AURIX TC3XX系列之GTM ATOM模块

1. ATOM模块介绍    

        ATOM（ARU-connected Timer Output Module）是一种与ARU单元相连接的定时器输出模块，可以通过ARU（无需CPU）与GTM中MCS、DPLL或PSM子模块连接，产生复杂的PWM波。

ATOM框图

        GTM共有8个ATOM，每个ATOM有8个通道，全局控制单元AGC控制着8个通道。

        与TOM的主要差异：

        1. ATOM通过ACI与ARU连接，能与其他模块连接产生复杂的PWM波；

        2. 每个TOM有16个通道，TGC0控制通道0-7，TGC1控制通道8-15，TGC功能与AGC相似；

        3. ATOM模块所需的工作时钟从CMU模块中生成的8个配置时钟CMU_CLK0-7中选择，如果使用时间戳，选择TBU模块生成的TBU0-2中的一个。

2. 全局控制单元AGC

        全局控制单元AGC(ATOM Global Control）有三个机制：通道禁止与使能；输出使能；强制更新。由三个触发源驱动：

        1. CPU（bit HOST_TRIG of register ATOM[i]_AGC_GLB_CTRL）；

        2. TBU时间戳（TBU_TS0…2）；

        3. 内部触发信号（自身通道触发的TRIG_CCU0或前一个通道的触发信号TRIG_[x-1]）或者外部TIM触发信号TIM_EXT_CAPTURE(x)（在GTM寄存器EXTTRIGOUT配置）。

AGC框图

        通道的输出由寄存器ATOM[i]_AGC_OUTEN_CTRL 和ATOM[i]_AGC_OUTEN_STAT控制，ATOM[i]_AGC_OUTEN_STAT直接控制OUTEN信号，ATOM[i]_AGC_OUTEN_CTRL 是ATOM[i]_AGC_OUTEN_STAT影子寄存器，当三个触发源其中一个条件满足时，影子寄存器覆盖ATOM[i]_AGC_OUTEN_STAT的值，当设置寄存器ATOM[i]_AGC_OUTEN_STAT禁止使能通道时，实际的通道输出ATOM_CH[x]_OUT由信号等级bit（SL）决定（即输出常高或常低）。

        寄存器ATOM[i]_AGC_FUPD_CTRL定义如果触发信号CTRL_TRIG被触发，接收FORCE_UPDATE事件。在SOMP模式下，强制更新请求被存储并同步执行到所选的CMU_CLK。在所有其他模式中，强制更新请求立即执行。寄存器位UPEN_CTRL[x]定义了可以通过相应的影子寄存器SR0、SR1和CLK_SRC_SR来更新工作寄存器CM0、CM1和CLK_SRC。如果启用了更新，寄存器CM0、CM1和CLK_SRC将在计数器寄存器CN0复位时更新。

3. 通道模式

        1. 立即输出模式SOMI(Signal Output Mode Immediate)：ATOM通道根据通过ACBI位字段接收到的ARU字的两个信号电平输出位，在接收到ARU字后立即生成输出信号。由于ARU目的信道是按轮询顺序服务的，因此在这种模式下输出信号会随着ARU往返时间的抖动而抖动。

        2. 比较输出模式SOMC(Signal Output Mode Compare)，ATOM通道代表位于ATOM操作寄存器中的时间戳生成一个输出信号。将这些时间戳与TBU生成的时间戳进行比较。ATOM能够通过CPU或通过ARU接收新的时间戳。新的时间戳直接加载到通道操作寄存器中。当通道操作寄存器发生比较匹配时，影子寄存器用作两个时间基值的捕获寄存器。

        3. PWM输出模式SOMP(Signal Output Mode PWM)，ATOM通道能够通过将其操作寄存器与子模块内部计数器进行比较，生成简单和复杂的PWM输出信号。

        4. 串行输出模式SOMS(Signal Output Mode Serial)，ATOM通道代表移位寄存器生成串行输出位流。移位的位数和移位方向是可配置的。移位频率由CMU_CLKx时钟信号之一决定。

        5. 缓冲比较输出模式SOMB(Signal Output Buffered Compare)，ATOM通道代表位于ATOM操作寄存器中的时间戳生成输出信号。将这些时间戳与TBU生成的时间戳进行比较。ATOM能够通过CPU或通过ARU接收新的比较值。通过ARU接收到的新比较值首先存储在影子寄存器中，只有当之前的比较匹配发生时，操作寄存器才会用影子寄存器的内容更新。

