By Toradex秦海
1). 簡介
NXP i.MX8 系列處理器均為異構(gòu)多核架構(gòu) SoC弛槐，除了可以運(yùn)行 Linux 等復(fù)雜操作系統(tǒng)的 Cortax-A 核心，還包含了可以運(yùn)行實時操作系統(tǒng)比如 FreeRTOS 的 Cortex-M 核心醉箕，本文就演示通過 NXP i.MX8MM 處理器集成的 Cortex-M4 核心來運(yùn)行 GPT (General Purpose Timer) 輸入采集功能模塊的測試。
I.MX8M Mini 處理器 GPT 模塊硬件比較簡單脓恕，如下框圖躬拢，可以實現(xiàn) Capture 捕獲輸入功能和 Compare 定時輸出功能。
本文所演示的ARM平臺來自于Toradex 基于NXP i.MX8M Mini ARM處理器的Verdin iMX8MM ARM嵌入式平臺念秧。
2. 準(zhǔn)備
a). Verdin i.MX8MMARM核心版配合Verdin Development Board淤井，連接調(diào)試串口（載板X66）到開發(fā)主機(jī)方便調(diào)試，X66 連接了4個串口摊趾，其中第三個是 Cortex-M4 核心的默認(rèn)調(diào)試串口币狠，第四個是 Cortex-A53 核心的默認(rèn)調(diào)試串口。
b). 為了測試 GPT 輸入捕獲砾层， 相應(yīng)的需要一個PWM 波發(fā)生設(shè)備漩绵，這里使用Toradex 基于NXP i.MX8M Plus ARM處理器的Verdin i.MX8MP核心板配合Dahlia Board作為PWM output使用。同樣連接調(diào)試串口（載板X18）到開發(fā)主機(jī)方便調(diào)試肛炮。
c). Verdin i.MX8MP Cortex-A53 核心系統(tǒng)使用Toradex Yocto Linux BSP6, 更多說明請參考這里止吐。
d). 參考如下將 Verdin i.MX8MP PWM1 連接到 Verdin i.MX8MM GPT1 Capture 管腳，同時為了阻斷載板其他電路干擾侨糟，將 Verdin Development Board X6 Pin_24 的跳線帽去掉碍扔。
Dahlia Board X20 Pin_9 -> Verdin Development Board X5Pin_24 SODIMM_252
3). Verdin?i.MX8MM M4核心FreeRTOS基本資料
a). Verdin i.MX8MM?HMP(Heterogeneous Multi-core Processing) 架構(gòu)基本說明請參考如下：
https://developer.toradex.cn/software/cortex-m/hmp-memory-areas-on-toradex-soms/?
b). 參考如下說明下載配置NXP 用于開發(fā) Cortex-M 核心的 MCUXpresso SDK
https://developer.toradex.cn/software/cortex-m/setting-up-sdk-toolchain/?
c). Verdin i.MX8MM 編譯運(yùn)行 M4 firmware 操作流程請參考如下文章
d). MCUXpresso SDK 包含的 sample 示例應(yīng)用可以參考如下 SDK 源位置
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$cd <SDK_root>/boards/evkmimx8mm/
$ tree -L 2
.
├── cmsis_driver_examples
│?? ├── ecspi
│?? ├── enet
│?? ├── i2c
│?? └── uart
├── demo_apps
│?? ├── hello_world
│?? └── sai_low_power_audio
├── driver_examples
│?? ├── ecspi
│?? ├── enet
│?? ├── gpio
│?? ├── gpt
│?? ├── i2c
│?? ├── pdm
│?? ├── pwm
│?? ├── rdc
│?? ├── sai
│?? ├── sdma
│?? ├── sema4
│?? ├── tmu
│?? ├── uart
│?? └── wdog
├── evkmimx8mm.png
├── freertos_examples
│?? ├── freertos_event
│?? ├── freertos_generic
│?? ├── freertos_hello
│?? ├── freertos_mutex
│?? ├── freertos_queue
│?? ├── freertos_sem
│?? ├── freertos_swtimer
│?? └── freertos_tickless
├── multicore_examples
│?? ├── rpmsg_lite_pingpong_rtos
│?? └── rpmsg_lite_str_echo_rtos
└── project_template
├── board.c
├── board.h
├── BOARD_Project_Template_evkmimx8mm.cmake
├── clock_config.c
├── clock_config.h
├── peripherals.c
├── peripherals.h
├── pin_mux.c
└── pin_mux.h
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4). Verdin i.MX8MM?Cortex-M4核心FreeRTOS GPT Capture示例驅(qū)動開發(fā)
a). Verdin i.MX8MM MCUXpresso SDK 已經(jīng)包含一個簡單的 GPT Capture sample驅(qū)動，本文基于此sample 進(jìn)行修改測試秕重。
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$cd <SDK_root>/boards/evkmimx8mm/driver_examples/gpt/capture
$ tree -L 1
.
