S32K324芯片学习笔记-实时控制系统-eMIOS

Enhanced Modular IO Subsystem (eMIOS)

增强型模块化IO子系统(eMIOS)

eMISO配置

对于S32K324,有3个eMISO模块

Local Channel prescaler width：通道分频因子的位数，最大可以分16

Number of global counter buses：全局counter的通道数，一般是最后两个Channel

Global channel prescaler width:全局分频系数的位数，最大可以到256

通道类型

eMIOS包含4种不同类型的通道，如下所示

通道Type X和G有内部计数器

CH0,CH8,CH16,CH22,CH23为Type X

通道配置

通道23产生Counter_bus_A,通道22产生Counter_bus_F，这两个Counter可以作为其他通道的基准

通道0可以产生Counter_bus_B,通道8可以产生Counter_bus_C,通道16可以产生Counter_bus_D，这三个Counter可以作为其他7个通道的基准

BCTU Interface

除了通道23之外，其他的通道都可以触发BCTU

简介

eMIOS提供独立通道UCs，您可以对其进行配置，以生成或测量不同芯片应用程序中不同功能的时间事件。也就是可以生成counter供其他通道使用，已达到同一参考源，实现PWM同步输出

功能框图

和上面那个通道配置图一样，通道23产生Counter_bus_A,通道22产生Counter_bus_F，作为全局时钟

Unified channels (UC)

每个UC包含以下内容:

•两个双缓冲数据寄存器An和Bn，允许在需要软件干预之前发生最多两个事件(输入捕获、输出比较或两者同时发生)

•两个比较器A和B，指示所选计数器总线何时等于An和Bn中的值

•一种内部计数器(CNTn[C])，在除GPIO以外的所有模式下运行。（只有Type x和Type h的通道具有）

您可以使用此计数器作为本地时基或对输入事件进行计数。如果当前模式未使用CNTn[C]，则可以将其用作时间基。

•一种输出触发器，用于保存应用于输出引脚的逻辑电平

•一个状态寄存器，UC status n (S0 - S23)，标记输入捕获和匹配事件，指示标志溢出和溢出，并显示输入和输出引脚状态

•控制寄存器UC control n (C0 - C23)，用于控制UC操作

您可以控制每个UC的以下操作特性:

•指定UC行为的逻辑(Cn[MODE])(参见UC模式)

•计数器总线(Cn[BSL])，为所有计时功能提供时基

•时钟分频CP寄存器(Cn[UCPRE] and C2_n[UCEXTPRE])

•用于确定有效引脚转换的输入滤波器的最小输入脉冲宽度(Cn[IF])

•要检测哪些输入边沿(Cn[EDSEL])

•四个输出禁用输入信号(Cn[ODISSL])中哪一个用于禁用输出

•除GPIO外的所有输出模式，是否关闭输出触发器(Cn[ODIS])

UC框图展示了UC的基本架构。

Buffered modes

缓存模式有点像之前英飞凌GTM模块中的同步与异步模式

UC control and datapath diagram

AS1,AS2,BS1,BS的具体使用需要根据模式而定

UC modes

GPIO模式

该模式禁用所有UC输入捕获和输出比较功能，并重置和禁用内部计数器(Cn[C])。所有控制字段仍可访问。
当UC需要切换到另一种工作模式时，需要先切换到GPIO模式，再切换到最终的工作模式。为了使UC适应新的运行模式，在退出GPIO模式并进入所需的最终模式(参见AS1、AS2、BS1和BS2阴影寄存器)之前，必须配置AS1、BS1、AS2和BS2。具体地说:

•在An[A]写入AS1和AS2中存储相同的值。

•在Bn[B]写入BS1和BS2中存储相同的值。

•在ALTAn[ALTA]写入AS2中存储值。

一般不会这么用

SAIC (Single Action Input Capture)模式

在此模式下，当输入引脚上发生触发事件时，eMIOS:

