s3c2440裸机-异常中断（五. irq之定时器中断）

之前讲过s3c2440时钟体系，看了时钟体系再来看定时器中断会更好的结合运用所学知识点。

S3c2440共有2种定时器：

1.Watchdog看门狗定时器
2.PWM脉冲可调制定时器

下面详细介绍2种定时器的原理，来了解定时器是如何产生定时器中断的。

1. Watchdog看门狗定时器

1）Watchdog看门狗定时器原理

Watchdog定时器的原理很简单，寄存器很少，框图如下：

1.定时器，定时器那肯定是需要用到时钟的，从框图中可以看到Watchdog定时器采用的时钟源是PCLK，从s3c2440时钟体系中也可以体现出来，接的是APB总线。

2.然后到达一个8bit的分频器，可以通过配置WTCON[15:8]来设置分频器的预设值。

3.再设置WTCON[4:3]来设置除数因子来进一步分频。
所以最终的Watchdog定时器的时钟周期t_watchdog = 1/[ PCLK / (Prescaler value + 1) / Division_factor ]

4.到达WTCNT：看门狗递减寄存器。WTCNT里的数据就开始在输入时钟频率下递减。WTCNT的值由WTDAT寄存器提供。

5.WTDAT：WTDAT寄存器用于指定计数器的初始值，也就是它的超时时间，系统上电之后硬件自动的将0x8000的初始值载入到WTCNT里，在发生了第一次超时操作时，WTDAT的值才会载入到WTCNT寄存器。

当WTCNT的值减到0时，就会触发看门狗定时器中断，进而产生复位。中断框图中可以看到可以设置WTCON[2]来设置是否产生中断信号，可以设置WTCON[0]来设置是否产生复位信号。

WTCON寄存器如下图：

WTCNT、WTDAT寄存器如下图：

2）看门狗定时器中断编程实现

在之前的章节中，我们在start.s启动代码中首先做的就是关闭看门狗，把WTCON[5]=0，也就是把Watchdog timer给disable。那么Watchdog Timer就不再工作了，这样做是为了防止在启动代码进行硬件初始化的时候出现超时，发出复位信号又去重启硬件，这样就陷入了不断重启过程中。因为s3c2440芯片默认WTCON[5]是1，也就是Watchdog Timer默认是处于使能状态。

我们之前s3c2440时钟体系中配置了PCLK=50M Hz, 那么让WTDAT取默认值0x8000，那么根据公式算出从开机到触发复位重启的时间t=WTDAT*( 1/[ PCLK / (Prescaler value + 1) / Division_factor ])。

根据WTCON寄存器配置Prescaler value=255，配置Division_factor=128，这样最终定时器分得的频率更低，那么减数器递减的更慢，也就代表从开机到触发复位重启的时间T=0x8000 * (1/[50*10^6/(255+1)/128]) = 21474836.48us = 21s。

之前的start.s中把看门狗已经关闭了，那么我们在跳转到main函数中调用wtd_timer_init函数实现如下：

void wtd_timer_init(void)
{
	WTCON |= (1<<0) | (1<<5);//使能定时器，开启reset复位
	WTCON |= (3<<3) | (255<<8);
}

我们查看测试结果：

xxx.png

果然初始化wtd_timer_init后，过21s后板子重启了，说明我们watchdog定时器功能已经OK了。

现在修改代码如下：

void wtd_timer_init2(void)
{
	WTCON |= (1<<0) | (1<<2);//使能定时器，开启watchdog定时器中断
	WTCON |= (3<<3) | (255<<8);

	WTDAT = 0x4000;
}

我们看到我们现在定时器的初值被修改成了0x4000, 相对于默认值少了一半，那么触发wtd_timer中断的时间应该减半，也就是约等于10s。

那么需要写一个wtd_timer的中断服务程序，同样需要先在do_irq中去保护现场、调用handle_irq_c、恢复现场，可以参考上一节irq之外部中断。查看INTOFFSET寄存器：

得知：
handle_irq_c代码修改如下：

void handle_irq_c(void)
{
    /* 分辨中断源 */
    int bit = INTOFFSET;

    /* 调用对应的处理函数 */
    if (bit == 0 || bit == 2 || bit == 5)  /* eint0,2,bit==5还需细分eint8_23 */
    {
        key_eint_irq(bit); /* 处理中断, 清中断源EINTPEND（eint11,2 eint11, eint11） */
    }

else if(bit == 9)
{
这里还需区分子中断源
}

    /* 清中断 : 从源头开始清 */
    SRCPND = (1<<bit);
    INTPND = (1<<bit);  
}

查看芯片手册查找“INT_WDT_AC97”如下图：

从上图可以看到SRCPND和SUBSRCPND的映射关系。
SUBSRCPND寄存器如下图：

我们可以读取SUBSRCPND来区分到底是哪一个子中断源产生了中断，当SUBSRCPND中哪一位被置1，表示对应的中断源发生了中断。

前面做完wtd_timer_init，还要进行中断控制器的初始化，查看INTMSK寄存器如下图：

查看INTSUBMSK寄存器如下图：

在interrupt_init中添加：

INTMSK &= ~(1<<9);
INTSUBMSK &= ~(1<<14);

修改handle_irq_c:

...
else if (bit == 9)
{
	if (SUBSRCPND & 1<<14)
	{
		printf("watchdog timer interrupt occured.
");
	}
}
...

