英飞凌Aurix2G TC3XX GPT12模块详解

本文主要介绍英飞凌 Aurix2G TC3XX系列芯片GPT12模块硬件原理、MCAL相关配置和部分代码实现。

文章目录

英飞凌Aurix2G TC3XX GPT12模块详解
- 1 模块介绍
- 2 功能介绍
- - 2.1 结构
  - 2.2 独立运行模式
  - - 2.2.1 定时器模式
    - 2.2.2 门控定时器模式
    - 2.2.3 计数器模式
    - 2.2.4 增量接口模式
  - 2.3 协同运行模式
  - - 2.3.1 重载定时模式
    - 2.3.2 串联定时模式
- 3 MCAL配置及代码示例
- - 3.1 MCU
  - 3.2 Irq
  - 3.3 GPT
  - 3.4 代码及示例
- 4 小结
- 参考资料

1 模块介绍

GPT12（General Purpose Timer Unit ）是Aurix TC3XX内部的通用定时器模块，提供高精度定时功能。GPT12包含GPT1和GPT2两个子模块，通用定时器单元块GPT1和GPT2具有非常灵活的多功能定时器结构，可用于定时、事件计数、脉宽测量、脉冲产生、倍频等用途。

在Autosar中，该硬件模块一般用于软件模块GPT的硬件定时器，或者作为OS Tick，利用硬件Timer驱动OS Counter。

2 功能介绍

2.1 结构

GPT12中的两个子模块功能类似，其中GPT1的功能更多，这里以GPT1子模块作为示例介绍GPT12硬件原理。如下图是GPT1模块内部结构图。
在这里插入图片描述

我们可以看到，GPT1内部包含了3个可用定时器T2、T3和T4，其中T3为主定时器，T2和T4为辅寄存器。每个定时器的位宽都是16位。单独使用时其功能相同，组合使用时T2或者T4可以用来重载T3，或者捕获T3的值。

每个定时器有两个输入，一个TxIN和一个TxEUD。TxIN可以用作门控模式，控制定时器启停，TxEUD可输入高低信号用定时器计数。

T3有一个输出引脚T3OUT，可将T3的溢出状态向外从引脚输出。

3个定时器各自都有一个中断请求源，连接中断路由模块IR，实现定时器中断。

如前所述，GPT1的时钟源是fGPT，在到达GPT1模块之后有一个可选分频BPS1，分频值可选4、8、16、32。然后T2~T4分别有各自的内部时钟分频TxI，其分频关系为2^TxI。所以定时模式下定时器频率计算公式为：

$\begin{equation} f_{Tx} = \frac {f_{GPT }} {BPS1*2^{TxI}} \end{equation}$

一般我们配置fGPT=fSPB=100MHz，BPS1选择4，TxI配置为0，可得到25MHz的定时器频率。

2.2 独立运行模式

单独使用时3个定时器的功能一样，这里以T3为例。T3的定时器的Counter值就存储在GPT12_T3寄存器中，可以通过软件进行读写，重置定时器值或者读取当前值。T3的控制主要依赖控制寄存器GPT12_T3CON寄存器，其寄存器结构如下图所示。

在这里插入图片描述

其中T3R用来控制T3的运行，置1则启动定时器，清0则停止寄存器。如果是门控模式，则同时还需要引脚状态为激活态。

定时器支持累加/累减模式，当T3UDE=0时，该模式由T3UD控制；当T3UDE=1时，该模式由相连的输入引脚T3EUD控制。

T3的溢出控制连接关系如下图所示：

在这里插入图片描述

当T3溢出时，T3OTL置位，并将该状态传递给相连的引脚T3OUT。同时通过一个ShadowLatch将延迟前后的信号传递给辅助定时器，当出现溢出时，这两个延迟信号之前存在电平差，从而触发辅助定时器的相关功能。

2.2.1 定时器模式

T3作为定时器模式时的逻辑关系图如下图所示：

在这里插入图片描述

当设置T3M=000b时，T3为定时器模式。

如前所述，fGPT传入之后经过两级分频BPS1和T3I，并经过开关T3R之后，到达内部定时器，推动其进行运转。累加或累减则取决于下方的T3UD、T3EUD、T3UDE等状态。

当定时器溢出时，触发中断信号，实现定时中断。同时通过引脚T3OUT将溢出信号传出去。

另外溢出信号还传递到辅助寄存器，实现T3的重载、捕获等功能。因为T3是没有内部重载的逻辑的，所以如果需要使用连续的定时功能，如OS Tick，则需要使用一个辅助寄存器，进行定时值的重载。

2.2.2 门控定时器模式

在这里插入图片描述

门控定时器逻辑整体和定时器模式相同，只是在入口处增加了一个与门逻辑GateCtrl。

当T3M=010b时，T3IN的低电平有效，会启动定时器，高电平则停止定时器；如果T3M=011b时，则相反是高电平启动定时器。

2.2.3 计数器模式

当设置T3M=001b时，T3为定时器模式。其逻辑关系图如下图所示。

在这里插入图片描述

在Counter模式下，T3I用来控制引脚输入的计数模式，比如上升沿计数、下降沿计数或双边计数。具体参考下表。
在这里插入图片描述

需要注意的是计数的最高分辨率等于经过BPS1分频后的时钟频率。

2.2.4 增量接口模式

当设置T3M=110b或111b时，T3为2.2.4 增量接口模式。其逻辑关系图如下图所示。

在这里插入图片描述

在增量接口模式下，与主定时器T3（T3IN, T3EUD）相关联的两个输入用于接口到增量编码器。T3由一个或两个外部输入引脚上的每个转换进行时钟处理，以提供编码器输入的2倍或4倍分辨率。