•将选择的时间基础捕获到AS2中

•将Sn[FLAG]更改为1，表示发生了输入捕获

An[A]返回AS2的值。UC退出GPIO模式后，一旦进入SAIC模式，通道就可以捕获事件。
eMIOS在事件发生时立即捕获事件。因此，读取An[A]总是返回最新捕获的事件的值。无论您是否从An[A]读取前一个事件，后续捕获事件都会发生。每个新的捕获事件设置输入捕获标志(写入1到Sn[flag])。
输入捕获由Cn[EDPOL]和Cn[EDSEL]配置的输入引脚上的边缘转换触发。

一种是只捕获时间戳，一种是捕获时间戳同时在AS2 bit 31显示输入的电平

Cn[EDPOL]：0b -在下降边缘触发
1b -在上升边缘触发

SAIC with rising edge triggering：

通过输入信号的上升沿跳变触发，在AS2中记录Counter bus的值，此处对应的Cn[MODE]应该是000_0010b，如果是100_0010b的话，最高位显示电平状态，最高位，应该为1

SAIC with both edges triggering

上升沿和下降沿都捕捉，通过配置Cn[EDSEL]=1

Single Action Output Capture (SAOC) mode

在此模式下，eMIOS将匹配值加载到AS2，然后立即将其传输到AS1，以便与所选时基进行比较。当输出比较匹配发生时，eMIOS：

•由Cn[EDSEL]决定，切换输出触发器或将Cn[EDPOL]传输到输出触发器。

•设置输入捕获标志(将Sn[flag]更改为1)。

随着匹配，Sn[FLAG]变成1，表示输出比较匹配已经发生。写入An[A]将值存储在AS2中，读取An[A]将返回AS1值。

SAOC模式下的通道内部计数器是自由运行的。一旦UC进入SAOC模式，它就开始计数

您可以通过在Cn[FORCMA]中写入1来强制输出比较匹配。强制输出比较匹配不设置输入捕获标志(Sn[flag])。

当UC退出GPIO模式后进入SAOC模式时，输出的触发器值成为Cn[EDPOL]的补码。

使用Cn[BSL]选择内部或外部计数器总线。

SAOC with Cn[EDPOL] transferred to the output flip-flop
在捕获发生时将EDPOL值通过eMIOS输出

SAOC toggling the output flip-flop

通过配置Cn[EDSEL] =1使Counter匹配时输出翻转

SAOC with flag behavior

输出在匹配后Flag set event后翻转，通过Flag clear清除flag output，允许继续翻转

Input Pulse Width Measurement (IPWM) mode

此模式允许您测量正脉冲或负脉冲的宽度。选择从边缘极性(Cn[EDPOL])的上升沿或下降沿测量。
第一边沿：

•触发第一个输入捕获，它将所选时基的计数值锁存到BS2中(参见AS1、AS2、BS1和BS2阴影寄存器)

•不设置输入捕获标志(Sn[flag])

•启用AS2捕获

下一个边沿：

•锁定所选的时间基础到AS2

•设置输入捕获标志(Sn[flag])

•将BS2传输到BS1和AS1

eMIOS在极性相反的连续边缘上捕捉连续的值。如果您在设置输入捕获标志(Sn[flag])时发起后续输入捕获事件，eMIOS将使用最新捕获的值更新AS2、BS1和AS1，并保持该标志设置
Timing example: measure pulse width

通过AS2减去BS1得到脉冲宽度

Timing example: AS1 and BS1 updates on channel reads

读An时会用AS1更新BS1，读取Bn时会用AS1更新BS1

Input Period Measurement (IPM) Mode

此模式允许您测量输入信号的周期。选择是否从边缘极性(Cn[EDPOL])的上升边或下降边测量。

所选极性的第一个边:

•将所选时基锁存到AS2和BS2中(参见AS1、AS2、BS1和BS2阴影寄存器)

•将BS2传输到BS1

•不设置输入捕获标志(Sn[flag])

