《嵌入式linux应用程序开发完全手册》系统时钟和定时器学习笔记 收藏
系统时钟和定时器
一.系统时钟
(1) FCLK：用于CPU核
HCLK：用于AHB总线上设备：CPU核、存储器控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA和USB主机模块
PCLK：用于APB总线上设备：WATCHDOG、IIS、I2C、PWM定时器、MMC接口、ADC、UART、GPIO、RTC和SPI
(2 )开发板时钟频率为12 MHZ,通过PLL提高系统时钟： S3C2440包括MPLL和UPLL，UPLL用于USB设备，MPLL用于FCLK、HCLK、PLCK，他们的设置方法类似。
(3 )上电→FCLK=Fin（外部输入时钟）→设置MPLL相关寄存器→等待（Lock Time:长短由寄存器LOCKTIME设定）→MPLL输出稳定，CPU工作在新的时钟FCLK下。
(4)设置MPLL需要设置下面几个重要寄存器：
LOCKTIME寄存器（LOCK TIME COUNT）用于设置lock time的长度。
MPLLCON（Main PLL Control）寄存器用于设置FCLK与Fin的倍数
CLKDIVN（CLOCK DIVIDER CONTROL）寄存器用于设置FCLK、HCLK、PCLK三者的比例
CAMDIVN某些时钟比例需要设置。
二. PWM（pulse width modulation）定时器
(1)S3C2440共有5个16位的定时器，其中定时器0、1、2、3有PWM功能，即它们都有一个输出引脚，可以通过定时器来控制引脚周期性的高、低电平变化；定时器4没有输出引脚。
（2）PLCK→2个8位预分频器（定时器0、1共用第一个定时器，2、3、4共用第二个）；→第二级分频（输出2分频，4分频，8分频，16分频或者外部时钟TCLK0/TCLK1）。
这两次预分频都是通过设置TCFG0寄存器完成的。每个定时器工作在哪种频率下可以通过TCFG1寄存器来选择的。定时器内部控制逻辑的详细原理可参考数据文档。
定时器的使用主要涉及两个寄存器：
TCFG0寄存器：位[7：0]，位[15：8]分别用于控制预分频器0，1；它们的值为0~255。经过分频器出来的时钟频率：PLCK/（TCFG0[7：0]+1或TCFG0[15：8]+1）。
TCFG1寄存器 ：设定相应定时器为经过分频器出来的时钟频率的几分频。
定时器工作频率= PLCK/（TCFG0[7：0]或TCFG0[15：8]+1）/几分频
TCNTBn/TCMPBn寄存器：这两个寄存器都只用到位[15:0]。TCNTBn中保存定时器的初始计数值，TCMPBn中保存比较值。它们的在启动定时器时，被传到定时器内部寄存器TCNTn，TCMPn中。
TCNTOn寄存器：n为0~4，内部寄存器TCNTn在其工作时钟下不断减1计数，可以通过读取TCNTOn寄存器得知其值。
TCON寄存器：它的功能如下：A.第一次启动定时器时，手动将TCNTBn/TCMPBn寄存器的值装入内部寄存器TCNTn，TCMPn中。B.启动，停止定时器。C.决定在定时器计数到达0时是否自动装入初值 。D.决定定时器的管脚TOUTn的输出电平是否反转。
三. WATCHDOG定时器
（1）工作原理：PLCK→2个8位预分频器（输出16分频，32分频，64分频，128分频或者外部时钟TCLK0/TCLK1）
初始计数值写入 WTCNT→while(WTCNT==0)自动重新装载WTCNT=WTDAT,并可以产生中断信号，可以输出复位信号。WATDOG定时器工作频率=PCLK/（WTCON[15：8]+1）/几分频。大部分功能都在WTCON中设定
（2）其相关寄存器：
WTCON：用于设置预分频系数，选择工作频率，决定是否使能中断，是否启用WATDOG功能等，其寄存器具体操作可见数据手册。
WTDAT：用以决定WATCHDOG定时器的超时周期。
WTCNT：在启动WATDOG定时器前，必须往这个寄存器写入初始计数值，启动定时器后，它做减1操作，当计数器值达到0时，如果中断被使能的话，就发出中断，如果WATCHDOG功能被使能的话就发出复位信号，装载WTDAT寄存器的值并重新计数。
四. MPLL的定时器实验
首先启动MPLL，提高系统时钟，初始化存储控制器，使SDRAM工作在新的HCLK下，然后将定时器0设为0.5s产生一次，在中断程序里改变LED状态。
（1）设置/启动MPLL
clock_init函数用于设置MPLL，S3C2440一般输入时钟频率Fin为12MHZ,将FCLK，HCLK,PCLK分别设为200MHZ,100MHZ和50MHZ，三者比例为1:2:4。其中MPLLCON地址为0x4c000004，MDIV[19:12],PDIV[9:4],SDIV[1:0]。
代码如下：
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#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
/*
* 对于MPLLCON寄存器，[19:12]为MDIV，[9:4]为PDIV，[1:0]为SDIV
* 有如下计算公式：
* S3C2440: MPLL(FCLK) = (2 * m * Fin)/(p * 2^s)
* 其中: m = MDIV + 8, p = PDIV + 2, s = SDIV