测试结果如下：

2. PWM脉冲宽度调制定时器

PWM（Pulse Width Modulation），字面上是脉冲可调制的意思，就是可以调节占空比。

s3c2440有5个定时器，其中定时器0、1、2和3具有脉宽调制（PWM）功能。定时器4是一个无输出引脚
的内部定时器。

先认识下s3c2440的pwm timer的框架：

从框架图中得知：

1.时钟源为PCLK
2.pclk经过8 bit的预分频系数（Prescaler），和4 bit的时钟除数因子（clock divider）,进行分频
3.经过MUX选择器选择用哪个定时器（5选1）
4.设置TCMPB0和TCNTB0和TCONn寄存器

1）pwm定时器原理

pwm定时器的逻辑控制单元结构如下：

1 TCMPBn和TCNTBn寄存器中的值分别加载到TCMPn和TCNTn寄存器
2 每来一个clk(时钟)这个TCNTn减去1
3 当TCNTn == TCMPn时，可以产生中断，pwm输出引脚反转
4 TCNTn继续减1，当TCNTn == 0时，又产生一次中断，pwm引脚再次反转
5 重复1-4过程

从上述过程我们得知可以设置TCNTBn寄存器来设置加载初值，设置后TCNTn中的值就会按照时钟周期递减。
从上述过程我们得知可以设置TCMPBn寄存器来设置占空比，从而控制高低电平持续时间的比例。

2) pwm定时器编程实现

要开始一个PWM定时器功能的步骤如下：(假设使用的是timer0)

① 初始化pwm定时器

先进行初始化工作，定义一个pwm_timer_init()
1）设置时钟：

分别设置定时器0的预分频器值(prescaler)和时钟分频值(clock divider)，从而控制TCNT0减数器的频率。

根据公式：

pwm Timer clk = PCLK / {(预分频数)prescaler value+1} / {divider value(5.1MUX值)} 

PCLK是50M，设置prescaler value=99， divider value=16,所以pwm Timer clk= 50000000/(99+1)/16 = 31250 Hz

TCFG0 = 99; 
TCFG1 &= ~0xf;
TCFG1 |= 3;

2）设置初值：

/* 设置比较缓存寄存器TCMPB0和计数缓存寄存器TCNTB0的初始值*/
TCNTB0 = 31250 << 1;  /* 2s中断一次 */
TCMPB0 = 31250 >> 1;  /* 设置占空比*/

3）开启定时器0的手动更新TCNTB0&TCMPB0功能(设置TCON的第1位)：

TCON |= (1<<1); //开始需要手工更新,这样才能将TCNTB0&TCMPB0同步到TCNT0&TCMP0

4）开启定时器0的自动加载：

TCON &= ~(1<<1); //开启自动加载要先清除手动更新
TCON |= (1<<3);

5）启动定时器0(设置TCON的第0位)；

TCON |= (1<<0);

② 初始化中断控制器

interrupt_init(){
	...
	INTMSK &= ~(1<<10);  /* enable timer0 int */		
	...
}

做完这些初始化工作，就可以产生定时器中断了,同样我们需要在handle_irq_c函数中区分中断源：
我们还可以通过查看TCNTO0寄存器来查看当前TCNT的值。

void handle_irq_c(void)
{
    /* 分辨中断源 */
    int bit = INTOFFSET;

    /* 调用对应的处理函数 */
    if (bit == 0 || bit == 2 || bit == 5)  /* eint0,2,bit==5还需细分eint8_23 */
    {
        key_eint_irq(bit); /* 处理中断, 清中断源EINTPEND（eint11,2 eint11, eint11） */
    }

	else if(bit == 9) //INT_WDT_AC97
	{
		...
	}
	
	else if(bit == 10) //timer0
	{
		printf("timer0 interrupt occured.
");
		print_hex(TCNTO0);
	}

    /* 清中断 : 从源头开始清 */
    SRCPND = (1<<bit);
    INTPND = (1<<bit);  
}

测试结果如下：
xxx.ong

irq的优化改进：

我们对比irq外部中断、irq定时器中断发现每增加一个中断源，又要去修改中断控制器的初始化interrupt_init()和handle_irq_c(),要在handle_irq_c()中去添加分支去执行不同的中断服务。

那么我们现在不去改变interrupt文件，在timer.c、key_eint.c中去注册自己的中断服务程序即可，这里我们使用函数指针数组，建立一个中断号和中断服务程序的映射关系。这样就可以根据中断号来执行对应的中断服务程序，即在handle_irq_c()中去回调不同类型的中断源注册下来的函数即可。

/* 定义函数指针数组 */
#define IRQ_NUM	32
typedef void(*irq_func)(int);
irq_func irq_array[IRQ_NUM];

然后实现一个register_irq(...)如下：

void register_irq (int irq, irq_func fp)
{
	irq_array[irq] = fp;
	INTMASK &= ~(1 << irq)
}

handle_irq_c()修改实现如下：

void handle_irq_c(void)
{
	/* 分辨中断源 */
	int bit = INTOFFSET;

	irq_array[bit](bit); //根据中断号回调不同的中断处理函数
	
	/* 清中断 */
	SRCPND = (1<<bit);
	INTPND = (1<<bit);	
}

这样子我们的irq中断就被统一管理了起来，只要在其他各中断模块初始化的时候调用register_irq(...)注册即可.
优化后的代码详见：