1-6、ARM开发步步深入之定时加速

实验目的：通过使用MPLL提高系统时钟，启动定时器产生中断来点亮LED灯，启动Watchdog定时器，如果程序跑飞，借助Watchdog重新运行程序，借此掌握S3C2410的时钟管理、PWM及看门狗定时器。

实验环境及说明：恒颐S3C2410开发板H2410。

实验思路：开发板上电启动后，自动将NandFlash开始的4K数据复制到SRAM中，然后跳转到0地址开始执行。然后来设置MPLL来改变FCLK、HCLK、PCLK的值，初始化存储控制器来使用SDRAM。初始化LED灯管脚、定时中断控制器和看门狗，使能定时中断控制器和看门狗。之后进入main函数死循环等待中断的发生，每隔设定的时间触发定时中断，调用定时中断处理函数点亮/熄灭LED灯。若程序跑飞，触发看门狗重启。

知识掌握：系统时钟、PWM定时器和Watchdog定时器
一、系统时钟：S3C2410的时钟控制逻辑为整个芯片提供了三种时钟。
★FCLK用于CPU核；HCLK用于AHB总线上设备---CPU核、存储器控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA和USB主机模块；PCLK用于APB总线上设备---Watchdog、IIS、I2C、PWM定时器、MMC接口、ADC、UART、GPIO、RTC和SPI。
★AHB(Advanced High performance Bus)---主要用于高性能模块间的连接；APB(Advanced Peripheral Bus)---主要用于低带宽的周边外设之间的连接。
★开发板时钟频率为12MHz，主要是为了降低电磁干扰和板间布线要求，需要通过PLL提高系统时钟。S3C2410包括MPLL(用于FCLK、HCLK、PLCK)和UPLL(用于USB设备)，他们的设置方法类似。开发板上电→FCLK=Fin(外部输入时钟)→设置MPLL相关寄存器→等待(Lock Time：长短由寄存器LOCKTIME设定)→MPLL输出稳定，CPU工作在新的时钟FCLK下。


★设置MPLL需要设置下面几个重要寄存器：
●LOCKTIME寄存器(LOCK TIME COUNT)用于设置lock time的长度，初始值0x00FFFFFF。
●MPLLCON(Main PLL Control)寄存器用于设置FCLK与Fin的倍数，初始值0x0005C080。
●CLKDIVN(CLOCK DIVIDER CONTROL)寄存器用于设置FCLK、HCLK、PCLK三者的比例。
二、PWM(pulse width modulation)定时器
★S3C2410共有5个16位的定时器，其中定时器0、1、2、3有PWM功能，因为它们都有一个输出引脚，可以通过定时器来控制引脚周期性的高、低电平变化；定时器4木有输出引脚就不有PWM功能了。
★PLCK是定时部件的时钟源，先通过2个8位预分频器(定时器0、1共用第一个定时器，2、3、4共用第二个)，输出进入第二级分频(输出2/4/8/16分频或者外部时钟TCLK0/TCLK1)。这两次预分频都是通过设置TCFG0寄存器完成的。每个定时器工作在哪种频率下可以通过TCFG1寄存器来选择的。
★定时器的使用主要涉及以下寄存器：
●TCFG0寄存器：位[7:0]，位[15:8]分别用于控制预分频器0，1；它们的值为0~255。经过分频器出来的时钟频率：PLCK/(TCFG0[7:0]+1或TCFG0[15:8]+1)。


●TCFG1寄存器：设定相应定时器为经过分频器出来的时钟频率的几分频。定时器工作频率= PLCK/(TCFG0[7：0]或TCFG0[15：8]+1)/几分频。


●TCNTBn/TCMPBn寄存器：这两个寄存器都只用到位[15:0]。TCNTBn中保存定时器的初始计数值，TCMPBn中保存比较值。它们的在启动定时器时，被传到定时器内部寄存器TCNTn，TCMPn中。
●TCNTOn寄存器：n为0~4，内部寄存器TCNTn在其工作时钟下不断减1计数，可以通过读取TCNTOn寄存器得知其值。
●TCON寄存器：它的功能如下：第一次启动定时器时，手动将TCNTBn/TCMPBn寄存器的值装入内部寄存器TCNTn，TCMPn中；启动，停止定时器；决定在定时器计数到达0时是否自动装入初值；决定定时器的管脚TOUTn的输出电平是否反转。