├── armgcc
├── board.c
├── board.h
├── clock_config.c
├── clock_config.h
├── empty_rsc_table.c
├── fsl_iomuxc.h
├── gpt_capture.c
├── gpt_capture_v3_14.xml
├── pin_mux.c
├── pin_mux.h
└── readme.md
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b). 首先先確認(rèn)?pin_mux 定義以及其他i.MX8MM 初始化基本配置不同，如果需要可以進(jìn)行修改
./ pin_mux.h/pin_mux.c 用于確定項目中使用的管腳定義，本文中使用的正好就是示例默認(rèn)的 GPT1 Capture1 管腳，因此無需修改二拐。如果用到其他管腳服鹅，就需要進(jìn)行修改，支持的所有管腳定義可以參考 fsl_iomuxc.h 文件卓鹿。
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/* FUNCTION ************************************************************************************************************
*
* Function Name : BOARD_InitPins
* Description ??: Configures pin routing and optionally pin electrical features.
*
* END ****************************************************************************************************************/
void BOARD_InitPins(void) { ???????????????????????????????/*!< Function assigned for the core: Cortex-M4[m4] */
????IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_SAI3_RXFS_GPT1_CAPTURE1, 0U);
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_RXD_UART4_RX, 0U);
...
-----------------------------
./ board.h/board.c 用于 i.MX8MM M4 核心基本初始化配置菱魔，本文不做修改留荔。
./ clock_config.h/clock_config.c 用于 i.MX8MM M4 核心基本時鐘配置吟孙，本文不做修改。
c). GPT Capture 功能實現(xiàn)
./ 本文 GPT Capture 功能定義
GPT1 capture1 管腳輸入一個給定頻率（如 1k Hz ）和占空比（如 ?50% ） 的PWM 信號聚蝶，通過捕獲輸入上升/下降沿中斷杰妓，分別獲得相鄰兩次中斷的 GPT Counter 計數(shù)器的計數(shù)，并以此來計算輸入 PWM 信號的半波周期碘勉。
./ GPT Capture 功能基本都是通過 gpt_capture.c 文件代碼來實現(xiàn)巷挥，默認(rèn) sample 是捕獲上升沿中斷后，打印中斷當(dāng)時的 GPT Counter 計數(shù)數(shù)值验靡。
./ 為了實現(xiàn)本文定義的捕獲功能倍宾，首先增加如下全局變量定義
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/*******************************************************************************
* Variables
******************************************************************************/
volatile bool gptIsrFlag_Start = false;
volatile bool gptIsrFlag_Finish = false;
volatile uint8_t gptIsrFlag_Overflow = 0;
volatile uint32_t captureVal = 0;
volatile uint32_t captureVal_Last = 0;
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// gptIsrFlag_Start 定義為第一次捕獲中斷開始標(biāo)志
// gptIsrFlag_Finish 定義為第二次捕獲中斷結(jié)束標(biāo)志
// gptIsrFlag_Overflow 定義為 GPT Counter 溢出標(biāo)志計數(shù)
// captureVal 定義為第二次中斷 GPT Counter 數(shù)值
// captureVal_Last 定義為第一次中斷 GPT Counter 數(shù)值
./ GPT Interrupt 函數(shù)修改如下：
首先處理計數(shù)器溢出情況，如果中斷發(fā)生時候已經(jīng)發(fā)生溢出胜嗓，則增加gptIsrFlag_Overflow 溢出標(biāo)志計數(shù)的數(shù)值高职；然后通過 gptIsrFlag_Start / gptIsrFlag_Finish 標(biāo)志位來分別處理第一次和第二次中斷，獲取第一次和第二次中斷時候的 GPT Counter 數(shù)值辞州，同時分別翻轉(zhuǎn) GPT Capture Interrupt 模式怔锌。
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void EXAMPLE_GPT_CAPTURE_IRQHandler(void)
{
/* GPT Counter Overflow processing */
if (GPT_GetStatusFlags(DEMO_GPT_BASE, kGPT_RollOverFlag) != false)
{
if (gptIsrFlag_Start == true)
{
gptIsrFlag_Overflow ++;
}
GPT_ClearStatusFlags(DEMO_GPT_BASE, kGPT_RollOverFlag);
}
if (GPT_GetStatusFlags(DEMO_GPT_BASE, kGPT_InputCapture1Flag) != false)
{
if(gptIsrFlag_Finish != true)
{
/* First time IRQ */
if (gptIsrFlag_Start == false)
{
