碎碎念：好久不見，甚是想念！本期帶來的是有關ZYNQ7020的內容，我們知道ZYNQ作為一款具有硬核的SOC，PS端很強大，可以更加便捷地實現(xiàn)一些算法驗證。本文具體講解一下里面的TTC定時器，之后發(fā)布的Part2將基于具體項目出發(fā)，實現(xiàn)PS端單核進行六路不等長占空比的PWM輸出~
雖然最后對我自己畢業(yè)好像沒有什么幫助QAQ，但是畢竟花費了一些時間閱讀手冊等內容，還是打算記錄一下供大家參考。
目錄
1 TTC原理分析
1.1 主要特點
1.2 結構框圖
1.3 功能描述
1.3.1 操作模式
1.3.2 事件定時器/脈寬計數(shù)器（Event Timer）操作
1.4 寄存器概述
1.5 編程模型
1.5.1 計數(shù)器使能的步驟
1.5.2 計數(shù)器停止的步驟
1.5.3 計數(shù)器重啟的步驟
1.5.4 事件計數(shù)器(脈寬計數(shù)器)使能的步驟
1.5.5 清除中斷和確認的步驟
1.6 計數(shù)器時鐘輸入的選擇
2 SDK分析
2.1 工程建立
2.2 案例分析
1.設置中斷系統(tǒng)：SetupInterruptSystem()
2.設置Ticker定時器：SetupTicker()?
3.設置PWM定時器：SetupPWM()
4.逐漸修改占空比：WaitForDutyCycleFull()
5.停止計數(shù)器：XTtcPs_Stop()
1 TTC原理分析
這一部分我們直接按照UG585的思路，進行分析和介紹，由于原文的內容本身是英文理解起來還是需要一些經驗（盡管更推薦去閱讀原文部分）。
TTC包含了三個獨立的定時器，分別是上圖中的Timer/Clock 0、Timer/Clock 1、Timer/Clock 2。從左下角可以看到在PS端包含兩個TTC，分別是TTC0和TTC1，因此兩個TTC共包含6個獨立的定時器。TTC控制器可以通過修改nic301_addr_region_ctrl_registers.security_apb [ttc1_apb]這個寄存器的位，來實現(xiàn)對于安全模式(secure mode)和非安全模式(non-secure mode)的切換。對于這兩種模式的內容可以參考下面：
傳送門
Secure mode and Non-secure mode：
這兩種模式來源于ARM TrustZone技術，ARM在CPU的常規(guī)模式之外引入了一種稱為“安全模式”的特殊CPU模式，建立了“安全世界”和“正常世界”之間的的概念。默認情況下，安全世界訪問正常世界的所有狀態(tài)，反之則不然。由于ARM基本使用的都是基于存儲映射的結構，我的理解是通過這兩種模式的分隔，來實現(xiàn)對于重要寄存器的保護。
1.1 主要特點
每個TTC有如下特點：
1.三個獨立16位預分頻器和16位的向上/向下計數(shù)器。（向上：0，1，2，3，4...? 向下：9，8，7，6...）
2.可選的時鐘源輸入（內部PS總線時鐘：CPU_1x，內部時鐘：PL，外部時鐘：MIO）
3.對于TTC內部每一個counter，都各自有一個中斷
4.在一定間隔內的溢出中斷，或者計數(shù)匹配到設定的值時會發(fā)出中斷
5.產生波形輸出，可以通過MIO或者PL（EMIO）
1.2 結構框圖
通過上面的結構框圖，對于TTC中第一個計數(shù)器Timer/Clock 0的時鐘輸入、波形輸出信號的多路控制是通過slcr.MIO_PIN_xx寄存器實現(xiàn)的，默認情況下使用EMIO接口。
1.3 功能描述
每個預分頻模塊（Pre-scaler）都可以獨立設置為使用PS內部總線時鐘或者外部時鐘（來自MIO或者PL）。對于外部時鐘輸入，通過使用SLCR寄存器來選擇具體的信號輸入。預分頻模塊可以將輸入時鐘在/2和/65536之間進行分頻，當如分頻寄存器為0的時候，會對時鐘進行二分頻，之后輸出給后面的計數(shù)器。
計時器可以設置為增計數(shù)、減計數(shù)，并且通過設置間隔寄存器的值，可以控制計數(shù)的范圍。同時可以比較三個匹配寄存器的值和計數(shù)器（一個TTC包含3個計數(shù)器Counter和3組匹配寄存器）的值，產生中斷信號。
中斷模塊組合了各種類型的中斷:計數(shù)器間隔中斷（Interval Interrupt）、計數(shù)器匹配中斷（Match Interrupt）、計數(shù)器溢出中斷（Overflow Interrupt）、事件計時器溢出。每種類型都可以單獨啟用。