三、Watchdog定时器：其使用和PWM定时器很类此。
★PLCK先经过8位预分频器后再被分成4种频率(16/32/64/128分频)。使用看门狗定时器的一个最主要目的当然是让它给你看门了。程序正常执行时，必须不断重新设置WTCNT寄存器使其不为0，这样可以保证系统不被重启，称为“喂狗”；程序崩溃时不能按时“喂狗”，则计数值到达0后系统重启，使得程序可以重新正常运行。
★Watchdog存在的意义：开启Watchdog之后程序必须定时向其反馈信息，这看似麻烦又耗资源，其实是很重要的行为，是程序向硬件传递自身运行状态的一种方法。如果程序运行良好则它应该可以在规定的时间间隔内向Watchdog反馈信息，借此来说明程序运行正常；若程序由于某个不当的操作而进入死循环等，则无法向Watchdog反馈信息，Watchdog将发生记时超时，从而引起硬件重起。如果没有Watchdog，程序死掉就死掉了，只能等待用户自己发现去吧。
★相关寄存器：
●WTCON寄存器：用于设置预分频系数，选择工作频率，决定是否使能中断，是否启用WATDOG功能等。


●WTDAT寄存器：用以决定Watchdog定时器的超时周期，值自动写入WTCNT。
●WTCNT寄存器：在启动WATDOG定时器前，必须往这个寄存器写入初始计数值，启动定时器后，它做减1操作，当计数器值达到0时，如果中断被使能的话，就发出中断，如果Watchdog功能被使能的话就发出复位信号，装载WTDAT寄存器的值并重新计数。

关键代码解析：
★head.S头文件来初始化，设置中断模式、系统模式的栈，设置好中断处理函数
.text
.global _start
_start:
@中断向量表处理函数，只给出复位和普通中断模式的处理函数，其它异常未使用
    b   Reset
......
@0x18: 中断模式的向量地址
    b   HandleIRQ
@0x1c: 快中断模式的向量地址
HandleFIQ:
    b   HandleFIQ

Reset:                                                             @复位处理
    bl disable_watch_dog                             @关门喂狗
    ldr sp,=0x4096                                          @clock初始化栈地址
    bl clock_init                                                 @设置MPLL，改变FCLK、HCLK、PCLK
    bl mem_control_setup                             @设置存储控制器以使用SDRAM
    bl copy_steppingstone_to_sdram         @复制代码到SDRAM中
    ldr pc, =on_sdram                                     @跳到SDRAM中继续执行
on_sdram:
    msr cpsr_c, #0xd2             @进入中断模式
    ldr sp, =0x32000000         @设置中断模式栈指针
    msr cpsr_c, #0xdf              @进入系统模式
    ldr sp, =0x34000000         @设置系统模式栈指针
    bl init_led                             @初始化LED
    bl init_timer0                       @初始化定时器0
    bl enable_timer0                @使能定时器0
    bl init_watchdog                 @初始化Watchdog
    bl enable_watchdog          @使能Watchdog
    msr cpsr_c, #0x5f               @设置I-bit=0，开IRQ中断
    ldr lr, =halt_loop                  @设置返回地址
    ldr pc, =main                       @调用main函数
halt_loop:
    b   halt_loop
★init.c文件实现时钟、GPIO、中断及定时的初始化，主要代码：
/*
* 时钟初始化
*/
#define S3C2410_MPLL_200MHZ     ((0x5c<<12)|(0x04<<4)|(0x00))

void init_clock(void)
{
    CLKDIVN  = 0x03;            // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1

/* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从"fast bus mode"变为"asynchronous bus mode"*/
__asm__(
    "mrc    p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"        /* 读出控制寄存器 */
    "orr    r1, r1, #0xc0000000\n"          /* 设置为"asynchronous bus mode" */
    "mcr    p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"        /* 写入控制寄存器 */
    );
    MPLLCON = S3C2410_MPLL_200MHZ;  /* FCLK=200MHz，HCLK=100MHz，PCLK=50MHz */
}
/*
* 定时器0初始化
*/
void init_timer0(void)
{
    TCFG0  = 99;        // 预分频器0 = 99
    TCFG1  = 0x03;      // 选择16分频
    TCNTB0 = 31250;     // 0.5秒钟触发一次中断
    TCON   |= (1<<1);   // 手动更新
    TCON   = 0x09;      // 自动加载，清“手动更新”位，启动定时器0
}
/*
* 定时器0中断使能
*/
void enable_timer0(void)
{
    INTMSK   &= (~(1<<10));  // 定时器0中断使能
}
/*
* Watchdog初始化
*/
void init_watchdog(void)
{
    //Prescaler Value = 99；Division_factor = 16(Clock Select=16)；Interrupt Generation = 0(不产生中断)；Reset = 1(开启Reset Signal)
    WTCON = 0x6381;
    //设置寄存器WTDAT的值为0x8000,时间一定要大于Timer0的时间
    WTDAT = 0x8000;
}
/*
* Watchdog使能
*/
void enable_watchdog(void)
{
    WTCON|=1<<5;
}
★interrupt.c文件实现中断的处理，主要代码：
/*
* 定时器0中断处理函数
*/
void Timer0_Handle(void)
{
    //喂狗
    WTCNT=0x8000;
    //每次中断令4个LED改变状态
    if(INTOFFSET == 10)
        GPFDAT = ~(GPFDAT & (0xf << 4));
    //清中断
    SRCPND = 1 << INTOFFSET;
    INTPND = INTPND;
}

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