S3C2410系统时钟和定时器.doc

S3C2410系统时钟和定时器S3C2410系统时钟和定时器(2011-05-26 08：59)主机环境：UBUNTU10.04LTS+arm-linux-gcc 2.95.3开发板环境：EdukitIII实验箱+s3c2410子板问题描述：首先初始化S3C2410系统时钟，然后通过定时器中断来控制LED的点亮、熄灭情况【1.系统时钟硬件原理】EdukitIII实验箱上一共有两个时钟，都是通过外接晶振实现，一个是实时时钟RTC，主要为系统计时使用，其晶振X101频率为32.768 kHz；另一个是系统时钟，为硬件设备提供时钟信号使用，其晶振X102为12MHz，系统时钟都是在X102的基础上通过时钟寄存器的控制来生成不同的时钟信号，为不同的硬件设备提供工作时钟信号。S3C2410的时钟控制逻辑可以外接晶振，然后通过内部的电路产生时钟源，也可以直接使用外部提供的时钟源，通过引脚设置来选择。时钟逻辑为整个系统提供3种时钟：FCLK用于CPU核；HCLK用于AHB总线上的设备，如存储控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA、USB主机模块等；PCLK用于APB总线上的设备，如WATCHDOG、IIS、I2C、PWM定时器、MMC接口、ADC、UART、GPIO、RTC、SPI等。开发板上的外接时钟(晶振X102为12MHz)通过相位锁相环(PLL)电路来提高频率，S3C2410有两个PLL，一个MPLL，用于设置FCLK、HCLK、PCLK；另一个为UPLL，用于USB设备。上电时，PLL没有启动，FCLK等于外部输入时钟Fin，若要提高系统频率，通过软件来启用PLL(设置相关寄存器)，图1为PLL上电后的启动过程图1上电后MPLL的启动过程图中的OSC即是外接晶振X102，频率为12MHz，上电后需要等待一段时间(Lock Time)，MPLL才能输出稳定，Lock Time的值由寄存器LOCITIME设置。Lock Time之前，FCLK=Fin,Lock Time之后，MPLL输出正常，CPU工作在新的FCLK之下。启动S3C2410的MPLL，要设置3个相关寄存器：1.LOCITIME寄存器，用于设置Lock Time的长度，地址和各位含义如图2所示图2 LOCKTIME地址和各位含义LOCKTIME0：11用于设置MPLL的Lock Time，LOCKTIME12：23用于设置UPLL的Lock Time,使用默认值0x00FFFFFF即可。2.MPLLCON寄存器(Main PLL Control)：用于设置FCLK与Fin的倍数，地址和各位含义如图3所示图3 MPLLCON地址和各位含义MPLLCON0：1称为SDIV，MPLLCON4：9称为PDIV，MPLLCON12：19称为MDIV，FCLK的计算公式如下：S3C2410：MPLL(FCLK)=(m*Fin)/(p*2s)S3C2410：MPLL(FCLK)=(2*m*Fin)/(p*2s)其中：m=MDIV+8,p=PDIV+2,s=SDIV对于本开发板，Fin=12MHz(晶振X102的频率)本例要产生的FCLK为200MHz，因此MDIV=0x5C=92；PDIV=0x04=4；SDIV=0x00=0，所以m=100,p=6,s=0,把Fin=12MHz代入S3C2410的MPLL(FCLK)计算公式，可以得到FCLK=200MHz，因此该寄存器的值可以设置为(0x5c 12)|(0x04 4)|(0x00)。图4是一些常用的PLL值，设置MPLLCON寄存器时可以参考该表。图4：MPLLCON常用设置值3.CLKDIVN寄存器，用于设置FCLK、HCLK、PCLK的比例，地址和各位含义如图5所示图5 CLKDIVN地址和各位含义HDIVN1=CLKDIVN2=0，表示保留，HDIVN1=CLKDIVN2=1，表示FCLK：HCLK：PCLK=1：4：4，此时HDIVN和PDIVN均要设置为0。HDIVN=CLKDIVN1=0，表示HCLK=FCLK，HDIVN=CLKDIVN1=1，表示HCLK=FCLK/2；PDIVV=CLKDIVN0=0，表示PCLK=HCLK，PDIVV=CLKDIVN0=1，表示PCLK=FCLK/2。对于本例程，要求FCLK：HCLK：PCLK=1：2：4，所以CLKDIVN0：2=0b110=0x3。如果HDIVN=1，那么CPU要从fast bus mode转换为asynchronous bus mode，可以通过如下指令完成：mrc p15,0,r1,c1,c0,0n/*读出控制寄存器*/orr r1,r1,0xc 0000000n/*设置为asynchronous bus mode*/mcr p15,0,r1,c1,c0,0n/*写入控制寄存器*/【2.PWM定时器硬件原理】S3C2410共有5个16位的定时器，其中定时器0、1、2、3具有脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)功能，它们都有一个输出引脚TOUTi，可以通过定时器来控制输出引脚周期性的高、低电平变化，定时器4没有输出引脚，定时器结构如图6所示图6 PWM定时器结构图PWM定时器使用的时钟是PCLK，先通过两个8位的预分频器(使用TCFG0寄存器来设置)降低频率，定时器0、1公用一个预分频器，定时器2、3、4公用第二个预分频器。