1.3.1 操作模式
一個TTC中的每個計數(shù)器模塊，都可以獨立編程，并以以下兩種模式中的任何一種運行。
間隔模式（Interval mode）:
通過修改計數(shù)器控制寄存器（Counter Control register）的DEC位，可以控制計數(shù)器的計數(shù)方向是+1還是-1。通過修改間隔計數(shù)器（Interval mode）的值可以控制計數(shù)的范圍是0到間隔計數(shù)器的值。當計數(shù)值經過0的時候，會產生一個計數(shù)器間隔中斷（Interval Interrupt）。當計數(shù)器的值等于匹配計數(shù)器（Match register）值的時候，會產生一個匹配中斷（Match Interrupt）。
溢出模式（Overflow mode）:
計數(shù)器在0x0000和0xFFFF之間連續(xù)的+1或者-1變化，并通過修改計數(shù)器控制寄存器的DEC位來控制計數(shù)的方向。當計數(shù)值經過0的時候，會產生一個溢出中斷（Overflow Interrupt）。當計數(shù)器的值等于匹配計數(shù)器值的時候，會產生一個匹配中斷。
1.3.2 事件定時器/脈寬計數(shù)器（Event Timer）操作
從名字脈寬計數(shù)器，可以推斷出其功能是對外部輸入信號的脈寬進行測量，原理有一些類似電機差分編碼器的M法測速。
事件定時器內部有一個對用戶不可見的16位內部計數(shù)器（Internal Counter），該計數(shù)器被CPU_1x的時鐘控制，其滿足如下兩個條件：
1.當外部脈沖的非計數(shù)階段，被重置為0
2.在外部脈沖的計數(shù)階段，開始增加
修改事件定時器控制內部計數(shù)器的行為，主要通過三個位來控制：
1 E_En bit 使能位，等于0時，將內部計數(shù)器復位到0，并停止計數(shù)
2 E_Lo bit 指定外部脈沖的計數(shù)相位
3 E_Ov bit 指定如何處理當內部計數(shù)器溢出時，如何處理。
???? 當為0的時候，溢出導致E_En置為0；
當為1的時候，溢出導致內部計數(shù)器繼續(xù)循環(huán)計數(shù)；
在另一個寄存器的控制下，可以決定溢出時是否產生中斷（而與E_Ov bit本身的值無關）。
當外部計數(shù)脈沖的計數(shù)相位結束的時候，會使用內部計數(shù)器的非零計數(shù)值對事件寄存器（Event Register）的值進行更新。因此，這個值展示了外部脈沖的寬度。由于內部計數(shù)器被CPU_1x的時鐘控制，因此脈沖寬度是由CPU_1x的時鐘周期數(shù)來衡量的。
當外部計數(shù)脈沖的計數(shù)相位階段，如果內部計數(shù)器由于溢出被重置為0，那么事件寄存器將不會被更新，并保持上次非溢出計數(shù)操作的舊值。
1.4 寄存器概述
| 功能 |
名稱 |
概述 |
| 時鐘控制 |
時鐘控制寄存器 |
控制預分頻器，選擇時鐘輸入，選擇邊沿 |
| 計數(shù)器控制寄存器 |
使能計數(shù)器，設置操作模式，設置計數(shù)方向，使能匹配，使能波形輸出 |
|
| 狀態(tài) |
計數(shù)器數(shù)值寄存器 |
返回計數(shù)器的當前值 |
| 計數(shù)器控制 |
間隔寄存器 |
設置間隔值 |
| 匹配寄存器1 匹配寄存器2 匹配寄存器3 |
設置匹配值，一共有3組，對應了一個TTC內部的3個Counter（這種說法不準確，其實每個Counter都有自己的一組三個匹配寄存器） |
|
| 中斷 |
中斷寄存器 |
顯示當前中斷狀態(tài) |
| 中斷使能寄存器 |
使能中斷 |
|
| 事件 |
事件控制計時器寄存器 |
使能事件計時器，停止計時器，設置計數(shù)相位 |
| 事件寄存器 |
顯示外部脈沖的寬度（即內部計數(shù)器的計數(shù)值） |
1.5 編程模型
1.5.1 計數(shù)器使能的步驟
- 選擇時鐘輸入源，設置預分頻值(slcr.MIO_MUX_SEL registers, TTC Clock Control register)，進行這一步前需要保證TTC處于不使能狀態(tài)(slcr.MIO_MUX_SEL registers, TTC Clock Control register)
- 設置間隔值(Interval register)，這一步驟是可選的，僅在間隔模式進行