* 对于本开发板，Fin = 12MHz
* 设置CLKDIVN，令分频比为：FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4，
* FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz
*/
void clock_init(void)
{
// LOCKTIME = 0x00ffffff; // 使用默认值即可
CLKDIVN = 0x03; // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1
/* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
__asm__(
"mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0/n" /* 读出控制寄存器 */
"orr r1, r1, #0xc0000000/n" /* 设置为“asynchronous bus mode” */
"mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0/n" /* 写入控制寄存器 */
);
MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ; /* 现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz */
}
#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
/*
* 对于MPLLCON寄存器，[19:12]为MDIV，[9:4]为PDIV，[1:0]为SDIV
* 有如下计算公式：
* S3C2440: MPLL(FCLK) = (2 * m * Fin)/(p * 2^s)
* 其中: m = MDIV + 8, p = PDIV + 2, s = SDIV
* 对于本开发板，Fin = 12MHz
* 设置CLKDIVN，令分频比为：FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4，
* FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz
*/
void clock_init(void)
{
// LOCKTIME = 0x00ffffff; // 使用默认值即可
CLKDIVN = 0x03; // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1
/* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
__asm__(
"mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0/n" /* 读出控制寄存器 */
"orr r1, r1, #0xc0000000/n" /* 设置为“asynchronous bus mode” */
"mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0/n" /* 写入控制寄存器 */
);
MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ; /* 现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz */
}
（2）设置存储控制器
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/*
* 设置存储控制器以使用SDRAM
*/
void memsetup(void)
{
volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
/* 这个函数之所以这样赋值，而不是像前面的实验(比如mmu实验)那样将配置值
* 写在数组中，是因为要生成”位置无关的代码”，使得这个函数可以在被复制到
* SDRAM之前就可以在steppingstone中运行
*/
/* 存储控制器13个寄存器的值 */
p[0] = 0x22011110; //BWSCON
p[1] = 0x00000700; //BANKCON0
p[2] = 0x00000700; //BANKCON1
p[3] = 0x00000700; //BANKCON2
p[4] = 0x00000700; //BANKCON3
p[5] = 0x00000700; //BANKCON4
p[6] = 0x00000700; //BANKCON5
p[7] = 0x00018005; //BANKCON6
p[8] = 0x00018005; //BANKCON7
/* REFRESH,
* HCLK=12MHz: 0x008C07A3,
* HCLK=100MHz: 0x008C04F4
*/
p[9] = 0x008C04F4;
p[10] = 0x000000B1; //BANKSIZE
p[11] = 0x00000030; //MRSRB6
p[12] = 0x00000030; //MRSRB7
}
/*
