嵌入式知識-ARM裸機-學習筆記（8）：SoC定時器與看門狗（WDT）

一、定時器

1. 定時器簡介

定時器是SoC中最常見的外設
（1）定時器與計數器。計數器是用來計數的（每隔一個固定時間會計一個數）；因爲計數器的計數時間週期是固定的，因此到了一定時間只要用計數值×計數時間週期，就能得到一個時間段，這個時間段就是我們定的時間（這就是定時器了）。
（2）定時器/計數器作爲SoC的外設，主要用來實現定時執行代碼的功能。定時器相對於SoC來說，就好象鬧鐘相對於人來說意義一樣。

定時器有什麼用
（1）定時器可以讓SoC在執行主程序的同時，具有計時功能（通過定時器），到了一定時間（計時結束）後，定時器會產生中斷提醒CPU，CPU會去處理中斷並執行定時器中斷的ISR。從而去執行預先設定好的事件。
（2）定時器就好象是CPU的一個祕書一樣，這個祕書專門管幫CPU來計時，併到時間後提醒CPU要做某件事情。所以CPU有了定時器之後，只需預先把自己xx時間之後必須要做的事情綁定到定時器中斷ISR即可，到了時間之後定時器就會以中斷的方式提醒CPU來處理這個事情。

定時器的原理
（1）定時器計時其實是通過計數來實現的。 定時器內部有一個計數器，這個計數器根據一個時鐘（這個時鐘源來自於ARM的APB總線，然後經過時鐘模塊內部的分頻器來分頻得到）來工作。每隔一個時鐘週期，計數器就計數一次，定時器的時間就是計數器計數值×時鐘週期。
（2）定時器內部有1個寄存器TCNT，計時開始時我們會把一個總的計數值（初值）放入TCNT寄存器中，然後每隔一個時鐘週期（假設爲1ms）TCNT中的值會自動減1（硬件自動完成，不需要CPU軟件去幹預），直到TCNT中減爲0的時候，TCNT就會觸發定時器中斷。
（3）定時時間是由2個東西共同決定的：一個是TCNT中的計數值，一個是時鐘週期，兩者的乘積即爲最終定時的時間。

2. 與定時器有關的器件

看門狗
看門狗定時器和普通的定時器並無本質區別。定時器可以設定一個時間，在這個時間完成之前定時器不斷計時，時間到的時候定時器會復位CPU（重啓系統）。
普通設備重啓不是問題，但是有些設備人工重啓存在困難。這時候我們希望系統能夠自己檢驗自己是否已經跑飛，並且在意識到自己跑飛的時候，可以很快的（幾個ms或者更短）自我重啓。這個功能就要靠看門狗定時器來實現。
我們在應用程序中打開看門狗設備，初始化好給它一個時間，然後應用程序使用一個線程來喂狗，這個線程的執行時間安全短於看門狗的復位時間。當系統（或者應用程序）異常後，喂狗線程自然就不工作了，然後到時候看門狗就會復位。
實戰中有時候爲了絕對的可靠，我們並不會用SoC中自帶的看門狗，而是使用專門的外置的看門狗芯片來實現看門狗。

pwm定時器
PWM(pulse wide modulation 脈寬調製)：是一個週期性波形，週期爲T，在每個週期內波形是完全相同的。每個週期內由一個高電平和一個低電平組成。
PWM波形有2個重要參數：一個是週期T，另一個是佔空比duty（佔空比就是一個週期內高電平的時間除以週期時間的商）。
對於一個PWM波形，知道了週期T和佔空比duty，可以得到高電平時間爲Txduty，低電平時間爲Tx(1-duty)。 PWM波形其實就是用時間來控制電平高低，所以用定時器來實現PWM波形是天經地義的。
在S5PV210中，PWM波形產生有2個寄存器很關鍵，一個是TCNTB、一個是TCMPB。其中，TCNTB決定了PWM波形的週期，TCMPB決定了PWM波形的佔空比。
最終生成的PWM波形的週期是：TCNTB×時鐘週期（PCLK_PSYS經過兩極分頻後得到的時鐘週期）。注意這個週期是PWM中高電平+低電平的總時間，不是其中之一。最終生成的PWM波形的佔空比是：TCMPB/TCNTB。

RTC時鐘
RTC（real time clock）是實時時鐘，它和定時器的差別就好象鬧鐘（定時器）和鐘錶（RTC）的差別一樣。也就是所謂的年月日時分秒。
RTC是SoC中一個內部外設，RTC有自己獨立的晶振提供RTC時鐘源（32.768KHz），內部有一些寄存器用來記錄時間（年月日時分秒星期）。一般情況下爲了在系統關機時時間仍然在走，還會給RTC提供一個電池供電。

二、定時器常見用法

1. PWM定時器驅動蜂鳴器

蜂鳴器簡介
蜂鳴器裏面有2個金屬片，離的很緊但沒挨着；沒電的時候兩個片在彈簧本身張力作用下分開彼此平行；有電的時候兩邊分別充電，在異性電荷的吸力作用下兩個片挨着。我們只要以快速的頻率給蜂鳴器的正負極：供電、斷電。進行這樣的循環，蜂鳴器的兩個彈簧片就會挨着分開挨着分開···形成敲擊，發出聲音。
根據以上的分析，可以看出，只要用PWM波形的電壓信號來驅動蜂鳴器，把PWM波形的週期T設置爲要發出的聲音信號的1/頻率即可；PWM的佔空比只要確保能驅動蜂鳴器即可。

PWM定時器主要寄存器
（1）TCFG0、TCFG1
這兩個寄存器是用來進行預分頻和分頻的，通過將PCLK進行分頻處理的到一個頻率較低的時鐘信號，用於驅動PWM定時器。
兩級分頻是串聯（級聯）的，所以兩級分頻的分頻數是相乘的。預分頻器有2個，prescaler0爲timer0&timer1共用；prescaler1爲timer2、3、4共用；兩個prescaler都是8個bit位，因此prescaler value範圍爲0～255；所以預分頻器的分頻值範圍爲1～256（注意實際分頻值爲prescaler value + 1）。

（2）CON

第一次需要手工將TCNTB中的值刷新到TCNT中去，以後就可以auto-reload了。
自動裝載機制就是當定時器初始化好開始計時後再不用管了，他一個週期到了後會自己從TCNTB中再次裝載值到TCNT中，再次啓動定時器開始下個循環。

（3）TCNTB2、TCMPB2

通過改變TCMPB與TCNTB的比值即可改變PWM波的佔空比。

除了TCNTB和TCMPB外，還有個寄存器叫TCNT。 TCNT和TCNTB是相對應的，TCNTB是有地址的寄存器，供程序員操作；TCNT在內部和TCNTB相對應，它沒有寄存器地址，程序員不能編程訪問這個寄存器。
TCNT寄存器功能就是用來減1的，它是內部的不能讀寫；我們向TCNT中寫要通過TCNTB往進寫；讀取TCNT寄存器中的值要通過讀取相對應的TCNTO寄存器。
工作流程就是：我們事先算好TCNT寄存器中開始減的那個數（譬如300），然後將之寫入TCNTB寄存器中，在啓動timer前，將TCNTB中的值刷到TCNT寄存器中（有一位寄存器專門用來操作刷數據過去的），刷過去後就可以啓動定時器開始計時；在計時過程中如果想知道TCNT寄存器中的值減到多少了，可以讀取相應的TCNTO寄存器來得知。