[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_SDK入门篇连载-07 PS私有定时器实验

本帖最后由 FPGA课程于 2024-9-25 17:30 编辑

软件版本：VIVADO2021.1
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/
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1概述定时器资源是嵌入式系统中重要的定时资源，ZYNQ系统中的定时器资源包含了私有定时器，私有看门狗定时器、以及TTC定时器。本实验演示ZYNQ私有定时器的使用。
实验目的：
1:了解私有定时器的概念
2:了解私有定时器的功能寄存器
3:编写SDK测试代码完成定时器的中断定时使用。
2系统框图

本系统中，使用ZYNQ自带的私有定时器资源，程序设计中使用私有定时器每1S中断1次，通过串口打印输出。

3中断资源概述

PS的CPU0和CPU1各有1个私有定时器。上图中，红色部分为PS的私有中断资源，本文中demo就是以CPU0的定时器中断使用作为演示方案。CPU0的定时器中断经过中断控制派发器派发给CPU0。CPU0的私有定时器IRQ ID=29。

4定时器资源介绍

Zynq的PS的CPU0和CPU1各包含1个私有定时器以及一个私有看门狗定时器并且共享一个全局定时器。另外Zynq的PS还有TTC0以及TTC1定时控制器。每个TTC定时器里面包含三个定时器/计数器。本文所讲解的是CPU0的私有定时器中断的使用。

本方案中只对CPU0的私有定时器进行说明。

Zynq的私有定时器和看门狗定时器具有以下共同的特性：

1-定时计数器位宽为32位，当达到0时产生中断

2-参考时钟为CPU时钟的1/2，比如CPU是666.6666M 那么定时器的参考时钟为333.3333M

3-有一个8bit预分频器，可以对参考时钟进一步分频

4-有一个可配置的预加载寄存器

5-可配置为单次模式或者自动重载模式

5私有定时器的寄存器
在UG585中没有关于私有定时器的详细说明，我们通过SDK代码的理解补充了这部分说明。私有定时器的基地址为0xF8F00600。CPU的私有定时器一共有4个寄存器：

XSCUTIMER_LOAD寄存器XSCUTIMER_LOAD_OFFSET (0x00U)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUTIMER_LOAD	31:0	至少可写	0x0	私有定时器的预加载值

XSCUTIMER_COUNTER寄存器XSCUTIMER_COUNTER_OFFSET (0x04U)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUTIMER_COUNTER	31:0	至少可读	0x0	私有定时器的计数器

XSCUTIMER_CONTROL寄存器XSCUTIMER_CONTROL_OFFSET (0x08U)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUTIMER_CONTROL	31:0	R/W	0x0	私有定时器的控制寄存器 15~8bit:预分频设置 2bit:当为1中断使能 1bit:当为1自动重载使能 0bit:当为1表示定时器使能

XSCUTIMER_ISR寄存器XSCUTIMER_ISR_OFFSET (0x0CU)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUTIMER_ISR	31:0	R/W	0x0	私有定时器的中断寄存器 0bit:当为1的时候表示发生中断

6搭建SOC系统工程

详细的搭建过程这里不再重复，对于初学读者如果还不清楚如何创建SOC工程的，请学习“01Vitis Soc开发入门”这篇文章。

6.1SOC系统工程

直接使用已经搭建好的“01Vitis Soc开发入门”这篇文章中的工程。

6.2编译并导出平台文件

以下步骤简写，有不清楚的看第一篇文章。

1:单击Block文件à右键àGenerate the Output ProductsàGlobalàGenerate。

2:单击Block文件à右键à Create a HDL wrapper(生成HDL顶层文件)àLet vivado manager wrapper and auto-update(自动更新)。

3:添加配套工程路径下uisrc/04_pin/fpga_pin.xdc约束文件

4:生成Bit文件。

5:导出到硬件: FileàExport HardwareàInclude bitstream

6:导出完成后，对应工程路径的soc_hw路径下有硬件平台文件：system_wrapper.xsa的文件。根据硬件平台文件system_wrapper.xsa来创建需要Platform平台。

7搭建Vitis-sdk工程

创建soc_base sdk platform和APP工程的过程不再重复，如果不清楚请参考本章节第一个demo。

7.1创建SDK Platform工程

右击soc_base编译，编译的时间可能会有点长

7.2创建timer_intr APP工程

8程序分析

int init_intr_sys(void)函数，这个函数用于对中断资源进行初始化。

米联客的中断函数都会采用这种构架，系统中断初始化+功能中断初始化，

int init_intr_sys(void)
{
Init_Intr_System(&Intc); // 初始化系统中断
TimerIntrSetup(&Intc,&Timer,TIMER_IRPT_INTR,TIMER_DEVICE_ID);//初始定时器中断
Setup_Intr_Exception(&Intc);
}