同极性的第二个边沿

•将计数器总线值锁存到AS2和BS2中

•将BS2传输到BS1和AS1

•设置输入捕获标志(Sn[flag])
Timing example: measure input period

用AS2减去BS1即可得到输入信号的周期

Timing example: AS1 and BS1 updates on channel reads

读An时会用BS2更新AS1和BS1，读取Bn时会用BS2更新BS1

Double Action Output Compare (DAOC) mode

如果使能输出(write 0 to OUDIS[OUn])，在下一个时钟周期，UC会将AS2和BS2分别传输给AS1和BS1(参见Timing example: leading dead time insertion)。如果禁用输出(将1写入OUDIS[OUn])，则不会发生传输。

eMIOS独立地启用和禁用A和B比较器。它只在传输到AS1完成后启用比较器A，并在下一次匹配时禁用比较器A。类似地，eMIOS仅在向BS1传输完成后启用比较器B，并在下一次B匹配时禁用比较器B。

当比较器a上出现匹配时，输出触发器获得边缘极性(Cn[EDPOL])的值。当比较器B上出现匹配时，输出触发器获得边缘极性(Cn[EDPOL])的补码。

Force Match A (Cn[FORCMA])和Force Match B (Cn[FORCMB])允许您将输出触发器强制到与比较器对应的电平，A匹配的Edge Polarity (Cn[EDPOL])或B匹配的Edge Polarity的补码。强制匹配操作不设置输入捕获标志(Sn[flag])。

Timing example: flag on both matches

Counter匹配时输出翻转，且触发Sn[FLAG]
Timing example: flag on second match

Counter匹配时输出翻转，且只有在B时触发Sn[FLAG]

Pulse Edge Counting (PEC) mode

该模式计算所需时间窗口中在输入端检测到的脉冲或边的数量。Cn[EDSEL]和Cn[EDPOL]决定UC的哪些边计数。

在AS1中指定窗口开始时间，在BS1中指定窗口结束时间。写入AS1后，当所选时基与比较器A匹配时，eMIOS将重置内部计数器并开始计数输入事件。当时间基准与比较器B匹配时，eMIOS:

•禁用内部计数器。

•将计数器的内容传输到AS2。

•设置输入捕获标志(将Sn[flag]更改为1)。

通过读取Cn[C]或AS2可以获得检测到的脉冲数。

Timing example continuous

可以连续采集AS1到BS1的Counter

Timing example single-shot

只采集一次Counter

Modulus Counter (MC) mode

在这种模式下，UC为计数器总线或通用定时器产生一个时间基。内部计数器(Cn[C])从当前值开始计数，直到匹配AS1。

选择外部时钟源(参见MC子模式和MODE字段值)导致UC使用输入信号引脚作为源。使用“edge polarity (Cn[EDPOL])”和“edge select (Cn[EDSEL])”选择触发极性的边缘。

您必须只向An[A]写入非零值。写入一个[A]或内部计数器可能会导致错过匹配，计数器将在下一个周期中翻转并恢复操作。通道写0到BS1，这是MCU不能访问的。您可以读写BS2，但在此模式下不使用BS2。

Timing example: Up Count submode

写入AS2来更新AS1，counter达到AS1时产生Sn[FLAG]

Up Count-Down Count submode operation

在Up Count- down Count子模式下:

•当内部计数器匹配AS1时，计数器开始递减，UC设置输入捕获标志(Sn[flag])。

•当内部计数器匹配BS1时，计数器开始递增，如果在clear on match end operation (Cn[1] = 1)中，UC设置输入捕获标志(Sn[flag])。

Up Count with delayed reload operation

通过配置(C2n[UCRELDEL_INT])的值，可以设置匹配对应的次数之后再触发信号，配置为1时需要2次匹配

Modulus Counter Buffered (MCB) mode

在这个模式下，UC生成一个timebase，可以通过内部计数器总线与其他通道共享

AS1是双缓冲的，所以你可以在任何时候用平滑过渡来改变AS2。UC在计数器周期边界处更新AS1，此时内部计数器(CNTn[C])过渡到1h。

必须确保内部计数器在1h到AS1值的范围内;否则，An[A]匹配不发生，这将导致内部计数器以最大计数器值换行(24位计数器为FF_FFFFh)。发生计数器溢出后，UC将计数器重置为1h，并恢复正常操作。

