新手自学嵌入式 | 学习日记：EPIT/GPT定时器、输入捕获与PWM、UART通信与Modbus协议

今天的学习围绕着嵌入式系统中极其重要的两个外设：定时器 和串口（UART）。从用定时器实现精准延时和按键消抖，到利用输入捕获和输出比较控制电机，再到多机通信的Modbus协议与硬件流控，信息量很大，梳理一下今天的核心知识点。

一、定时器双雄：EPIT与GPT

在IMX6ULL中，常用的定时器有EPIT和GPT，它们的计数机制和应用场景大不相同。

1. 什么是EPIT？

EPIT (Enhanced Periodic Interrupt Timer) 是增强型周期中断定时器。

特性：它是一个 32位自减型 定时器（计数器从设定值递减到0）。默认时钟源通常是 24MHz（也有32.768kHz的RTC提供低速时钟）。
工作模式：
- Free-Running Mode (自由运行模式) ：计数器从 0xFFFFFFFF 开始往下减，减到0后自动重装载 0xFFFFFFFF，循环往复，永不停止。图示中的抛物线很好地展示了这种溢出（0xFFFFFFFF -> 0x00000000）。
- Set and Forget Mode (设置-遗忘模式)：减到0后触发中断，或者停止，或者重新加载初始设定值，只需配置一次即可。
应用：常用来提供系统的系统滴答定时（如Linux内核的时钟节拍）、精准的延时函数等。

2. 什么是GPT？

GPT (General Purpose Timer) 是通用定时器。

特性：它是一个 32位自增型 定时器（计数器从0向上递增，直到 0xFFFFFFFF）。
应用：除了基础的定时中断功能，GPT最强大的地方在于它拥有输入捕获 和输出比较通道。

3. 什么是输入捕获和输出比较？（Q4解答）

输入捕获 (Input Capture) ：从某个引脚捕获两次电平跳变（如上升沿、下降沿）之间的时间间隔。通过捕获定时器当前的计数值，可以算出脉冲宽度、频率。应用场景：检测电机转速（图示中：4个脉冲、1000个脉冲、250圈，通过计算脉冲频率得出转速）。
输出比较 (Output Compare) ：定时器的计数值与设定的比较值相等时，自动翻转引脚电平。应用场景：输出指定频率和占空比的方波（PWM），用于控制电机转速、调节LED亮度等。

⏱️ 避坑小记（时间溢出问题） ：

在计算两次捕获的时间差时，如果遇到自由运行模式溢出（0xFFFFFFFF -> 0x00000000），直接 new - old 会出错。必须判断：如果 new < old，说明发生了溢出，时间差 = (0xFFFFFFFF - old) + new。

二、按键消抖与延时函数

硬件消抖 ：并联一个电容。利用电容阻断直流、导通交流的特性，将按键按下瞬间产生的机械抖动毛刺滤除。
软件消抖 ：使用定时器延时。图片中的 void delayus(unsigned int n) 内部空循环 while(1){} 虽然能实现延时，但在现代处理器中极其不精准，且浪费CPU。实际开发中应使用EPIT配置精准的微秒级延时。

三、 UART通信与Modbus协议

1. 什么是UART？

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 是通用异步收发传输器。它是一种异步（没有时钟线，依靠约定的波特率同步）、全双工（发送和接收独立）的串行通信接口。

常用参数 ：图示中的 115200 8 N 1 即：波特率115200，8个数据位，无校验（None），1个停止位。

2. Modbus 通信拓扑

图中的"单主机多从机拓扑 Modbus"是工业控制最常用的协议。

架构：一个 Master (IMX6ULL) 连接多个 Slave (IMX6ULL)。主节点轮询发送，从节点应答。
抗干扰与校验 ：在强干扰、强电场环境下，数据极易出错。Modbus常用累加和校验、奇偶校验、CRC校验来保证数据完整性。
自动检测从机地址：每个从机有唯一ID，主节点发报文带上ID，只有匹配的从机才会响应。

3. 流控 (Flow Control)

防止接收方缓冲区溢出导致丢包。

RTS_B (Request To Send)：请求发送。告诉对方，"我这边的接收缓冲区准备好了，你可以发数据了"。
CTS_B (Clear To Send)：清除发送（允许发送）。告诉对方，"我这边的接收缓冲区满了，暂停发送数据"。

四、 UART 代码实现（核心框架）

结合IMX6ULL的寄存器思想，这里整理一份UART初始化和收发代码的逻辑框架（基于裸机寄存器操作）：

复制代码

// 1. UART 初始化函数
void uart_init(void)
{
    // (1) 配置UART的时钟源 (CCM模块)
    // 比如：设置UART1时钟源为PLL3/6 或者 80MHz

    // (2) 配置引脚复用 (IOMUXC)
    // 将对应的引脚配置为 UART1_TX 和 UART1_RX 功能
    // 配置电气属性（如驱动能力、上下拉等）

    // (3) 配置UART控制器寄存器
    // 1. 关闭UART：UART1->UCR1 &= ~(1 << 0);
    // 2. 配置波特率：设置 UART1->UFCR (参考时钟分频), UART1->UBIR, UART1->UBMR
    // 3. 配置数据格式：UART1->UCR2 (8位数据，无校验，1停止位)
    // 4. 使能UART：UART1->UCR1 |= (1 << 0);
}

// 2. 发送一个字符
void putc(unsigned char c)
{
    // 等待发送缓冲区为空
    while (!(UART1->USR2 & (1 << 3))); // USR2_TXDC位
    // 将数据写入发送寄存器
    UART1->UTXD = c;
}

// 3. 发送字符串
void puts(char *str)
{
    while (*str)
    {
        putc(*str++);
    }
}

// 4. 接收一个字符 (轮询方式)
unsigned char getc(void)
{
    // 等待接收数据就绪
    while (!(UART1->USR2 & (1 << 0))); // USR2_RDR位
    // 读取接收寄存器
    return (unsigned char)(UART1->URXD & 0xFF);
}

今日总结与反思

今天的内容非常硬核。

EPIT 和GPT各有千秋，理解了定时器的本质就是"数数"，输入捕获算频率，输出比较发PWM，电机的测速和控制就迎刃而解了。
UART通信看似简单（两根线TX/RX），但背后的Modbus多机协议和硬件流控（RTS/CTS）才是工业级应用的精髓。
代码实现上，寄存器操作虽然繁琐，但把底层逻辑理清楚后，再去看库函数或Linux驱动，就能一眼看穿其本质。