- 設置匹配值(Match registers)，這一步是可選的，如果匹配是使能狀態(tài)則需要設置
- 使能中斷(Interrupt Enable register)，這一步是可選的，如果需要中斷則需要使能
- 設置波形輸出的使能狀態(tài)，設置匹配的使能狀態(tài)，設置計數(shù)的方向，設置模式，使能計數(shù)器 (TTC Counter Control register)，這一步開啟計數(shù)器
1.5.2 計數(shù)器停止的步驟
- 讀取當前計數(shù)器控制器的值
- 設置DIS位為1，保持其他位不變
- 將上面修改了DIS位的數(shù)值寫回計數(shù)器控制器
1.5.3 計數(shù)器重啟的步驟
- 讀取計數(shù)器控制器的值
- 設置RST位為1，保持其他位不變
- 將上面修改了DIS位的數(shù)值寫回計數(shù)器控制器
1.5.4 事件計數(shù)器(脈寬計數(shù)器)使能的步驟
- 選擇外部脈沖源(slcr.MIO_MUX_SEL registers)，所選擇的外部脈沖的脈寬將會被時鐘CPU_1x的周期所衡量
- 設置計數(shù)溢出時的處理，選擇外部脈沖的電平，使能事件計數(shù)器（select external pulse level），這一步開始測量選擇的外部脈沖的脈寬（高電平或者低電平）
- 使能中斷(Interrupt Enable register)，這一步是可選的，如果需要中斷則需要使能
- 讀取測量到的脈沖寬度(Event register)，注意當計數(shù)溢出發(fā)生的時候，返回來的脈寬計數(shù)值是不準確的。具體可以看前文對事件計數(shù)器的敘述
1.5.5 清除中斷和確認的步驟
- 讀取中斷寄存器，將會自動讀取并清除中斷寄存器中的所有位
1.6 計數(shù)器時鐘輸入的選擇
下面展示了如何設置SoC選擇對于TTC0中Counter/timer 0 的時鐘源，使用的是一組if else 語句來實現(xiàn)。
if slcr.MIO_PIN_19[6:0] is 1100000, use MIO pin 19
else if slcr.MIO_PIN_31[6:0] is 1100000, use MIO pin 31
else if slcr.MIO_PIN_43[6:0] is 1100000, use MIO pin 43
else use EMIOTTC0CLKI0
TTC0 的 Counter/timer 1只能使用EMIOTTC0CLKI1
TTC0 的 Counter/timer 2只能使用EMIOTTC0CLKI2
下面展示了如何設置SoC選擇對于TTC1中Counter/timer 0 的時鐘源，使用的是一組if else 語句來實現(xiàn)。
if slcr.MIO_PIN_17[6:0] is 1100000, use MIO pin 17
else if slcr.MIO_PIN_29[6:0] is 1100000, use MIO pin 29
else if slcr.MIO_PIN_41[6:0] is 1100000, use MIO pin 41
else use EMIOTTC1CLKI0
TTC1 的 Counter/timer 1只能使用EMIOTTC1CLKI1
TTC1 的 Counter/timer 2只能使用EMIOTTC1CLKI2
IMPORTANT：當選擇MIO引腳或EMIOTTCxCLKIx作為時鐘源時，如果時鐘停止運行，相應的計數(shù)值寄存器將保留舊值，而不管時鐘已經停止的事實。在這種情況下必須謹慎。這句話理解為，時鐘停止運行這件事可能是很容易被忽略的。
2 SDK分析
2.1 工程建立
在任意一個ZYNQ工程中進行如下配置：
這里對TTC0和TTC1都打上對勾，在Block Design就會多出6個Pin腳。（為下一期的6占空比PWM輸出做準備~）
右鍵每一個Pin腳，設置Make External：
之后在xdc文件中對輸出的引腳進行綁定即可。
同時可以在Clock Configuration看到時鐘的頻率，這里顯示TTC1和TTC2的時鐘源都是來自CPU_1x的內部時鐘，頻率是133.333333MHz
至此，Block Design部分就設置完畢了。
首先修改完Block Design之后，需要先點F6，進行Validate Design操作，驗證Block Design的正確性。