Timing example: Up Count submode

改变AS2后，本次匹配还是按之前的AS1触发，下一次按写入的AS2触发

和英飞凌的GTM中的同步模式有点像

Timing example: Up Count submode flag assertion

跟上面的区别是通过flag set event来触发flag output和Sn[FLAG]

Up Count-Down Count submode

计数器周期为:(2 * AS1) - 2。计数器在AS1匹配时改变方向并向下计数(递减)，直到达到1h，然后再次向上计数(递增)。

UC在计数器周期边界更新AS1。如果用户在第n周期内写入AS2 (write An[A])， UC将使用第n+1周期的新值进行AS1匹配。可以禁用AS1 (OUDIS[OUn])的更新。

跟上面的区别是通过flag set event来触发flag output和Sn[FLAG]

Up Count mode with delayed reload operation

通过配置(C2n[UCRELDEL_INT])的值，可以设置匹配对应的次数之后再触发信号，配置为1时需要2次匹配

Output Pulse Width and Frequency Modulation Buffered (OPWFMB) mode

在这种模式下，UC产生一个输出信号，具有:

•AS1确定占空比。

•BS1确定周期。

内部计数器范围为1h ~ BS1。写入BS1时，必须只写入大于1h的值。写0h或1h会导致不可预测的结果。

选择该方式时，UC会自动选择内部通道计数器作为时基。该模式支持占空比从0%到100%。

当比较器a出现匹配时，UC将Cn[EDPOL]驱动到输出触发器上。当比较器B上出现匹配时，UC将Cn[EDPOL]的补码驱动到输出触发器上。BS1匹配还会导致内部计数器转换到1h，从而重新启动计数器周期。

Timing example: AS1 and BS1 match

Counter匹配AS1时，输出电平翻转，Counter匹配BS1时再次翻转

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

当UC从GPIO模式进入OPWMCB模式时:

•UC驱动输出触发器上的边缘极性(Cn[EDPOL])的补充。

•使用总线选择(Cn[BSL])选择时间基。所选择的时基必须以Up Count-Down Count mode运行。必须在UC进入OPWMCB模式后启动MCB timebase，以避免在第一个占空比时错过匹配。

•在AS1中存储PWM信号的理想占空比(写入An[A])， UC将其与所选时基进行比较。

•将失效时间值存储在BS1中(写入Bn[B])

内部计数器可以使用内部预分频比，而所选时基可以使用不同的预分频比。当AS1匹配发生时，UC总是将内部计数器重置为1h。

Timing example: leading dead time insertion
这个例子说明了一个中心对齐的PWM信号的两个周期。AS1和BS1值在同一时间内发生变化，这允许您同时更改占空比和死区时间值。

AS1决定占空比，BS1决定死区时间。Counter bus达到AS1后触发内部计数，计数到BS1时触发输出电平翻转，Counter bus再次达到AS1后触发电平翻转。

有效输出一直是中心对齐的，且带一段时间的死区

Output PWM Buffered (OPWMB) mode

在这种模式下，UC产生具有可编程的前端和后缘位置的PWM脉冲。你必须从一个计数器总线上选择一个在MCB Up模式下驱动的外部计数器。AS1和BS1分别定义第一边和第二边。Cn[EDPOL]定义输出信号的极性。如果Cn[EDPOL] = 0，则AS1匹配所选计数器总线时为负边，BS1匹配所选计数器总线时为正边。

以下规则适用于OPWMB模式:

•如果在同一计数周期内，AS1和BS1同时出现，则BS1优先于AS1。

•周期n内AS1 = 0的匹配优先于周期n-1内BS1的匹配。

•如果AS1匹配发生在同一时间段内的BS1匹配之后，则UC会屏蔽AS1匹配

•当用户在第n周期内向AS2或BS2写入任何值时，UC会在下一个周期边界(假设OUDIS (Output Update Disable))对应的OUn字段为0)将其加载到AS1和BS1中，因此UC使用AS1的新值，BS1在第n+1周期内匹配。

