嵌入式硬件——基于IMX6ULL的GPT(通用定时器)实现

GPT(通用定时器)部分实现步骤

GPT(General Purpose Timer)是 I.MX6ULL 芯片的通用定时器外设,核心用于实现高精度延时(us 级 /ms 级),其本质是 32 位向上计数器,支持多种时钟源和运行模式。

一、GPT 核心原理认知(实现基础)

在开始代码实现前,需明确 GPT 的核心特性与关键参数,确保配置符合需求:

计数模式:32 位向上计数(从 0x00000000 递增至 0xFFFFFFFF,溢出后回滚到 0);

时钟源选择:支持ipg_clk(66MHz,默认使用)、ipg_clk_32k、ipg_clk_highfreq等,本次选择ipg_clk;

分频器:12 位可编程分频(0~4095 对应 1~4096 分频),需配置为66 分频(66MHz / 66 = 1MHz),使计数器每计数 1 次对应 1us,简化延时计算;

运行模式:选择free-run 模式(计数器溢出后从 0 重新计数,不依赖比较寄存器复位,适合持续延时);

关键寄存器:

GPTx_CR:控制寄存器(复位、时钟源、运行模式、使能);

GPTx_PR:分频寄存器(设置分频值);

GPTx_CNT:计数寄存器(读取当前计数值,用于延时判断)。

二、GPT 初始化配置(核心步骤)

初始化的目标是将 GPT 配置为 1MHz 计数频率的自由运行模式,具体步骤如下:

步骤 1:关闭 GPT 并复位

目的:确保初始化前 GPT 处于默认状态,避免残留配置影响;

寄存器操作:

清零GPT1->CR(控制寄存器),关闭 GPT 并清除所有配置;

置位GPT1->CR的SWR位(bit15),触发软件复位;

等待复位完成:循环判断GPT1->CR的SWR位是否清零(复位完成后硬件自动清 0)。

代码示例:

c 复制代码
GPT1->CR = 0;                  // 关闭GPT,清除所有配置  
GPT1->CR |= (1 << 15);         // 置位SWR,触发软件复位  
while((GPT1->CR & (1 << 15)) != 0);  // 等待复位完成(SWR位自动清0)  

步骤 2:配置运行模式与时钟源

目的:选择free-run模式和ipg_clk时钟源,确保计数器持续自由计数;

寄存器操作:

置位GPT1->CR的FRR位(bit9):选择 free-run 模式(计数器溢出后从 0 重新计数);

置位GPT1->CR的CLKSRC位(bit6):选择ipg_clk为时钟源(CLKSRC=0b001,对应 66MHz)。

代码示例:

c 复制代码
GPT1->CR |= ((1 << 9) | (1 << 6));  // FRR=1(free-run),CLKSRC=1(ipg_clk)  

步骤 3:配置分频器(实现 1MHz 计数频率)

目的:将 66MHz 的ipg_clk分频为 1MHz,使计数器每计数 1 次对应 1us,简化延时计算;

寄存器操作:

GPT1->PR(分频寄存器):12 位分频值,配置为65(对应 66 分频,66MHz / 66 = 1MHz);

分频值计算:分频值 = 目标分频系数 - 1(如 66 分频需设置为 65)。

代码示例:

c 复制代码
GPT1->PR = 65;  // 66分频,66MHz / 66 = 1MHz(1us/计数)  

步骤 4:使能 GPT

目的:启动 GPT 计数器,开始向上计数;

寄存器操作:置位GPT1->CR的EN位(bit0),使能 GPT。

代码示例:

c 复制代码
GPT1->CR |= (1 << 0);  // 使能GPT,计数器开始工作  

初始化函数完整封装

将上述步骤封装为init_gpt1函数,供主程序调用:

c 复制代码
#include "gpt.h"  
#include "MCIMX6Y2.h"  

void init_gpt1(void)  
{  
    // 步骤1:关闭GPT并软件复位  
    GPT1->CR = 0;  
    GPT1->CR |= (1 << 15);                // 触发复位  
    while((GPT1->CR & (1 << 15)) != 0);    // 等待复位完成  

    // 步骤2:配置运行模式(free-run)和时钟源(ipg_clk)  
    GPT1->CR |= ((1 << 9) | (1 << 6));  