2.3 协同运行模式

GPT12的设计使用了一些协同设计，即主定时器和辅定时器在一起实现相关的功能。

2.3.1 重载定时模式

如前所述，T3定时器内部不具备重载的功能，因此要实现连续的周期定时功能，则需要依赖辅寄存器。在重载模式下需要将T2（假定辅定时器为T2）的T2RC设置为1，表示该定时器的启停由T3控制。同时模式T2M设置为100b，表示重载模式。

重载定时模式的逻辑关系图如下图所示。

在这里插入图片描述

从图中可以看出，T3正常按照定时器模式使用，同时其溢出信号连接至T2，用于触发T3的重载，重载值为T2中保存的值。

该模式下T2的值不再运转改变，而是仅作为T3的加载寄存器使用。

另外使用该模式还可以组合实现PWM信号，但是Aurix TC3XX配备了功能完备的GTM，因此GPT12硬件的PWM很少被使用，感兴趣的读者可自行研究。

2.3.2 串联定时模式

如前所述，GPT12中的每一个Timer都是16位定时器，因此在实现较长、精度较高的定时时，就可以使用串联模式。其逻辑关系图如下图所示。

在这里插入图片描述

如图所示，T3的溢出会输送到T2进行累加，因此该组合内定时器的最大位宽为两个定时器之和，即32位定时器。如果T3OUT使用单边沿触发T2，则可以实现33位的定时器。

3 MCAL配置及代码示例

这里使用GPT1的T2和T3组成一个重载定时器，用于系统的1ms Tick，来实现一个示例。

3.1 MCU

首先我们需要到MCU->McuHardwareResourceAllocationConf->McuGpt12ModuleAllocationConf中将我们需要使用的定时器资源分配到GPT软件模块。（这里的GPT是Autosar中的软件抽象定义，区别于硬件GPT12）

在这里插入图片描述

然后我们来到MCU->General，拉到McuGpt12PrescalerConf，前面一步配置了这里才允许配。我们使能GPT1，使用4倍分频。

在这里插入图片描述

3.2 Irq

我们需要使用T3连续触发中断，实现Tick，因此需要在Irq模块配置一个T3中断优先级。

在这里插入图片描述

这里中断优先级选择一个未使用的即可，中断类型选择一类，如果是用作OS Tick的话选作二类，我这里只有MCAL基础包，只能选择一类；方向选择CPU0即可，如果是多核，可以根据需求设置。

3.3 GPT

在这里插入图片描述

首先来到General，照例General中还是一些常规接口使能配置，按初始配置即可，把需要使用的接口使能。

在这里插入图片描述

然后来到GptChannelConfiguration，这里我配置了一路通道。

GptChannelId：通道ID；
GptAssignedHwUnit ：硬件单元，这里可选GTM和GPT12，我们使用GPT12；
GptChannelMode：通道模式，我们是连续，设置为GPT_CH_MODE_CONTINUOUS；
GptTimerChannelUsage：预设的通道频率，这里我们自行配置，选GPT_TIMER_CHANNEL_NORMAL即可；
GptChannelTickFrequency和GptChannelTickValueMax都不需要配置，硬件固定的；
GptEnableWakeup：GPT唤醒功能，需要配合EcuM使用，休眠唤醒逻辑中使用；
GptChannelClkSrcRef：这里配不配都行，我们是硬件自行设置的频率，不用参考；

然后来到第二页选项卡GptNotification，这里用来配置Gpt中断的通知函数，GPT中断中会调用该函数。

最后我们来到Gpt12TimerOutputModuleConfiguration选项卡，这里配置GPT12的硬件定时器。我们选择定时器T2和T3，主、辅没有顺序要求，工具会自动识别。这里如果选择GPT12的GPT2子模块，则只能配置T5和T6。

3.4 代码及示例

首先是初始化，我们需要初始化GPT硬件，配置中断。

然后需要EnableNotification函数去使能GPT12内部相关中断，并使能通知。

StartTimer的Tick值是根据分频算出来的，前面提到我们SPB=100MHz，BPS1在MCU中配置为4分频，T3I=0，则T3的时钟频率为100/4/1=25MHz，因此定时器实现1ms的Tick值为25000。

IrqGpt_Init();
SRC_GPT120T3.B.SRE = 1;     /* Enable GPT12 T3 Source. */Gpt_EnableNotification(GptConf_GptChannelConfiguration_LwipTimer);
Gpt_StartTimer(GptConf_GptChannelConfiguration_LwipTimer, 25000);  /* 1ms */

然后每次Timer到期都会进入中断，然后执行上文所配置的Notification函数，然后我们在Notification函数中进行Tick的累加和Tick标志位的置位。

void SystemTickIsr()
{SystemTickUpdateFlag = TRUE;
}

在main中我们轮询标志位和Tick，实现简单的1ms周期系统，并在其中切换LED灯的状态。

while(!SystemTickUpdateFlag){/* wait for tick update. */
}
SystemTickUpdateFlag = FALSE;
localSysTick++;if(localSysTick%500 == 0){Dio_FlipChannel(DioConf_DioChannel_LED1);
}

这样我们就实现了一个简单的1ms系统Tick，观察LED灯。

1ms系统Tick的LED灯

4 小结

本文详细介绍了英飞凌Aurix TC3XX中的GPT12模块，对其内部硬件结构和原理进行了拆解说明。最后在MCAL中GPT模块进行了配置，并结合代码使用GPT12实现了1ms的系统Tick。GPT12功能相对来说比较简洁，常用于实现Autosar OS中的系统Timer，也常用于EcuM中的系统定时器。但该模块资源也有限，一共5个Timer，且实现连续定时器功能时由于需要主从配合，只能提供两个连续定时器。