不同的，只有TypeX型UC可以生成Counter Bus。

  经过上面的讲解，下面这副图就非常清晰了。

  TypeX型通道CH0，CH8，CH16分别生成局部Bus Counter_bus_B，Counter_bus_C，Counter_bus_D，局部Bus只能供给部分通道；TypeX型通道CH22,CH23生成全局Bus Counter_bus_A，Counter_bus_F，全局Bus可以为其他所有通道提供Bus。

4 UC的工作模式

  从上面的介绍中得知eMIOS的通道，支持很多种模式，接下来就对这些模式进行简单的介绍。

4.1 General-Purpose Input and Output (GPIO) mode

  这种模式属于UC的默认模式，或者叫初始状态吧，没啥暖用，唯一的作用就是用来作为过渡模式，也就说如果把一个UC由工作模式A变成工作模式B，那么就必须先UC变成GPIO模式，然后再将其配置成工作模式B。

工作模式A

GPIO模式

工作模式B

4.2 Single Action Input Capture (SAIC) mode

  这个就是最简单的传统意义上的输入捕捉功能，检测到一个上升沿或者下降沿，UC就生成一个Flag信号Sn[FLAG]，同时捕捉当前Counter Bus的值到AS2。

1. 单边沿捕捉如下：
   

2. 双边沿捕捉如下：
   

4.3 Single Action Output Capture (SAOC) mode

  这个也就是最简单的匹配匹配输出功能，给AS2写入一个值，当Counter Bus的值与AS2相等时，这个时候就会产生一个Flag信号，同时控制输出跳变或者翻转。

1. 信号跳变
   

2. 信号翻转
   

4.4 Input Pulse Width Measurement (IPWM) mode

  这个模式就是用来测量两个连续不同沿之间的宽度，即测量一个电平宽度。当检测到第一个沿（上升沿或者下降沿），捕捉Counter Bus的值，当检测到第二个沿（与第一个沿相反），再捕捉Counter Bus的值并产生一个Flag信号。

4.5 Input Period Measurement (IPM) Mode

  这个模式用来测量两个连续相同沿的宽度，通常用来测量信号周期，即检测到第一个沿（上升沿或者下降沿），捕捉Counter Bus的值，当检测到第二个沿（与第一个沿相通），再捕捉Counter Bus的值并产生一个Flag信号。

4.6 Double Action Output Compare (DAOC) mode

  这个模式通常用于生产一段固定长度的电平。这个模式相比较SAOC，就是它可以有两个比较输出，最常见的应用就是当第一个匹配事件发生时，输出信号翻转，第二个匹配事件发生时，输出信号再次翻转。第一个匹配成功后可生产Flag信号也可以不生成Flag信号（可配置），而第二个匹配成功后则肯定会产生Flag信号。

4.7 Pulse Edge Counting (PEC) mode

  这个模式通常用来测量信号的脉冲数或者边沿数。外部信号输入后，检测到有效信号后计数器累加，并且在当计数器CNT值发生匹配事件A后，复位计数器CNT并启动计数，发生匹配事件B后，停止计数并且输出Flag信号。

4.8 Modulus Counter (MC) mode

  这个模式就是典型的把一个通道变成一个传统定时器的功能了，或者可以为其他通道生成一个Counter base信号。可以工作在UP计数模式和Up Count-Down计数模式。中途可以随意修改匹配值AS1。

1. 在UP计数模式下，可产生一个溢出Flag信号，如下图所示：
   
2. 在Up Count-Down计数模式下，可产生两个匹配事件并产生Flag信号，分别是高低峰处AS1和BS1，如下图所示：
   

4.9 Modulus Counter Buffered (MCB) mode

  这个模式就是单纯的为了生成一个Counter Bus信号。它也有两种模式，跟MC模式一样，直接贴图：

1. Up Count
   
2. Up Count-Down Count
   

  个人猜测：至于它与MC模式有什么区别，我也不知道，反反复复研究了好久都不知道这个buffered代表了什么，如果后面我悟了，会回来更新的，我个人觉得就是使能了寄存器双缓存机制，让改变寄存器值得速度变得更加的快。）