captureVal_Last = GPT_GetInputCaptureValue(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL);
/* Switch Interrupt mode to falling edge */
GPT_SetInputOperationMode(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL, kGPT_InputOperation_FallEdge);
gptIsrFlag_Start = true;
}
/* Second time IRQ */
else
{
captureVal = GPT_GetInputCaptureValue(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL);
/* Switch Interrupt mode to rising edge */
GPT_SetInputOperationMode(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL, kGPT_InputOperation_RiseEdge);
gptIsrFlag_Start = false;
gptIsrFlag_Finish = true;
}
}
GPT_ClearStatusFlags(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_CHANNEL_FLAG);
}
SDK_ISR_EXIT_BARRIER;
}
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./ Main 主函數(shù)修改如下：
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int main(void)
{
? ? uint64_t int_Peroid = 0;
? ? ? ? uint32_t time_Ms = 0;
? ? ? ? uint32_t time_Us = 0;
gpt_config_t gptConfig;
...
GPT_GetDefaultConfig(&gptConfig);
????/* Initialize GPT module */
????GPT_Init(DEMO_GPT_BASE, &gptConfig);
...
/* Setup input capture on a gpt channel */
GPT_SetInputOperationMode(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL, kGPT_InputOperation_RiseEdge);
...
/* Enable GPT Overflow interrupt */
GPT_EnableInterrupts(DEMO_GPT_BASE, kGPT_RollOverFlagInterruptEnable);
...
while (true)
????{
????????/* Check whether occur 2nd interupt */
????????if (true == gptIsrFlag_Finish)
????????{
????????????/* GPT counter diff value between 2 IRQs */
????????????int_Peroid = gptIsrFlag_Overflow * (uint64_t) 0xffffffff;
????????????int_Peroid = int_Peroid + captureVal;
????????????int_Peroid = int_Peroid - captureVal_Last;
????????????/* transfer counter value to peroid */
????????????time_Us = (uint32_t) ((int_Peroid / 24) % 1000);
????????????time_Ms = (uint32_t) ((int_Peroid / 24) / 1000);
????????????PRINTF("\r\n interval between 2 rising edge =%u ms and %u us\r\n", time_Ms, time_Us);
????????????gptIsrFlag_Overflow = 0;
????????????gptIsrFlag_Finish = false;
????????}
????????else
????????{
????????????__WFI();
????????}
????}
}
-----------------------------
// 通過 GPT_GetDefaultConfig函數(shù)獲取默認(rèn)的GPT Capture 配置催束，參考 docs 目錄下的 MCUXpresso SDK API Reference Manual_MIMX8MM6.pdf 文檔冈敛，可以查到默認(rèn)配置如下懊纳，如果需要也可以修改這個配置
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config->clockSource = kGPT_ClockSource_Periph;
config->divider = 1U;
config->enableRunInStop = true;
config->enableRunInWait = true;
config->enableRunInDoze = false;
config->enableRunInDbg = false;
config->enableFreeRun = false;
config->enableMode = true;
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// 通過 GPT_SetInputOperationMode函數(shù)將GPT Capture 模式初始配置為上升沿觸發(fā)
// 為了處理 GPT Counter Overflow叉抡，使能對應(yīng)中斷
// while 函數(shù)循環(huán)執(zhí)行當(dāng) ?gptIsrFlag_Finish第二次中斷采集結(jié)束標(biāo)志位聲明后备恤，打印捕獲的輸入PWM 波的半波周期型檀。如果有溢出發(fā)生躯嫉，則需要考慮增加相應(yīng)的 0xffffffff 溢出計數(shù)次數(shù)壶唤。這里需要說明下崭孤，由于 NXP iMX8MM SoC 也受到如下 Errata 影響楞件，因此 GPT Clock Source 只能使用內(nèi)部 24M Hz 時鐘源，所以這里直接使用 24M 來算出半波周期是多少 ms 和 us 裳瘪。
https://www.nxp.com.cn/docs/en/errata/IMX8X_C0_0N99Z_ER.pdf?