4. 通道结构

ATOM通道结构框图

        每个单独的ATOM通道由一个包含计数器寄存器CN0和周期寄存器CM0的计数器比较单元CCU0,一个包含占空比寄存器CM1的计数器比较单元CCU1和包含输出寄存器SOUR的信号输出生成单元SOU，和包含影子寄存器SR0,SR1的ARU通讯接口ACI组成。当CN0的计数器值等于比较值CM0时重置计数器寄存器CN0时，将产生TRIG CCU0信号传输到 SOU模块中，其中CM0的值通常被设置为PWM的周期。该寄存器比较事件也可以作为一个内部触发信号RST CCU0,用来触发下一个ATOM通道，此功能常用来产生中心对称的PWM。当CN0等于或者大于CM1时，则会产生信号TRIG_CCU1，传输置SOU单元，SOU单元负责采集CCU0和CCU1的触发信号，产生PWM波。

        与TOM的主要差异：

        1. CM0、CM1、CN0、SR0、SR1都是24位（TOM16位），提高了计算精度；

        2. 增加了ACI。

5. PWM输出模式

        PWM输出模式可以用来产生复杂的PWM波形，在工程应用中用的较多。占空比能够同步或者异步更新。

5.1 占空比更新方式

5.1.1 同步更新

占空比同步更新

        通过影子寄存器给CM0,CM1赋值方式下，无论什么情况下，波形输出的占空比在下一个周期开始更新。

5.1.2 异步更新

占空比异步更新

        直接给CM1赋值：当CN0小于CM1时，赋值无论CM1多少，都会在本周期更新输出的占空比；当CN0大于CM1时，占空比要在下个周期开始更新。

        备注：在工程应用中，为了保证输出的波形达到预期，一般使用同步更新方式，即使用影子寄存器赋值。当需要防止上下桥直通，防止窄脉冲这种情况时，可以利用异步更新方式。

5.2 CN0计数模式

5.2.1 向上计数

向上计数

        向上计数方式的PWM输出波形如上图，SL定义了通道极性，当CN0等于CM0（实际CM0-1）或者当前个通道触发信号TRIG_[x-1]产生或者外部TIM捕捉触发信号TIM_EXT_CAPTURE(x)产生，CN0复位。前面说过，当CN0复位配置为来自前个通道，可用于产生中心对称波形。

         当CN0复位配置为来自自身CCU0单元（即CN0>=CM0-1):

• CN0计数为0到CM0-1，然后复位置0；
• 当CN0计数达到CM0-1复位，边沿到SL产生（SL=0:下降沿，SL=1:上升沿）；
• 当CN0>CM1，边沿置!SL产生；
• 如果CM0 = 0或者1，CN0是常量0，不计数；
• 如果CM1=0，输出是!SL即0%占空比；
• 如果CM1>CM0并且CM0>1，输出是SL即100%占空比。

         当CN0复位配置为来自前个通道触发信号]或者外部TIM捕捉触发信号:

• CN0计数为0到MAX-1，然后复位置0；
• CM0定义边沿到SL，CM1定义边沿到!SL；
• 当CM0=CM1，如果CN0=CM0=CM1，输出切换到SL（CM0优先级更高）；
• 如果CM0 = 0并且CM1=MAX，输出是SL即100%占空比；
• 如果CM0>MAX，输出是!SL即0%占空比，与CM1无关。

5.2.2 向上向下计数 

向上向下计数

        向上向下计数方式的PWM输出波形如上图，SL定义了通道极性，当CN0等于CM0（实际CM0-1）或者当前个通道触发信号TRIG_[x-1]产生或者外部TIM捕捉触发信号TIM_EXT_CAPTURE(x)产生，CN0方向改变。 

        当CN0复位配置为来自自身CCU0单元（即CN0>=CM0-1):

• CN0计数为0增加到CM0-1，然后减至0；
• 当CN0>CM1，输出至SL；
• 如果CM1 = 0，输出是SL即100%占空比；
• 如果CM1>=CM0，!SL即0%占空比。
• 复位来自前个通道或者TIM捕获

        当CN0复位配置为来自前个通道触发信号]或者外部TIM捕捉触发信号:

• CN0首先连续增加计数，到达触发信号，计数器切换到递减模式，如果CN0减到0，则再次计数；
• 如果CN0>= CM1，则输出置为SL；
• 如果CM1=0，则输出为SL(即100%占空比);
• 如果CM1>=CM1，则输出为SL(即0%占空比)。
• 建议: 触发通道和被触发通道均为上下模式；同步触发通道和被触发通道的启动（即让两个通道都以CN0值0启动）。

备注：TC2XX系列芯片没有向上向下计数模式。