ZYNQ笔记（九）：定时器中断

版本：Vivado2020.2（Vitis）

任务：使用定时器 (私有定时器) 中断实现 LED（PS端）定时1s亮灭翻转

一、介绍

二、硬件设计

三、软件设计

四、效果

一、介绍

Zynq系列是Xilinx(现为AMD)推出的集成了ARM Cortex-A9双核处理器和FPGA的可编程SoC器件。在Zynq中，定时器是重要的外设模块，用于时间测量、延时控制和周期性中断触发等。

Zynq主要有以下几种定时器：

私有定时器(Private Timer) - 每个ARM核都有一个私有定时器
全局定时器(Global Timer) - 双核共享的64位定时器
看门狗定时器(Watchdog Timer、WDT) - 用于系统监控和复位
三重定时器计数器(TTC) - FPGA侧提供的定时器

像 PS 端延时可以用定时器中断方式进行操作，以让cpu执行其他重要操作。

二、硬件设计

ZYNQ 的配置使用到了 MIO（LED灯）、UART（用于Debug）、DDR（存储器），跟之前的工程案例相比没有额外的特殊配置，下面这幅图是CPU的工作频率，保持默认666.666MHz，定时器驱动时钟是其二分之一，也就是333.333MHz（后面会用到）

最后整体 bd 设计部分如图所示：设计检查、Generate Output Products、 Create HDL Wrapper、（管脚约束、Gnerate Bitstream、（无PL端设计这两部忽略））、Export Hardware（不用包含比特流文件）、启动Vitis

三、软件设计

可以打开官方提供的私有定时器的示例工程，这里可以选定时器中断的示例工程，方便在设计时进行对照参考。

cs 复制代码

#include "xparameters.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xscutimer.h"
#include "xscugic.h"
#include "xil_exception.h"
#include "sleep.h"

//===========================自定义宏=========================//

#define GPIO_DEVICE_ID  	XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID 		//宏定义GPIO器件ID
#define MIO_LED  	        7						 		//宏定义LED管脚（PS端LED，根据开发板设值，这里对应GPIO MIO 7）

#define INTC_DEVICE_ID		XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID	//宏定义中断控制器（GIC）ID
#define TIMER_DEVICE_ID		XPAR_XSCUTIMER_0_DEVICE_ID      //宏定义TIMER器件ID
#define TIMER_IRPT_INTR		XPAR_SCUTIMER_INTR				//宏定义TIMER中断号（中断ID）

#define TIMER_LOAD_VALUE	0x13DE4354	//定时器计数值（定时器驱动时钟333.333MHz为CPU时钟（默认666.66MHz）一半，周期约3ns，定时1s计数333_333_333 -1 次）

//===========================实例化===========================//

XGpioPs Gpio;		//GPIO示例
XScuGic Intc;		//中断控制器实例
XScuTimer Timer;	//定时器实例

//=======================函数、变量声明=======================//

static void Gpio_Init();        					//GPIO初始化
static void Timer_Intr_Init();  					//定时器中断初始化
static void LED_blink();        					//LED闪烁测试
static void Timer_IntrHandler(void *CallBackRef);	//定时器中断处理函数
static void Setup_Intr_System(XScuGic *intr,  XScuTimer *timer, u16 timer_intr_id);	//建立中断系统

//===========================主函数===========================//

int main()
{
	xil_printf("SCU Timer Interrupt Test! \r\n");
	Gpio_Init(); 		//GPIO初始化
	LED_blink(); 		//LED闪烁测试
	Timer_Intr_Init();  //定时器中断初始化

	while(1)
	return 0;
}

//=====================定时器中断处理函数=====================//
// @param CallBackRef  用户自定义回调参数（对应TIMER实例指针）

void Timer_IntrHandler(void *CallBackRef)
{
	static int led_state = 0;
	//将回调参数转为TIMER实例指针，用于操作硬件（例规范化设计）
	XScuTimer *TimerInstPtr = (XScuTimer *) CallBackRef;

    //打印Debug信息
	xil_printf("Interrupt Detected! \r\n");
	//清除定时器中断标志位
	XScuTimer_ClearInterruptStatus(TimerInstPtr);
	//翻转LED状态值
	led_state = ~led_state;
	//写数据到GPIO引脚（PS端LED）
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED, led_state);

}

//=========================GPIO初始化========================//
void Gpio_Init()
{
	//定义器件ID（指针类型）
	XGpioPs_Config * ConfigPtr;
	//根据器件ID，查找器件配置信息
	ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
	//初始化GPIO的驱动
	XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
	//GPIO方向设置（0输入/1输出）
	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, MIO_LED,  1);
	//设置输出使能（1使能）
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, MIO_LED, 1);
}

//======================定时器中断初始化======================//
void Timer_Intr_Init()
{
	//定义器件ID（指针类型）
	XScuTimer_Config *ConfigPtr;
	//根据器件ID，查找器件配置信息
	ConfigPtr = XScuTimer_LookupConfig(TIMER_DEVICE_ID);
	//初始化定时器的驱动
	XScuTimer_CfgInitialize(&Timer, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);
	//（可选）定时器自检
	int Status = XScuTimer_SelfTest(&Timer);
	if (Status != XST_SUCCESS) { xil_printf("Timer Self Test Error! \r\n"); }

	//建立中断系统（调用函数）
	Setup_Intr_System(&Intc,  &Timer, TIMER_IRPT_INTR);

	//加载计数值（计数上限）
	XScuTimer_LoadTimer(&Timer, TIMER_LOAD_VALUE);
	//使能自动加载模式（计完自动加载计数值，不启用计完一次结束）
	XScuTimer_EnableAutoReload(&Timer);
	//启动定时器
	XScuTimer_Start(&Timer);
}

//=======================建立中断系统=======================//
/* 建立中断系统，UART接收到数据时产生中断
 * @param intr			是指向 XScuGic驱动实例的指针
 * @param timer 		是指向 XScuTimer驱动实例的指针
 * @param timer_intr_id	是TIMER中断ID
 */
void Setup_Intr_System(XScuGic *intr,  XScuTimer *timer, u16 timer_intr_id)
{
    //定义中断控制器配置信息（指针）
	XScuGic_Config * IntcConfig;
	//根据中断控制器ID，查找GIC配置信息
	IntcConfig = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);
	//初始化中断控制器驱动
	XScuGic_CfgInitialize(intr, IntcConfig, IntcConfig->CpuBaseAddress);
    //设置中断异常处理功能
	Xil_ExceptionInit();
	Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,
			(Xil_ExceptionHandler) XScuGic_InterruptHandler,
			(void *) intr);
	//使能处理器中断
	Xil_ExceptionEnable();
	//关联中断处理函数
	XScuGic_Connect(intr, timer_intr_id,
				(Xil_ExceptionHandler) Timer_IntrHandler,
				(void *) timer);
	//使能GIC中的定时器中断
	XScuGic_Enable(intr, timer_intr_id);
	//使能定时器中断
	XScuTimer_EnableInterrupt(timer);
}

//========================LED闪烁测试========================//
void LED_blink()
{
	for(int i=0; i<3; i++)//闪烁3次
	{
		//向GPIO写1 、延时200ms、写0、延时
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED, 1);  usleep(200000);
		XGpioPs_WritePin(&Gpio, MIO_LED, 0);  usleep(200000);
	}
}

四、效果

上板后会先打印测试信息，然后LED灯快速闪烁3次（说明MIO配置无误），此后每秒定时器会产生中断，并将LED的状态翻转，效果为每两秒闪烁一次