4.10 Output Pulse Width and Frequency Modulation Buffered (OPWFMB) mode

  这个模式通常用来生成单个PWM信号，因为这种模式没有采用Counter Bus作为自己的计数器，至于原理很简单，直接贴图：

  CNT与AS1匹配后输出翻转，CNT与BS1匹配后输出再翻转，一个周期结束。也就是说AS1决定PWM的占空比，BS1则决定PWM的周期。

4.11 Center Aligned Output PWM with Dead Time Insertion Buffered (OPWMCB) mode

  这个模式通常用来生成同步PWM信号，因为这种模式使用了Counter Bus作为计数器，至于原理很简单，直接贴图：

  可以看到在这个模式下，还可以插入死区时间。AS1决定占空比，BS1决定死去时间，至于周期则由Counter Bus来决定。

4.12 Output PWM Buffered (OPWMB) mode

  这个模式也是用来生成同步PWM信号，如下图所示：

  这个模式与OPWFMB的区别就是它的周期是由选择的Counter Bus来决定的，而占空比则是由AS1和BS1共同决定。

4.13 Output PWM with Trigger (OPWMT) mode

  这个模式不仅能生成PWM，还可以用来生成触发信号，通常用其来配合其他通道生成同步触发信号来触发ADC。而这个模式必须选择外部计数器，而且还必须是MC up和MCB up驱动生成的Counter Bus。

5 MCAL配置

  下面就结合MCAL配置来把eMIOS模块用起来。首先设置完PORT的复用之后，接下来就是：

5.1 MCU

  首先得在MCU模块中使能eMIOS模块得时钟，以及设置参考时钟。

5.2 MCL

  然后得需要在MCL模块中激活eMIOS的支持，以及设置相应的counter bus。


  添加counter bus，如下图：

  这里需要注意以下，就是如果这个counter bus是给ICU使用的，即给输入捕获使用的，则必须设置成65535。

5.3 PWM

  如果是要产生PWM，则需要在PWM里面增加eMIOS的通道：


  设置完相应的工作模式，参考Counter bus之后，添加PWM通道：

  在这里需要注意的是，周期必须设置成与eMIOS通道相等，另外对于占空比，则是将占空比100等比变成了0x8000，举个例子，如果你要设置占空比为50%，那么这里的占空比则是要设置成0x4000。

  到这里为止，PWM就可以产生了。

5.4 ICU

  如果要使用eMIOS的输入捕获功能，则需要配置ICU模块，首先同样的在ICU中添加参考eMIOS通道：

  设置好通道的工作模式，参考counter bus:

  在这里需要注意的是，如果需要测量周期占空比，IPWM模式支持测量频率更大的信号，SAIC模式则小一点。之后就是添加ICU通道：

  到这里还没有完，还需要去在platfrom模块中使能eMIOS的中断以及注册相应的中断服务函数，因为ICU是需要中断来做的：

  至于通道数核服务函数名之间的对应关系如下：

中断服务函数	通道数
EMIOSx_0_IRQ	20~23
EMIOSx_1_IRQ	16~19
EMIOSx_2_IRQ	12~15
EMIOSx_3_IRQ	8~11
EMIOSx_4_IRQ	4~7
EMIOSx_5_IRQ	0~3

  当然也可以通过轮询的方式来实现，这种方式就不介绍了，此外还可以通过DMA的方式来实现，但是这种方法我觉得挺鸡肋的，这个数据量太小了。这里也不多做介绍了。

5.5 周期频率的计算

  下面来看一看周期频率的计算，举个例子来看一下计算过程。

1. 首先第一步去看这个通道的Counter Bus来源是啥，比如这里选择的BUS_F，如下：
   
2. 找到这个被引用的Counter Bus的配置，并且记住如下所示的三个参数：分别是MasterBusPrescaler, DefaultPeriod, MasterBusModeType。
   
3. 找到eMIOS模块的总分频系数ClockDividerValue，如下：
   
4. 找到eMIOS的参考时钟，并记录其参考时钟源，其实就是CoreClock，为160MHz，如下：
   

  得到这些参数就可以计算累加频率了，如下：累加频率 = CoreClock / ClockDividerValue / MasterBusPrescaler / DefaultPeriod。
所在在这里所设置的累加频率为：
160M / 32 / 1 / 50000 = 1000。

  最后再看看MasterBusModeType，也就是看看它的工作模式，如果是Up模式，则最后的频率为1000，如果是Up-Down模式，则最后的频率则为2000。

END