* 设置存储控制器以使用SDRAM
*/
void memsetup(void)
{
volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
/* 这个函数之所以这样赋值，而不是像前面的实验(比如mmu实验)那样将配置值
* 写在数组中，是因为要生成”位置无关的代码”，使得这个函数可以在被复制到
* SDRAM之前就可以在steppingstone中运行
*/
/* 存储控制器13个寄存器的值 */
p[0] = 0x22011110; //BWSCON
p[1] = 0x00000700; //BANKCON0
p[2] = 0x00000700; //BANKCON1
p[3] = 0x00000700; //BANKCON2
p[4] = 0x00000700; //BANKCON3
p[5] = 0x00000700; //BANKCON4
p[6] = 0x00000700; //BANKCON5
p[7] = 0x00018005; //BANKCON6
p[8] = 0x00018005; //BANKCON7
/* REFRESH,
* HCLK=12MHz: 0x008C07A3,
* HCLK=100MHz: 0x008C04F4
*/
p[9] = 0x008C04F4;
p[10] = 0x000000B1; //BANKSIZE
p[11] = 0x00000030; //MRSRB6
p[12] = 0x00000030; //MRSRB7
}
（3）初始化定时器0
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/*
* Timer input clock Frequency = PCLK / {prescaler value+1} / {divider value}
* {prescaler value} = 0~255
* {divider value} = 2, 4, 8, 16
* 本实验的Timer0的时钟频率=100MHz/(99+1)/(16)=62500Hz
* 设置Timer0 0.5秒钟触发一次中断：
*/
void timer0_init(void)
{
TCFG0 = 99; // 预分频器0 = 99
TCFG1 = 0x03; // 选择16分频
TCNTB0 = 31250; // 0.5秒钟触发一次中断
TCON |= (1<<1); // 手动更新
TCON = 0x09; // 自动加载，清“手动更新”位，启动定时器0
}
/*
* Timer input clock Frequency = PCLK / {prescaler value+1} / {divider value}
* {prescaler value} = 0~255
* {divider value} = 2, 4, 8, 16
* 本实验的Timer0的时钟频率=100MHz/(99+1)/(16)=62500Hz
* 设置Timer0 0.5秒钟触发一次中断：
*/
void timer0_init(void)
{
TCFG0 = 99; // 预分频器0 = 99
TCFG1 = 0x03; // 选择16分频
TCNTB0 = 31250; // 0.5秒钟触发一次中断
TCON |= (1<<1); // 手动更新
TCON = 0x09; // 自动加载，清“手动更新”位，启动定时器0
}
（4）定时器中断
前面调用timer0_init函数后，定时器0就开始工作，调用init_irq函数使能定时器0中断，设置CPSR寄存器，开启IRQ中断后，每当定时器0计数达到0时就触发中断。
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/*
* 定时器0中断使能
*/
void init_irq(void)
{
// 定时器0中断使能
INTMSK &= (~(1<<10));
}
/*
* 定时器0中断使能
*/
void init_irq(void)
{
// 定时器0中断使能
INTMSK &= (~(1<<10));
}
（5）ISP定时器0计数到达时就调用其服务程序：
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void Timer0_Handle(void)
{
/*
* 每次中断令4个LED改变状态
*/
if(INTOFFSET == 10)
{
GPBDAT = ~(GPBDAT & (0xf << 5));
}
//清中断
SRCPND = 1 << INTOFFSET;
INTPND = INTPND;
}
void Timer0_Handle(void)
{
/*
* 每次中断令4个LED改变状态
*/
if(INTOFFSET == 10)
{
GPBDAT = ~(GPBDAT & (0xf << 5));
}
//清中断
SRCPND = 1 << INTOFFSET;
INTPND = INTPND;
}
定时器0的中断使用SRCPND,INTPND寄存器中的位10来表示，中断服务程序Timer0_Handle先判断是否定时器0的中断，若是则反转LED状态。
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