之后點擊Generate Output Products生成輸出。
下一步點擊左側的Generate Bitstream輸出比特流文件。
之后點擊File-Export-Export Hardware，將硬件信息導出。
之后點擊File-Lauch SDK，新建一個空的工程。（這一步的流程可以參考正點原子的領航者ZYNQ系列視頻的嵌入式開發(fā)系列）
打開Vivado工程對應的SDK文件后，我們可以在左側找到所提供的一些ttc參考文件：
我們只需要關注xttcps.h這個頭文件即可，他是PS中TTC模塊驅動頭文件，給出了比較詳細的函數(shù)定義
同時也可以找到一些示例文件：
這里主要對第一個案例進行代碼的講解。
2.2 案例分析
這里需要讀者自行打開上述的案例文件~由于不需要額外硬件設置，可以直接在SDK中看到上述內容。
這里我們針對這一文件簡單介紹一下ttc的設置流程。
這個文件內部給出了利用TTC產生中斷的案例，共分成了幾個步驟。
1.設置中斷系統(tǒng)：SetupInterruptSystem()
Line547+552：初始化中斷控制器
Line562：注冊中斷處理
Line569：使能中斷
2.設置Ticker定時器：SetupTicker()?
需要注意的是SetupTicker里面包含了信息的初始化，對單個定時器的設置，中斷的設置。相當于將這幾部分結合在了一起。
該函數(shù)從Line257開始，這里引用了一個數(shù)據(jù)結構TmrCntrSetup，定義在Line100
typedef struct {
?? ?u32 OutputHz;?? ?/* Output frequency */
?? ?XInterval Interval;?? ?/* Interval value */
?? ?u8 Prescaler;?? ?/* Prescaler value */
?? ?u16 Options;?? ?/* Option settings */
} TmrCntrSetup;
并且Line261調用了Line131定義的數(shù)組：?
static TmrCntrSetup SettingsTable[2] = {
?? ?{100, 0, 0, 0},?? ?/* Ticker timer counter initial setup, only output freq */
?? ?{200, 0, 0, 0}, /* PWM timer counter initial setup, only output freq */
};?
可以看到這個數(shù)組分別用來設置Ticker timer和PWM timer的狀態(tài)，分別包括：輸出頻率；間隔值；預分頻系數(shù)；輸出選項設置。
對于輸出選項的設置，是在Line267通過或操作來實現(xiàn)，具體的可選參數(shù)可以看xttcps.h中的定義：
回到xttcps_intr_example中，Line267定義當前模式為間隔模式，同時設置了不輸出波形。（如果這里設置輸出波形，那么當計數(shù)器值等于匹配值的時候，會將輸出進行翻轉，實現(xiàn)波形輸出）。
之后在Line275調用了SetupTimer函數(shù)，實現(xiàn)對單個定時器的具體設置。這一函數(shù)定義在Line469。注意信息的傳遞是通過TTC_TICK_DEVICE_ID來實現(xiàn)的。
主要實現(xiàn)的功能就是初始化設備（XTtcPs_LookupConfig、XTtcPs_CfgInitialize），將SetupTicker中的設置傳遞過來，分別包括（設置選項模式XTtcPs_SetOptions、計算間隔值XTtcPs_CalcIntervalFromFreq、設置間隔值XTtcPs_SetInterval、設置預分頻系數(shù)XTtcPs_SetPrescaler）
設置完成后，就獲得了設置好的設備TtcPsTick。
回到SetupTicker中，Line285實現(xiàn)對中斷控制器的設置，將設備以及中斷處理函數(shù)進行定義。
中斷處理函數(shù)TickHandler定義在Line592，首先在Line599獲取中斷的類型，之后在Line600清除中斷。在Line602對中斷的類型進行判斷，這里檢測的是XTTCPS_IXR_INTERVAL_MASK，其定義以及其他類型的中斷，我們可以在xttcps_hw.h找到，這里面定義了六種中斷類型：