5).Verdin i.MX8MM?Cortex-M4核心FreeRTOS GPT Capture示例部署測試
a). 將上述修改后的項目參考章節(jié)3 的相關(guān)資料編譯后土浸，復(fù)制 gpt_capture.bin 可執(zhí)行文件到 Verdin i.MX8MM 核心板 Linux /home/root 目錄下保存。
b). 對Verdin i.MX8MM 模塊進(jìn)入 U-boot 命令行彭羹，通過如下命令配置 Cortex-M4 核心 Firmware 下載和運(yùn)行
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# setenv load_cmd "ext4load mmc 0:2"
#setenv m4image "/home/root/gpt_capture.bin"
> setenv m4image_size 17000
> setenv loadm4image "${load_cmd} ${loadaddr} ${m4image}"
> setenv m4boot "${loadm4image}; cp.b ${loadaddr} 0x7e0000 ${m4image_size}; dcache flush; bootaux 0x7e0000"
> saveenv
> run m4boot
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c). Verdin i.MX8MM Cortex-M4 核心運(yùn)行后其調(diào)試串口打印信息
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GPT input capture example
Once the input signal is received the input capture half peroid is printed
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d). 此時在Verdin i.MX8MP 平臺通過如下腳本使能 1kHz 50% 占空比 PWM 輸出 10s 時間
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#!/bin/sh
cd /sys/class/pwm/pwmchip0/
echo 0 > export
echo 1000000 > pwm0/period
echo 500000 > pwm0/duty_cycle
echo "normal" > pwm0/polarity
echo 1 > pwm0/enable
sleep 10
echo 0 > pwm0/enable
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e). 這時Verdin i.MX8MM Cortex-M4 調(diào)試串口就會打印出對應(yīng)的半波周期
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...
Input Capture Half Period Value = 0ms and 500us
Input Capture Half Period Value = 0ms and 500us
Input Capture Half Period Value = 0ms and 500us
Input Capture Half Period Value = 0ms and 500us
...
-----------------------------
f). 嘗試將Verdin i.MX8MP PWM 修改為 10kHz 80%/20% 占空比
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...
echo 100000 > pwm0/period
echo 80000 > pwm0/duty_cycle
...
-----------------------------
g). Verdin i.MX8MM Cortex-M4 輸出周期會對應(yīng)變化
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Input Capture Half Period Value = 0ms and 80us
Input Capture Half Period Value = 0ms and 80us
Input Capture Half Period Value = 0ms and 80us
Input Capture Half Period Value = 0ms and 80us
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h). 最后黄伊，由于Verdin i.MX8MM GPT1 CAPTURE1 管腳在 Cortex-A53 核心 Linux 下默認(rèn)是用于 WAKEUP GPIO 使用，如果需要同時運(yùn)行 Verdin i.MX8MM Cortex-A53 核心和 Cortex-M4 核心派殷，就需要在 Linux device-tree 文件中將 WAKEUP gpio-key 功能替換為其他 GPIO 管腳資源还最。
6). 總結(jié)
本文簡單示例了基于i.MX8MM?Cortex-M4 核心GPT Capture 功能供參考墓阀。