预分频器的输出进入到第二级分频器，可以产生2分频、4分频、8分频、16分频或者外部时钟TCLK0/TCLK1，每个定时器的工作频率可以从这5种频率中选择(使用TCFG1寄存器来设置)。PWM定时器工作流程如下：参考图7图7 PWM定时器操作流程(1).定时器有TCMPBn、TCNTBn寄存器，用于设置定时器n的初始比较值和初始计数值(2).然后设置TCONn寄存器启动定时器n，TCMPBn、TCNTBn寄存器的值分别装入TCMPn、TCNTn寄存器，TCMPn、TCNTn是定时器内部寄存器,在定时器n的工作频率下，TCNTn开始减1计数，其值可以通过读取TCNTOn得到(3).当TCNTn的值等于TCMPn的值时，定时器n的输出TOUTn电平反转，TCNTn继续减数(4).当TCNTn的值到达0时，输出引脚TOUTn电平再次反转(这样就实现了PWM)，并触发定时器n的定时中断(如果定时中断使能)(5).TCNTn到达0时，如果在TCON寄存器中将定时器n设为自动加载，则TCMPBn和TCNTBn自动重新装入TCMPn和TCNTn寄存器，下一个计数流程开始，PWM定时器常用寄存器，以定时器0为例1.TCFG0寄存器(TIMER CONFIGURATION)，用于控制预分频器，其地址和各位含义如图8所示图8 TCFG0寄存器地址和各位含义定时器的输入频率计算公式为：定时器工作频率=PCLK/(prescaler value+1)/(divider value)，其中prescaler value的值(预分频器)通过TCFG0寄存器设置，TCFG00：7设置定时器0和定时器1的prescaler value值，TCFG08：15设置定时器2、3、4的prescaler value的值，该值的范围为0255，本例程选择定时器0的该值为99，因此该寄存器的值设置为99。divider value的值(第二级分频器)为2、4、8、16，由TCFG1寄存器设置2.TCFG1寄存器(TIMER CONFIGURATION)，经预分频器得到的时钟被输入到第二级分频器，可以再次被2分频、4分频、8分频和16分频，由图6可知，定时器0、1还可以工作在外接时钟TCLK0下，定时器2、3、4还可以工作在外接时钟TCLK1下，使用TCFG1寄存器来设置这5个定时器的第二级分频器的分频数，其地址和各位含义如图9所示图9 TCFG1寄存器地址和各位含义TCFG120：23用于设置5个定时器的DMA模式，TCFG10：3设置定时器0的分频数。本例程中不使用定时器的DMA模式，定时器0的第二级分频选择1/16，所以该寄存器的值为0x3。3.TCON寄存器(TIMER CONTROL)，其地址和各位含义如图10所示图10 TCON地址和各位含义TCON0设置定时器0的开启和停止；TCON1设置定时器0手动更新，将TCMPB0/TCNTB0的值装入内部寄存器TCMP0/TCNT0中；TCON2设置TOUT0是否反转；TCON3设置自动加载。对于本例程，使用定时器0，开启定时器、手动更新、反转、自动加载。4.TCNTB0/TCMPB0/TOUT0寄存器，TCNTB0用于保存定时器初始计数值，TCMPB0用于保存比较值，TOUT0用来观察TCNT0的数值；其地址和各位含义如图11所示图11 TCNTB0/TCMPB0/TOUT0寄存器地址和各位含义对与本例程，TCMPB0=0，TCNTB0=15625。【3.程序实现】该例程一共包含8个文件，描述如下：文件名描述Head.s ARM启动代码，设置异常向量，只实现了复位异常和普通中断异常；调用存储器设置函数、调用关闭看门狗定时器函数、调用时钟初始化函数、调用定时器初始化函数、调用LED初始化函数、调用中断初始化函数，调用把代码从Step Stone拷贝到SDRAM的拷贝函数，最后调用C语言的Main函数。init.c初始化函数的实现，包括关闭看门狗函数的实现、时钟初始化函数的实现、存储器初始化函数的实现、把代码从Step Stone拷贝到SDRAM函数的实现、LED初始化函数的实现、定时器初始化函数的实现、中断初始化函数的实现interrupt.c定时器中断的中断服务程序的实现，中断服务程序的功能是每次中断改变4个LED灯的状态interrupt.h定时器中断的中断服务程序的头文件s3c24xx.h s3c2410A的头文件，主要是相关寄存器地址的定义。main.c主函数Makefile Makefile文件timer.lds链接脚本文件*Name：head.SDesc：初始化，设置中断模式、系统模式的栈，设置好中断处理函数Parameter：Return：Author：yoyoba()Date：2011-5-26Modify：2011-5-26*.extern main.text.global _start_start：*中断向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它异常都没有使用*b Reset0x04：未定义指令中止模式的向量地址HandleUndef：b HandleUndef0x08：管理模式的向量地址，通过SWI指令进入此模式HandleSWI：b HandleSWI0x0c：指令预取终止导致的异常的向量地址HandlePrefetchAbort：b HandlePrefetchAbort0x10：数据访问终止导致的异常的向量地址HandleDataAbort：b HandleDataAbort0x14：保留HandleNotUsed：b HandleNotUsed0x18：中断模式的向量地址b HandleIRQ0x1c：快中断模式的向量地址HandleFIQ：b