當檢測到對應類型的中斷，我們就利用TickCount對間隔終端出現(xiàn)的次數(shù)進行累加處理。
回到SetupTicker中，在Line294和Line300進行了中斷的使能操作，之后在Line305設置開啟定時器。
3.設置PWM定時器：SetupPWM()
這個相信也是很多人比較關注的部分。
Line328實現(xiàn)一些設置信息，主要是將前面的數(shù)組第二個元素存儲過來。
Line334設置間隔模式、匹配模式、并使能wave的輸出，這里就保證了當計數(shù)值與匹配值相同的時候，輸出信號就會發(fā)生翻轉。從而可以利用間隔值設置PWM的周期，利用匹配值設置PWM的占空比。
Line342同樣調用SetupTimer來實現(xiàn)對單個定時器的具體設置，具體說明可以看上面的部分。這一函數(shù)定義在Line469。注意信息的傳遞是通過TTC_PWM_DEVICE_ID來實現(xiàn)的。
主要實現(xiàn)的功能就是初始化設備（XTtcPs_LookupConfig、XTtcPs_CfgInitialize），將SetupPWM中的設置傳遞過來，分別包括（設置選項模式XTtcPs_SetOptions、計算間隔值XTtcPs_CalcIntervalFromFreq、設置間隔值XTtcPs_SetInterval、設置預分頻系數(shù)XTtcPs_SetPrescaler）
設置完成后，就獲得了設置好的設備TtcPsPWM
Line352通過調用XScuGic_Connect實現(xiàn)對中斷控制器，設備ID，中斷處理函數(shù)以及匹配值指針的設置。
中斷處理函數(shù)PWMHandler定義在Line637，當檢測到中斷信號是間隔中斷（也就是表示輸出了一個周期），就會在Line653調用XTtcPs_SetMatchValue進行匹配值的設置，在代碼注釋中提到，匹配寄存器0是特殊的，如果輸出被使能，當匹配值與計數(shù)值相等時，會修改輸出的極性。
但是這個地方的注釋是容易被誤解的，TTC定時器的三個匹配寄存器功能是不一致的，并不是都可以用于波形的輸出，在ZYNQ官方實例中，register0被指定為Special，也就是當計數(shù)器與register0的匹配值相等時，會觸發(fā)特殊中斷事件并翻轉輸出電平。經試驗表明，對于同一個Counter來說，register1和register2并不會影響PWM輸出的翻轉，但是由于每個TTC中有三個Counter，其實可以設置三個register0的值來實現(xiàn)三個不同占空比PWM的輸出。
回到SetupPWM中，在Line361和Line367進行了中斷的使能操作，之后在Line372設置開啟定時器。
4.逐漸修改占空比：WaitForDutyCycleFull()
這個函數(shù)定義在Line397，主要是通過當每一次循環(huán)輸出一次PWM波之后，TickHandler函數(shù)會在Line607將PWM_UpdateFlag更新為TRUE，之后會在WaitForDutyCycleFull中滿足if的條件，從而修改全局變量MatchValue的值。通過中斷處理函數(shù)PWMHandler中的Line643，就實現(xiàn)了MatchValue對MatchReg的賦值，從而在Line653可以修改MatchReg的值，進而就修改了占空比。
整體邏輯只要抓住下面三點：1.間隔模式中斷：在PWM周期結束更新flag；2.修改占空比：檢測flag修改全局變量，改變占空比；3.PWM輸出中斷處理函數(shù)（也是間隔模式中斷）將匹配值設置進去。
5.停止計數(shù)器：XTtcPs_Stop()
這里直接在Line236和Line238調用了XTtcPs_Stop實現(xiàn)了計數(shù)器的停止。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-545766.html
這就是本期的全部內容啦，如果你喜歡我的文章，不要忘了點贊+收藏+關注，分享給身邊的朋友哇~文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-545766.html
到了這里，關于ZYNQ：【1】深入理解PS端的TTC定時器（Part1：原理+官方案例講解）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網！
