arm9时钟及定时器怎么实现

发布时间：2021-12-20 10:45:31 作者：iii
来源：亿速云阅读：150

# ARM9时钟及定时器实现原理与应用

## 1. ARM9时钟系统概述

### 1.1 时钟体系结构
ARM9处理器采用多级时钟树结构：
- **主振荡器(OSC)**: 外部晶振提供基准时钟（典型值4-20MHz）
- **锁相环(PLL)**: 倍频产生CPU核心时钟（可达200MHz+）
- **分频器**: 产生外设时钟（AHB/APB总线等）

```c
// 典型时钟初始化代码示例（以S3C2440为例）
void Clock_Init(void)
{
    // 1. 设置PLL锁定时间
    rLOCKTIME = 0xFFFF;
    
    // 2. 配置MPLL倍频参数
    rMPLLCON = (0x7F << 12) | (0x2 << 4) | 0x1;
    
    // 3. 设置分频比
    rCLKDIVN = 0x03;  // FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4
}

1.2 时钟管理单元

关键寄存器组：

寄存器	功能描述
PLLCON	锁相环控制寄存器
CLKDIVN	时钟分频控制寄存器
LOCKTIME	PLL锁定时间计数器

2. 定时器子系统

2.1 硬件定时器结构

ARM9通常集成4-6个32位通用定时器： - 预分频器(TCFG0): 降低输入时钟频率 - 分频器(TCFG1): 二级分频（1/2,¹⁄₄,¹⁄₈,1/16） - 计数寄存器(TCNTBn): 设置初始值 - 比较寄存器(TCMPBn): PWM模式使用

// 定时器配置流程示例
void Timer_Init(int timer_num, uint32_t interval)
{
    // 1. 设置预分频值
    rTCFG0 = 99;  // Prescaler = 99+1
    
    // 2. 设置分频系数
    rTCFG1 &= ~(0xF << (timer_num*4));
    rTCFG1 |= (0x3 << (timer_num*4));  // 1/16
    
    // 3. 设置初始计数值
    rTCNTB(timer_num) = interval;
    
    // 4. 启动定时器
    rTCON |= (1 << (timer_num*4+1));  // 手动更新
    rTCON = (1 << (timer_num*4)) | (0 << (timer_num*4+1));  // 自动重载
}

2.2 工作模式

间隔定时模式：
- 产生周期性中断
- 用于任务调度、超时检测
PWM输出模式：
- 通过TCMPBn寄存器调节占空比
- 典型应用：电机控制、背光调节
捕获模式：
- 记录外部事件发生时间
- 用于脉冲宽度测量

3. 看门狗定时器

3.1 工作原理

独立时钟源的保护机制： - 递减计数器：超时后产生复位信号 - 喂狗机制：定期写入WTDAT寄存器

// 看门狗配置示例
void WDT_Init(uint32_t timeout)
{
    rWTCON = (0x3 << 3) | (0x1 << 2);  // 分频比1/128
    rWTDAT = timeout;
    rWTCON |= (1 << 5);  // 使能看门狗
}

void WDT_Feed(void)
{
    rWTSTAT = 0x5A00;  // 喂狗操作
}

4. 实时时钟(RTC)

4.1 功能特性

独立供电设计（VBAT引脚）
提供年月日时分秒计时
闹钟中断功能

4.2 寄存器组

寄存器	功能
RTCCON	控制寄存器
TICNT	时间滴答计数器
RTCALM	闹钟控制寄存器

// RTC初始化代码
void RTC_Init(void)
{
    rRTCCON = 0x1;  // 使能RTC控制
    // 设置初始时间...
    rRTCCON = 0x0;  // 禁止写保护
}

5. 软件实现实例

5.1 精确延时实现

void delay_us(uint32_t us)
{
    uint32_t ticks = us * (PCLK/1000000) / (Prescaler+1) / Divider;
    rTCNTB0 = ticks;
    rTCON |= (1 << 1);  // 手动更新
    rTCON = (1 << 0) | (0 << 1);  // 启动定时器
    
    while(!(rTINTSTAT & 0x1));  // 等待中断标志
    rTINTSTAT = 0x1;  // 清除标志
}

5.2 PWM波形生成

void PWM_Init(uint32_t freq, float duty)
{
    uint32_t period = PCLK / freq;
    uint32_t cmp = period * (1 - duty);
    
    rTCFG0 = 0x0;  // 不分频
    rTCFG1 = 0x0;  // 不分频
    rTCNTB1 = period;
    rTCMPB1 = cmp;
    rTCON = (1 << 9) | (1 << 8);  // 自动重载，逆变器OFF
    rTCON = (1 << 11) | (1 << 9);  // 启动定时器
}

6. 性能优化技巧

时钟配置优化：
- 动态调整CPU频率（DVFS）
- 外设时钟门控技术
定时器使用建议：
- 高精度定时使用专用Timer0
- 低频任务使用看门狗定时器
- 中断服务程序尽量简短

低功耗设计：

void Enter_LowPower(void)
{
   rCLKCON |= (1 << 3);  // 进入慢速模式
   asm("WFI");  // 等待中断
}

7. 常见问题排查

时钟不稳定：
- 检查晶振负载电容
- 验证PLL锁定状态
定时器不准：
- 确认时钟源选择
- 检查分频系数设置
中断不触发：
- 验证中断使能位（INTMSK）
- 检查中断服务函数绑定

结语

ARM9的时钟和定时器系统为嵌入式应用提供了精确的时间基准和控制能力。通过合理配置PLL、分频器和定时器参数，开发者可以实现从微秒级延时到长时间计时的各种功能。实际开发中需特别注意电源管理、中断响应等关键因素，以确保系统稳定高效运行。 “`

注：本文以S3C2440为例，实际开发请参考具体芯片手册。完整实现需结合： 1. 启动文件中的时钟初始化 2. 中断向量表配置 3. 外设驱动库函数