HandleFIQ Reset：ldr sp,=4096设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈bl disable_watch_dog关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启bl clock_init设置MPLL，改变FCLK、HCLK、PCLKbl memsetup设置存储控制器以使用SDRAMbl copy_steppingstone_to_sdram复制代码到SDRAM中ldr pc,=on_sdram跳到SDRAM中继续执行on_sdram：msr cpsr_c,#0xd2进入中断模式ldr sp,=4096设置中断模式栈指针msr cpsr_c,#0xdf进入系统模式ldr sp,=0x 34000000设置系统模式栈指针，bl init_led初始化LED的GPIO管脚bl timer0_init初始化定时器0bl init_i rq调用中断初始化函数，在init.c中msr cpsr_c,#0x5f设置I-bit=0，开IRQ中断ldr lr,=halt_loop设置返回地址ldr pc,=Main调用Main主函数halt_loop：b halt_loop HandleIRQ：sub lr,lr,#4计算返回地址stmdb sp！,r0-r12,lr保存使用到的寄存器注意，此时的sp是中断模式的sp初始值是上面设置的4096 ldr lr,=int_return设置调用ISR即EINT_Handle函数后的返回地址ldr pc,=Timer0_Handle调用中断服务函数，在interrupt.c中int_return：ldmia sp！,r0-r12,pc中断返回,表示将spsr的值复制到cpsr/*Name init.c*Desc ARM处理器硬件初始化函数实现*Parameter*Return*Author *Date 2011-5-26*Modify 2011-5-26*/#includes3c24xx.hvoid disable_watch_dogvoid；void clock_initvoid；void memsetupvoid；void copy_steppingstone_to_sdramvoid；void init_ledvoid；void timer0_initvoid；void init_irqvoid；/*关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启*/void disable_watch_dogvoidWTCON=0；/关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可#define S3C2410_MPLL_200MHZ 0x5c120x0440x00#define S3C2440_MPLL_200MHZ 0x5c120x0140x02/*对于MPLLCON寄存器，1912为MDIV，94为PDIV，10为SDIV*有如下计算公式：*S3C2410 MPLLFCLK=m*Fin/p*2s*S3C2410 MPLLFCLK=2*m*Fin/p*2s*其中m=MDIV+8,p=PDIV+2,s=SDIV*对于本开发板，Fin=12MHz*设置CLKDIVN，令分频比为：FCLKHCLKPCLK=124，*FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz*/void clock_initvoid/LOCKTIME=0x00ffffff；/使用默认值即可CLKDIVN=0x03；/FCLKHCLKPCLK=124,HDIVN=1,PDIVN=1/*如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从fast bus mode变为asynchronous bus mode*/_asm_mrc p15,0,r1,c1,c0,0n/*读出控制寄存器*/orr r1,r1,#0xc 0000000n/*设置为asynchronous bus mode*/mcr p15,0,r1,c1,c0,0n/*写入控制寄存器*/；/*判断是S3C2410还是S3C2440 GSTATUS1寄存器为通用状态寄存器，用来描述芯片ID标识，可以通过读取GSTATUS1寄存器的值来确定处理器的类型0x 32410000=S3C2410 0x 32410002=S3C2410A 0x 32440000=S3C2440 0x 32440002=S3C2440a EdukitIII实验箱使用的是S3C2410A芯片*/if GSTATUS1=0x 32410000 GSTATUS1=0x 32410002MPLLCON=S3C2410_MPLL_200MHZ；/*现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz*/elseMPLLCON=S3C2440_MPLL_200MHZ；/*现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz*/*设置存储控制器以使用SDRAM*/void memsetupvoidvolatile unsigned long*p=volatile unsigned