AT91RM9200平台的輔助時鐘研究

AT91RM9200平台的輔助時鐘研究

[日期：2008-11-20]

來源：單片機與嵌入式系統應用  作者：蘭州交通大學 白麗 任恩恩

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引 言
    在VxWorlks中，定時器機制的實現是建立在時鐘基礎之上的。可根據不同的要求選用不同的定時機制，如taskDelay()、WatchDog、輔助時鐘。前兩種定時都是基於系統時鐘的。
    taskDelay()是最簡單的延時方法。它的單位是tick，所以其延時精度並不高，但對於延時10 ms以上的系統足夠了。利用taskDelay()，可以將調用的任務從就緒態轉到睡眠態，但是不能用於中斷服務程式中。另外，可以通過調用taskDelay(0)，將CPU交給系統中其他相同優先順序的任務。
    看門狗定時器作為系統時鐘中斷服務程式的一部分來維護。因此，與看門狗定時器相聯絡的函數運行在系統時鐘中斷級，延時單位為tick。如果應用程式需要多個看門狗函數，則可使用wdCreate()為每個需求產生獨立的看門狗ID，因為對於給定的看門狗ID，只有最近的wdStart()有效。利用看門狗定時器，調用的任務不會被阻塞，因為wdStart()調用是立即返回的。但它也一般只適用於延時10ms以上的系統。
    如果在實際時需要更高精度的定時(如1 ms)，那麼採用輔助時鐘就是非常可取的一種方法。一般在VxWorks系統的BSP中，都沒有配置輔助時鐘，本文詳細介紹輔助時鐘的配置及使用方法，以便在實際中靈活運用。

1 AT91RM9200工業平台的時鐘和定時器
    本文的研究是基於AT91RM9200工業平台的，因此首先需要對此平台下的時鐘及定時器進行介紹。
    AT91RM9200提供了2個3通道16位定時器／計數器(TC)。3個通道雖然獨立，但操作相同，每個通道均為使用者可配置，包括3個外部時鐘輸入(XC0、XCl或XC2)，5個內部時鐘輸入(TIMER_CLOCKl、TIMER_CLOCK2、TIMER CLOCK3、TIMER_CL0CK4、TIMER_CLOCK5)，以及2個可由使用者配置的多功能輸入／輸出訊號。另外，每個通道可工作在兩種不同模式下，即捕獲模式和波形模式。其中，捕獲模式提供訊號測量，波形模式用來產生波形，可由TC通道模式寄存器的WAVE位編程設定。定時器／計數器框圖1所示。

    其中，如果選擇通道訊號時，XCO、XCl、XC2表示3個外部時鐘輸入；TIOA、TIOB表示作用於每個通道的2個多功能輸入／輸出訊號；INT表示中斷訊號輸出；SYNC表示同步輸入訊號。如果選擇塊訊號時，TCLKO、TCLKl、TCLK2表示3個外部時鐘輸入；TIOAO~TIOA2，表示通道0～2的TIOA訊號，TIOB0～TIOB2表示通道0～2的TI0B訊號。
    其中，5個內部時鐘輸入與主時鐘(MCK)、慢速時鐘(SLCK)及主時鐘分頻後時鐘相關，如表1所列。

