1、引言

STM32G474 所含的高精度定時(shí)器(HRTIMER)其實(shí)包含了多個(gè)定時(shí)器，多個(gè)定時(shí)器之間可以單獨(dú)工作，也可以進(jìn)行同步，且高精度定時(shí)器還能與片上的其他定時(shí)器以及其他芯片進(jìn)行同步，本文將對(duì)高精度定時(shí)器的同步功能進(jìn)行介紹。

2、定時(shí)器同步結(jié)構(gòu)

HRTIME 的整體架構(gòu)如下圖所示，內(nèi)含由 7 個(gè)定時(shí)器，主定時(shí)器 Master timer 與子定時(shí)器Timer A~F，為 1 主 6 從結(jié)構(gòu)，同步功能主要分為兩部分：

• 內(nèi)部同步：各定時(shí)器通過(guò)內(nèi)部的 Cross-timer counter reset bus 互連，見(jiàn)圖中紅框標(biāo)識(shí)部分；
• 外部同步：主定時(shí)器通過(guò) External Synchronization input/output 單元與片上其他定時(shí)器以及片外其他MCU 的定時(shí)器進(jìn)行同步，如圖中綠框標(biāo)識(shí)部分。

整個(gè)同步功能的主體是主定時(shí)器，其主要作用就是用來(lái)給所有子定時(shí)器提供統(tǒng)一的同步事件，以及將同步事件提供給外部或是接收外部輸入的同步事件。另外子定時(shí)器也可將自身的某些事件作為同步事件發(fā)送到 Cross-timer counter reset bus 上。

在同步功能中，將提供同步信號(hào)的定時(shí)器稱(chēng)為主，接收同步信號(hào)的稱(chēng)為從。在接收到同步信號(hào)后，從定時(shí)器將自身的計(jì)數(shù)器復(fù)位到 0 或是啟動(dòng)計(jì)數(shù)，從而與主定時(shí)器實(shí)現(xiàn)同步或形成一定的移相。

3、高精度定時(shí)器內(nèi)部同步

通過(guò)內(nèi)部的互聯(lián)總線(xiàn) Cross-timer counter reset bus，除主定時(shí)器 Master Timer 外,每個(gè)定時(shí)器都可以接收總線(xiàn)上其他定時(shí)器發(fā)出的同步信號(hào)，同時(shí)所有定時(shí)器都可將自身的某些事件作為同步信號(hào)發(fā)送到總線(xiàn)上。以定時(shí)器 Timer A 為例，其可以接收到來(lái)自 Cross-timer counter reset bus的同步事件包括：

• Master timer period event
• Master timer cmp1/2/3/4 event
• Timer B cmp1/2/4 event
• Timer C cmp1/2/4 event
• Timer D cmp1/2/4 event
• Timer E cmp1/2/4 event
• Timer F cmp1/2 event

通過(guò) Cross-timer counter reset bus，可以將所有的子定時(shí)器都與主定時(shí)器進(jìn)行同步，也可以將所有的定時(shí)器分為幾組，分別工作。

下面以子定時(shí)器都與主定時(shí)器同步為例進(jìn)行說(shuō)明，借助 CubeMx 配置工具，輕松完成如下圖所示的四相 90°交錯(cuò) PWM 的產(chǎn)生。

Master Timer 的 PER/CMP1/CMP2/CMP3 事件分別作為 Timer A/B/C/D 的同步源，復(fù)位對(duì)應(yīng)的定時(shí)器計(jì)數(shù)器。 在子定時(shí)器中，分別選擇對(duì)應(yīng)的來(lái)自 Master Timer 的事件作為自身的同步源。 在 CubeMx 中的相關(guān)配置如下的截圖(截圖僅示意同步功能部分的配置)。

Master Timer 中的配置：

更加簡(jiǎn)單的方式是在使能 CMP/1/2/3 后，直接選擇 interleaved Mode 的 Quad 選項(xiàng)，這樣CMP1/2/3 就會(huì)自動(dòng)等于 PER/4，(PER2)/4，(PER3)/4，后續(xù)即使 Timer_PER 的值更新，CMP1/2/3 也會(huì)按照該規(guī)則自動(dòng)更新，無(wú)需軟件參與。