Timing example: matches and flags

AS1和BS1共同决定占空比，此模式下没有内部计数器，所以没法修改周期。设置该模式的PWM通道共用一个计数器，可以做到PWM同步触发。

上图使用的触发模式是AS1和BS1都触发，也可以选择只在BS1触发

Output PWM with Trigger (OPWMT) mode

在这种模式下，UC产生PWM脉冲，当UC输出信号时，周期不改变，但占空比改变。当占空比发生变化时，它不能产生故障。该模式支持多个UCs在同一模式下执行，并共享一个公共的时基。每个UC相对于其他UC具有固定的PWM前沿位置。它还可以在周期的任何时间点产生触发信号。eMIOS可以输出这个触发信号来启动芯片其他部分的活动——例如，启动ADC转换。

UC只在AS2匹配处设置输入捕获标志(Sn[flag])。AS1、BS1或BS2匹配对标志没有影响。

占空比由AS1和BS1决定，在AS2匹配时产生触发

Programmable input filter (PIF)

PIF以时钟周期为单位指定可以通过滤波器的最小输入脉冲宽度。它支持旁路操作(Cn[IF])，输入信号在到达数字滤波器之前同步，或以2的幂为单位从2到16个时钟周期。

PIF是一个5位可编程上升计数器。所选时钟源在输入过滤器(Cn[IF]0)指定的时钟周期数之后递增递增计数器。

输入信号发生改变后，只有在5-bit计数器超过设定的cycle之后，才会改变输出状态。起到一个滤波的效果

UC clock prescaler (CP)

eMIOS将GCP输出信号除以UC CP (Cn[UCPRE] + 1)，生成UC内部计数器的时钟使能。参见全局时钟预标器(GCP)。在Cn[UCPREN]后写入1使能UC CP。如果关闭CP(对同一字段写入0)，eMIOS将停止UC内部计数器

Peripheral bus interface unit (BIU)外围总线接口单元

BIU提供IIB和外设总线之间的接口，允许所有子模块和IP接口之间的通信。BIU支持在一个时钟周期内通过32位数据总线进行8位、16位和32位访问

Global clock prescaler (GCP)

eMIOS将系统时钟除以GCP (MCR[GPRE] + 1)，并将结果的预标时钟输出路由到通道CPs。通过向MCR[GPREN]写入1使能GCP。如果禁用GCP(将0写入同一字段)，eMIOS将清除预分频计数器并停止预分频时钟。

eMIOS register descriptions

eMIOS_0 base address: 4008_8000h

eMIOS_1 base address: 4008_C000h

eMIOS_2 base address: 4009_0000h

Module Configuration (MCR)

MDIS:通过停止时钟禁用eMIOS。
FRZ:准备eMIOS进入冻结状态(参见冻结和芯片调试模式)。eMIOS不会进入冻结状态，直到出现以下两种情况:

•芯片处于调试模式。

•每个UC都启用冻结(写1到Cn[FREN])。

GTBE:使能全局Timebase

GPREN：使能时钟全局预分频

GPRE：全局时钟预分频因子。分频为8，写111b。预分频器的取值范围为1 (0b) ~ 256 (11111111b)。

Global Flag (GFLAG)

将所有通道的标志字段分组到一个寄存器中，以提高中断处理。

对于UCs，每个字段都映射对应的通道标志(Sn[flag])。

Output Update Disable (OUDIS)

禁止输出更新

Disable Channel (UCDIS)

通过停止UC时钟禁用UC。每个字段控制对应UC的时钟。

UC Control n (C0 - C23)

FREN：使UC处于冻结状态。

ODIS：当运行除GPIO以外的任何输出模式时禁用输出引脚。

ODISSL:选择四个输出禁用输入信号之一。

UCPRE:内部分频系数

UCPREN：使能分频

DMA：使能DMA，否则触发中断

IF：输入滤波

FCK：滤波时钟选择

FEN：启用输入捕获标志(Sn[flag])以生成中断请求或DMA请求

FORCMA：强制匹配比较器A

FORCMB：强制匹配比较器B

BSL：选择Counter_bus

EDSEL:

EDPOL:配置极性