    // 步骤3:配置分频器(66分频,1MHz计数频率)  
    GPT1->PR = 65;  

    // 步骤4:使能GPT  
    GPT1->CR |= (1 << 0);  
}  

三、基于 GPT 的高精度延时函数实现

GPT 初始化完成后,计数器以 1MHz 频率计数(1us / 次),可通过读取GPT1->CNT(当前计数值)实现 us 级和 ms 级延时(对应代码:delay.c的delayus和delayms函数)。

us 级延时(delayus)

核心逻辑:

记录延时开始时的初始计数值(old_counter);

循环读取当前计数值(new_counter),计算计数差值(需处理计数器溢出:new_counter < old_counter时,差值为0xFFFFFFFF - old_counter + new_counter);

累加计数差值,当累加值≥目标延时 us 数时,退出循环。

代码实现:

c 复制代码
#include "delay.h"  
#include "MCIMX6Y2.h"  

void delayus(unsigned int n)  // n:目标延时微秒数  
{  
    unsigned int counter = 0;        // 累加的总计数(对应总延时us)  
    unsigned int old_counter, new_counter;  

    old_counter = GPT1->CNT;        // 记录初始计数值  
    while (1)  
    {  
        new_counter = GPT1->CNT;    // 读取当前计数值  
        if (new_counter != old_counter)  // 计数值变化时计算差值  
        {  
            if (new_counter > old_counter)  
            {  
                // 无溢出:差值 = 新值 - 旧值  
                counter += new_counter - old_counter;  
            }  
            else  
            {  
                // 有溢出:差值 = 0xFFFFFFFF - 旧值 + 新值  
                counter += 0xFFFFFFFF - old_counter + new_counter;  
            }  

            // 累加计数≥目标延时,退出  
            if (counter >= n)  
            {  
                break;  
            }  
            old_counter = new_counter;  // 更新旧值,准备下一次计算  
        }  
    }  
}  

ms 级延时(delayms)

核心逻辑:

基于delayus实现,1ms = 1000us,循环调用delayus(1000)即可。

代码实现:

c 复制代码
void delayms(unsigned int n)  // n:目标延时毫秒数  
{  
    while (n--)  
    {  
        delayus(1000);  // 每次延时1000us(1ms)  
    }  
}  

四、GPT 的使用与验证

在主程序中,需先初始化 GPT,再调用延时函数,确保延时精度。

典型使用流程

初始化系统时钟(init_clock):确保ipg_clk为 66MHz(GPT 时钟源依赖);

初始化 GPT(init_gpt1):完成上述配置;

调用延时函数(delayus/delayms)实现高精度延时。

代码示例(参考main.c):

c 复制代码
#include "led.h"  
#include "beep.h"  
#include "MCIMX6Y2.h"  
#include "key.h"  
#include "interrupt.h"  
#include "clock.h"  
#include "epit.h"  
#include "gpt.h"  
#include "delay.h"  

int main(void)  
{  
    init_clock();        // 初始化系统时钟(确保ipg_clk=66MHz)  
    system_interrupt_init();  // 中断初始化(非GPT必需,按需添加)  
    init_beep();         // 蜂鸣器初始化  
    init_led();          // LED初始化  
    init_gpt1();         // GPT初始化(关键:启动1MHz计数器)  

    while(1)  
    {  
        led_nor();       // LED状态翻转  
        beep_nor();      // 蜂鸣器状态翻转  
        delayms(1000);   // GPT实现1000ms(1秒)延时  
    }  
    return 0;  
}  

五、关键注意事项

时钟源依赖 :GPT 的ipg_clk来自系统时钟,需先通过init_clock配置系统时钟(确保ipg_clk=66MHz),否则分频后频率异常,导致延时不准;
溢出处理 :delayus必须处理计数器溢出(new_counter < old_counter),否则当GPT1->CNT从 0xFFFFFFFF 回滚到 0 时,会导致延时计算错误;
分频值计算:若需调整计数频率,需重新计算GPT1->PR(如需 2MHz 频率,分频值 = 66/2 -1=32),但需确保分频后频率与延时函数的时间换算匹配(如 2MHz 对应 0.5us / 计数,需修改delayus的计数累加逻辑)。

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