2 在VxWorks中輔助時鐘的配置
    在VxWorks作業系統中如果要使用輔助時鐘，必須經過一定的配置才能使用。首先，需要在Vxworks組件或config．h中進行定義：
    #define INCLUDE_AUX_CLK
    如果不定義，那麼輔助時鐘是無法使用的。另外，在sysLib．C的sysHwlnit2函數中需要進行輔助時鐘的初始化，即中斷串連配置：
(void)intConnect(AUX_TIMER_INT_VEC，sysAuxClkInt，O)
    輔助時鐘和系統時鐘的區別是：輔助時鐘必須由使用者提供ISR，但不允許在ISR中調用tickAnnounce()，否則會擾亂系統時鐘的機制。
    輔助時鐘的配置可以按照installDir／target／drv／tim—er／templateTimer．C中的函數模板來進行修改，在本文中使用的驅動程式是At91Rm9200timer．c，標頭檔為At91Rm9200timer．h。在此檔案中進行的修改需要根據所依賴的具體晶片來進行，即需要參考AT91RM9200晶片資料手冊。
    與輔助時鐘相關的函數有：sysAuxClkInt()、sysAux—ClkConnect()、sysAuxClkDisable()、sysAuxClkEnable()、sysAuxClkRateGet()和sysAuxClkRateSet()。其中，sysAuxClkRateGet()可以和sysAuxClkRateSet()視為一組。sysAuxClkRateGet()是通過sysAuxClkRateSet()函數設定的時鐘頻率進行讀取的，而sysAuxClkRateSet()函數中時鐘頻率的設定則受AUX_CLK_RATE_MIN和AUX_CLK_RATE_MAX的限制。這個最大值和最小值需要進行定義，定義的位置可能不同，有的放在eonfig．h中，有的放在bsp．h中，本文的最大值和最小值放在Inte—grator．h中定義。接下來需要重點討論的是sysAux-ClkInt()和sysAuxClkEnabel()這兩個函數。
    sysAuxClkInt()函數調用使用者定義的中斷處理函數，而使用者調用的中斷處理函數是由sysAuxClkConnect()函數來串連的。在調用中斷處理函數之前，一定要先進行清除中斷操作，如：
AMBA_TIMER_READ(AMBA_TIMER_T2SR(AMBA_TIMER_BASE)，temp)；
    不然，CPU將一直陷入中斷，不能做別的事情了。
    其他大量的工作都是放在sysAuxClkEnble()函數中進行的。根據AT91RM9200的具體情況，選擇5個內部時鐘的其中之一，在此選擇TIMER_CLOCK2；根據前面所提到的通道概念，選取第2個通道。必須和系統時鐘區分開，不能同時選擇一個內部時鐘和同一個通道。
    首先，需要判斷電源管理對輔助時鐘是否進行了配置，可以查看相關檔案。如果沒有進行配置，則需要如進行如下配置：
    AT9l_SYS→PMC_PCER=l<<AT9lC_ID_TCl；
    其次，必須先對AIC編程，再配置TC。
    然後，需要對具體的寄存器進行控制操作，首先需要選擇內部時鐘，2所示。

    對通道模式寄存器進行控制：
    AMBA_TIMER_WRITE(AMBA_TIMER_T2MR(AMBA_TIMER_BASE)，TIMER_CLOCK2| TC_CPCTRG)；
    通過TCCLKS位選擇第2個內部時鐘，並根據寫入RC寄存器的定時器值進行RC比較觸發使能。同時，需要對TC通道控制寄存器進行控制，寫入計數器時鐘使能命令和軟體觸發命令，如：

AMBA_TIMER_WRITE(AMBA_TIMER_T2CR(AMBA_TIMER_BASE)，TC_CLKEN)；
AMBA_TIMER_WRITE(AMBA_TIMER_T2CR(AMBA_TIMER_BASE)，TC_SWTRG)；
    另外，由於採用RC寄存器觸發使能，因此還需要對TC中斷使能寄存器進行控制，寫入RC比較中斷使能訊號，如：
AMBA_TIMER_WRITE(AMBA_TIMER_T2IER(AMBA_TIMER_BASE)，TC_CPCS)；

    最後，需要執行中斷使能操作，如：
AMBA_TIMER_INT_ENABLE(AUX_TIMER_INT_LVL)；
    一切配置好後，重新編譯bootroFll和VxWorks鏡像，啟動VxWorks鏡像；然後編寫測試程式進行測試，驗證輔助時鐘是否配置成功。另外，可以通過邏輯分析儀查看輔助時鐘的中斷情況。輔助時鐘驅動後，在應用程式中可以用sysAuxClkRateSet()函數動態設定系統輔助時鐘每秒的中斷數；sysAuxClkConnect()函數為系統輔助時鐘中斷指定ISR，並且由sysAuxClkEnable()函數使能時鐘中斷，去調用指定的ISR。

結 語
    VxWorks提供系統輔助時鐘機制的主要目的，是使使用者在系統時鐘之外多一種定時資源選擇，並提供了管理手段。另外，VxWorks的某些輔助調試工具也可能要求使用系統輔助時鐘。
    輔助時鐘的使用是通過提高節拍率來實現的，而提高節拍率意味著時鐘中斷產生得更加頻繁，所以中斷處理常式也會更頻繁地執行。如此一來會給整個系統帶來如下好處：
    ①更高的時鐘中斷解析度(resolution)可提高時間驅動事件的解析度；
    ②提高了時間驅動事件的準確度(accuracy)。