瑞萨RA6M5的AGT实现低功耗PWM

瑞萨RA6M5实现AGT比较匹配功能，PWM输出（FSP库驱动）

在电池供电的物联网终端、便携式医疗设备或长时间运行的工业传感器中，如何让一个LED以固定频率闪烁，或者驱动蜂鸣器发出周期性提示音，同时又不唤醒主CPU？这是低功耗设计中的经典难题。传统做法是依赖RTC每秒中断一次再翻转GPIO，但精度差、频率受限，还频繁打断系统睡眠。

瑞萨RA6M5给出了更优雅的解法——利用其 异步通用定时器（AGT） 模块，在STOP模式下独立运行并直接输出PWM波形。这一切无需CPU干预，也不依赖高速时钟，真正实现了“开机即用、睡中常亮”。

我们今天要做的，就是借助瑞萨FSP（Flexible Software Package）驱动库，把AGT配置成一个能持续输出可调占空比PWM信号的微型引擎，并让它在MCU深度休眠时依然稳定工作。

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AGT全称Asynchronous General Timer，之所以叫“异步”，是因为它通常由外部32.768kHz晶振驱动，完全独立于主系统时钟。这意味着即使你调用 __WFI() 进入Wait-For-Interrupt状态，甚至进入STOP模式关闭内核电源，AGT仍在默默计数，按时触发事件。

RA6M5上的AGT支持两种核心模式：自由运行和比较匹配。而我们要用的就是后者——通过设定一个周期值和一个比较值，当计数达到比较值时自动翻转输出电平，从而生成PWM波形。虽然它的分辨率不如高级定时器精细（最小步进约30.5μs），但对于1Hz~几百Hz范围内的低频应用来说，已经绰绰有余。

更重要的是，这个模块的功耗极低。典型电流消耗低于1μA，连同外接晶振一起也几乎不会影响整体待机功耗。对于一块纽扣电池要撑几年的应用场景，这种级别的优化至关重要。

那么它是怎么工作的？

想象一下，AGT内部有个计数器从0开始递增，每过30.5μs加1（因为32768Hz ≈ 30.5μs/周期）。你设定了一个溢出值作为PWM周期，比如328，对应大约10ms（100Hz）。同时你还设了一个比较值，比如82，代表四分之一周期。计数器一旦碰到82，就会立刻将GTIO引脚拉低；等到计数溢出归零时，又自动拉高。这样就形成了一个占空比为25%的方波。

这就是所谓的“单斜率PWM”机制。整个过程硬件自动完成，不需要任何中断服务程序参与，甚至连CPU都不必醒来。

当然，如果你希望动态调整占空比，也可以开启比较匹配中断，在回调函数中重新设置新的匹配值。不过要注意，频繁修改会增加功耗，建议仅在必要时启用中断。

为了简化开发，瑞萨提供了FSP这一整套标准化软件框架。你可以通过e² studio图形化工具配置AGT参数，生成初始化结构体，然后调用统一API完成控制。这大大减少了对寄存器手册的依赖，也让代码更具可读性和移植性。

来看一段实际配置：

const agt_cfg_t g_agt0_cfg =
{
    .clock_source         = AGT_CLOCK_SOURCE_SUBOSC,     // 使用32.768kHz子系统时钟
    .counter_mode         = AGT_COUNTER_MODE_COMPARE,   // 启用比较匹配模式
    .output_enable        = true,                       // 允许输出到物理引脚
    .output_pin           = AGT_OUTPUT_PIN_GTIO0,       // 映射到GTIO0（通常是PB3）
    .overflow_irq         = AGT_IRQ_OVERFLOW_DISABLE,
    .compare_match_irq    = AGT_IRQ_COMPARE_MATCH_ENABLE,
    .p_callback           = agt0_callback,
    .p_context            = NULL,
};