复制代码

关于Init_Intr_System(&Intc)函数和Setup_Intr_Exception(&Intc)可以阅读“PS-MIO/EMIO中断实验”中的相关程序分析。

重点看下TimerIntrSetup(&Intc,&Timer,TIMER_IRPT_INTR,TIMER_DEVICE_ID)函数：

void TimerIntrSetup(XScuGic *GicInstancePtr,XScuTimer *TimerInstancePtr, u16 TimerIntrId,u16 DeviceId)
{
XScuTimer_Config *TMRConfigPtr;
//初始化定时器参数
TMRConfigPtr = XScuTimer_LookupConfig(DeviceId);
XScuTimer_CfgInitialize(TimerInstancePtr, TMRConfigPtr,TMRConfigPtr->BaseAddr);
//定时器计数器加载初值
XScuTimer_LoadTimer(TimerPtr, TIMER_LOAD_VALUE);
//定时器始能自动重载模式
XScuTimer_EnableAutoReload(TimerInstancePtr);
//设置中断回调函数
XScuGic_Connect(GicInstancePtr, TimerIntrId,
(Xil_ExceptionHandler)timer_callback,
(void *)TimerInstancePtr);
//使能定时器全局中断资源
XScuGic_Enable(GicInstancePtr, TimerIntrId);
//使能定时器中断
XScuTimer_EnableInterrupt(TimerInstancePtr);
}

复制代码

1:XScuTimer_LookupConfig函数

SDK中的LookupConfig都是用来查看硬件的参数，并且把硬件的参数保持到一个指针中。

XScuTimer_LookupConfig(DeviceId)函数主要是根据DeviceId值判断下，是否对应的硬件支持，如果有会把定时器的相关硬件参数保存到TMRConfigPtr参数中。

SDK中的ConfigTable参数保存了硬件的基本信息

在系统头文件xparameters.h中保存了硬件参数的具体值

2:XScuTimer_CfgInitialize函数

SDK中这个函数用于对硬件实列的参数进行初始化，有时候也会在里面初始化一些硬件的寄存器。

3:XScuTimer_LoadTimer函数

XScuTimer_LoadTimer(TimerPtr, TIMER_LOAD_VALUE)这是一个宏定义函数，把定时器的定时参数加载到预加载值寄存器。

4:XScuTimer_EnableAutoReload函数

XScuTimer_EnableAutoReload(TimerInstancePtr)这是一个宏定义函数，这个函数设置定时器控制器的重载值，使能重载，重载的含义是当定时计数器计数到0的时候，重新加载预加载值，这样无需程序里面重复加载预加载值，可以减轻CPU的负担。

5:XScuGic_Connect函数

SDK函数中有关键词Connect 的一般都是用来设置中断函数的回调函数，XScuGic_Connect(GicInstancePtr, TimerIntrId, (Xil_ExceptionHandler)timer_callback, (void *)TimerInstancePtr)这个函数设置定时间的中断回调函数。

InstancePtr->Config->HandlerTable保存了所有全局中断函数，如果某一个全局中断对应的中断被CPU相应，CPU就会根据这个中断回调相应的中断函数。CallBackRef参数是一个void类型参数指针，这里是TimerInstancePtr这个指针。

所以timer_callback就是定时器中断时候被调用的函数。

6: timer_callback函数

定时器每1S中断一次回调该函数，该函数中与一个中断计数器，统计当前中断了多少次，并且通过串口打印输出。

void timer_callback(XScuTimer * TimerInstance)
{
timer_counter++;
printf("timer_counter = %u\n",timer_counter);
XScuTimer_ClearInterruptStatus(TimerInstance);
}

复制代码

7:XScuGic_Enable函数

这个函数使能定时器中断号对应的全局中断使能，可以看到该函数中需要采用自旋锁，确保相同的寄存器不会被多个CPU访问。

8:XScuTimer_EnableInterrupt函数

该函数是一个宏定义函数，使能定时器的中断使能位。

9:Timer_start(&Timer)

这个函数通过调用XScuTimer_Start设置定时器的使能位。

9方案演示
9.1硬件准备实验需要用到JTAG下载器、USB转串口外设，另外需要把核心板上的2P模式开关设置到JTAG模式，即ON ON

9.2实验结果

程序运行后每1S会答应输出定时器的中断次数

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