Timer A 中的配置：

Timer B 中的配置：

Timer C 中的配置：

Timer D 中的配置：

按照以上的同步配置，并設(shè)置 PWM 的 Duty = 20%，實(shí)測(cè)到的四相 90°交錯(cuò) PWM 波形如下所示。

4、高精度定時(shí)器外部同步

HRTIME 通過(guò)其 Master Timer 的 External Synchronization input/output 單元與片上其他定時(shí)
器以及片外其他 MCU 的定時(shí)器進(jìn)行同步。
當(dāng) HRTIME 做為主時(shí)，其輸出的同步事件可由其內(nèi)部的以下事情產(chǎn)生：

• Master Timer start event
• Master Timer CMP1 event
• Timer A start event
• Timer A CMP1 event

該同步事件可以在管腳 HRTIM_SCOUT 上輸出一個(gè)高或是低的脈沖，寬度為 16 個(gè) fhrtim 周期，同時(shí)也可以映射到內(nèi)部的 ITR10，ITR10 可以直接作為片上其他定時(shí)器的同步事件。

當(dāng) HRTIME 做為從時(shí)，其接收的同步事件可以來(lái)自于：

• ?片上定時(shí)器 TIM1 的 TRGO
• 同步輸入管腳 HRTIM_SCIN 的上升沿

接收到同步信號(hào)后，可以設(shè)置 HRTIME 內(nèi)部定時(shí)器是復(fù)位還是啟動(dòng)。

下面以 HRTIME 做為主，TIM1 作為從， HRTIME 的 Timer A 產(chǎn)生一路 PWM，TIM1 產(chǎn)生一路PWM，兩路 PWM 構(gòu)成兩相 180°交錯(cuò)來(lái)說(shuō)明 HRTIME 的外部同步功能。在 CubeMx 中的關(guān)鍵配置如下截圖所示(截圖僅示意同步功能的配置)。

HRTIME 配置，HRTIME 作為主，Master timer 的 CMP1 事件做為同步事件，且同步事件映射到內(nèi)部的 ITR10(也可以將同步信號(hào)輸出到 HRTIM_SCOUT，同時(shí)將信號(hào)連接到 TIM1 的 ETR管腳，由于要多占用兩個(gè)管腳，不建議該方式)。
同步配置：

Master Timer 配置(可以修改 CMP1 的值來(lái)形成不同的移相值)：

Timer A 配置：

TIM1 的配置，TIM1 做從，工作在 Reset Mode，PWM 的輸出模式為 PWM_MODE1。

按照以上的同步配置，實(shí)測(cè)到的兩 180°交錯(cuò) PWM 波形如下所示。

C1: HRTIM_TA1 C2 : TIM1_CH1

接下來(lái)再以如何在兩個(gè) MCU 的 HRTIME 之間完成同步。比如 MCU1 的 HRTIME 做主設(shè)備，MCU2 的 HRTIME 做從設(shè)備，相關(guān)的配置如下截圖所示。
MCU1 的 HRTIME 同步配置，Master timer 的 CMP1 事件做為同步事件，同步信號(hào)必須輸出到 HRTIM_SCOUT 管腳上。

MCU1 Master Timer 配置(可以修改 CMP1 的值來(lái)形成不同的移相值)：

MCU1 Timer A 配置：

同時(shí)需要在程序中添加如下的 PB1 初始化代碼，保證同步脈沖能在 PB1 上產(chǎn)生。

MCU2 的 HRTIME 同步配置，同步信號(hào)來(lái)自 HRTIM_SCIN。

MCU2 Timer A 的配置，來(lái)自 HRTIM_SCIN 的同步信號(hào)讓 Timer A 復(fù)位并啟動(dòng)計(jì)數(shù)。

按照以上的同步配置，并設(shè)置 MCU1 與 MCU2 的 Timer A 的 PWM 的 Duty = 20%，實(shí)測(cè)到的兩 180°交錯(cuò) PWM 波形如下所示。

C1: MCU1 TA1 C2 : MCU2 TA1 C5 : HRTIM 同步脈沖

通過(guò) HRTIM_SCIN 與 HRTIM_SCOUT，配合 HRTIME 同時(shí)做主與從的方式，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)MCU 之間定時(shí)器的同步，如下圖示意。

5、小結(jié)

對(duì)高精度定時(shí)器 HRTIME 的同步功能進(jìn)行了介紹，基于 STM32G474 和 CubeMx 工具說(shuō)明如何快速的實(shí)現(xiàn) HRTIME 的各種同步功能。

本文檔參考ST官方的《【應(yīng)用筆記】LAT1173高精度定時(shí)器的同步功能》文檔。
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