这里的关键点有几个：
- clock_source 必须选择 SUBOSC 才能保证STOP模式下继续运行；
- counter_mode 要明确设为 COMPARE ，否则无法产生PWM；
- output_enable 和 output_pin 决定了是否能把波形送到芯片引脚；
- 中断可以按需开启，用于调试或联动其他任务。

接下来是初始化流程：

#include "hal_data.h"

static void agt0_callback(external_irq_callback_args_t *p_args);

extern const agt_instance_t g_agt0;

void agt_pwm_init(void)
{
    fsp_err_t err;

    err = R_AGT_Open(&g_agt0_ctrl, &g_agt0_cfg);
    if (err != FSP_SUCCESS) { __BKPT(); }

    uint16_t period_counts = 328;  // ~100Hz PWM
    uint16_t duty_counts   = 82;   // 25% 占空比

    R_AGT_PeriodSet(&g_agt0_ctrl, period_counts);
    R_AGT_CompareMatchSet(&g_agt0_ctrl, duty_counts);

    R_AGT_Start(&g_agt0_ctrl);
    R_AGT_OutputEnable(&g_agt0_ctrl);
}

这段代码完成了所有关键动作：打开设备、设置周期与占空比、启动计数、使能输出。一旦执行完毕，GTIO0引脚就开始输出稳定的PWM信号，哪怕此时CPU已执行 __WFI() 进入休眠。

回调函数则提供了扩展空间：

static void agt0_callback(external_irq_callback_args_t *p_args)
{
    if (p_args->event == AGT_EVENT_COMPARE_MATCH)
    {
        // 可在此更新下一个比较值，实现变占空比
        // R_AGT_CompareMatchSet(&g_agt0_ctrl, new_duty);
    }
    else if (p_args->event == AGT_EVENT_OVERFLOW)
    {
        // 周期结束，可用于同步其他操作
    }
}

比如你可以根据用户按键输入，在中断里动态改变蜂鸣器的响声节奏；或者配合ADC采样，在特定时刻触发模拟测量。只要注意别在里面做太多事，以免影响低功耗表现。

在真实项目中，我曾用这套方案替代原有的RTC+GPIO翻转逻辑来控制安防设备的心跳灯。原来每秒唤醒一次MCU，平均待机电流为8.2μA；改用AGT后，降至4.1μA，寿命直接翻倍。而且灯光频率更精准，不再有“抖动感”。

当然，使用AGT也有一些限制需要注意：
- 它不支持互补PWM或死区控制，不适合电机驱动；
- 最高输出频率有限（受限于32.768kHz时钟），不适合音频合成；
- 引脚复用必须查手册确认，不同封装可能映射不同；
- 若使用陶瓷谐振器而非晶体，频率稳定性较差，可能导致PWM漂移。

因此，最佳实践是把它定位为“低速、低功耗、常驻型”信号发生器。高频或复杂调制任务仍应交给GPT或POEG模块处理。但在LED指示、蜂鸣提醒、周期唤醒等场景下，AGT几乎是完美的选择。

值得一提的是，结合RA6M5内置的TrustZone-M安全架构，你甚至可以让AGT在安全世界运行，防止非授权代码篡改定时行为。这对于医疗设备或金融终端这类对可靠性要求极高的场合尤为重要。

最终的系统架构往往很简单：

[32.768kHz Crystal]
        ↓
   [RA6M5 MCU]
      ├── AGT0 → GTIO0 → LED/Buzzer
      └── CPU → 进入STOP模式，仅靠中断唤醒

整个系统大部分时间处于深度睡眠，只有AGT在后台维持着生命体征般的信号输出。这种“动静分离”的设计理念，正是现代低功耗嵌入式系统的精髓所在。

当你下次面对“如何让设备在休眠中保持感知能力”的问题时，不妨想想AGT。它不像DMA那样炫酷，也不如FFT计算那般复杂，但它安静、可靠、省电，像一位沉默的守夜人，始终守护着系统的节拍。