long*MEM_CTL_BASE；/*这个函数之所以这样赋值，而不是像前面的实验比如mmu实验那样将配置值*写在数组中，是因为要生成位置无关的代码，使得这个函数可以在被复制到*SDRAM之前就可以在steppingstone中运行*/*存储控制器13个寄存器的值*/p0=0x 22011110；/BWSCON p1=0x 00000700；/BANKCON0 p2=0x 00000700；/BANKCON1 p3=0x 00000700；/BANKCON2 p4=0x 00000700；/BANKCON3 p5=0x 00000700；/BANKCON4 p6=0x 00000700；/BANKCON5 p7=0x 00018005；/BANKCON6 p8=0x 00018005；/BANKCON7/*REFRESH,*HCLK=12MHz 0x008C07A3,*HCLK=100MHz 0x008C04F4*/p9=0x008C04F4；p10=0x 000000B1；/BANKSIZE p11=0x 00000030；/MRSRB6 p12=0x 00000030；/MRSRB7void copy_steppingstone_to_sdramvoidunsigned int*pdwSrc=unsigned int*0；unsigned int*pdwDest=unsigned int*0x 30000000；while pdwSrc unsigned int*4096*pdwDest=*pdwSrc；pdwDest+；pdwSrc+；/*LED1-4对应GPF5、GPF6、GPF7、GPF8*/#define GPF5_out 15*2/LED1#define GPF6_out 16*2/LED2#define GPF7_out 17*2/LED3#define GPF8_out 18*2/LED4 void init_ledvoidGPFCON=GPF5_out GPF6_out GPF7_out GPF8_out；/*Timer input clock Frequency=PCLK/prescaler value+1/divider value*prescaler value=0255*divider value=2,4,8,16*本实验的Timer0的时钟频率=100MHz/99+1/16=62500Hz*设置Timer0 0.5秒钟触发一次中断：*/void timer0_initvoidTCFG0=99；/预分频器0=99 TCFG1=0x03；/选择16分频TCNTB0=31250；/0.5秒钟触发一次中断TCON=11；/手动更新TCON=0x09；/自动加载，清手动更新位，启动定时器0/*定时器0中断使能*/void init_irqvoid/定时器0中断使能INTMSK&=110；/*Name interrupt.c*Desc定时器0的终端服务程序*Parameter*Return*Author *Date 2011-5-26*Modify 2011-5-26*/#includes3c24xx.hvoid Timer0_Handlevoid/*每次中断令4个LED改变状态*/ifINTOFFSET=10GPFDAT=GPFDAT&0xf 5；/清中断SRCPND=1 INTOFFSET；INTPND=INTPND；/*Name interrupt.h*Desc中断处理函数头文件*Parameter*Return*Author *Date 2011-5-26*Modify 2011-5-26*/void EINT_Handle；/*Name Main.c*Desc主函数*Parameter*Return*Author *Date 2011-5-26*Modify 2011-5-26*/int Mainvoidwhile1；return 0；/*Name：Makefile*Desc：该例程的Makefile文件，使用了timer.lds链接脚本*Parameter：*Return：*Author：yoyoba()*Date：2011-5-26*Modify：2011-5-26*/objs：=head.o init.o interrupt.o main.o timer.bin：$(objs)arm-linux-ld-Ttimer.lds-o timer_elf$arm-linux-objcopy-O binary-S timer_elf$arm-linux-objdump-D-m arm timer_elf timer.dis%.o：%.c arm-linux-gcc-Wall-O2-c-o$%.o：%.S arm-linux-gcc-Wall-O2-c-o$clean：rm-f timer.bin timer_elf timer.dis*.o/*Name s3c24xx.h*Desc本例程使用到的s3c2410外围寄存器地址定义*Parameter*Return*Author *Date 2011-5-26*Modify 2011-5-26*/*WOTCH DOG register*/#define WTCON*volatile unsigned long*0x 53000000/*SDRAM regisers*/#define MEM_CTL_BASE 0x 48000000#define SDRAM_BASE 0x 30000000/*GPIO registers*/#define GPFCON*volatile unsigned long*0x 56000050#define GPFDAT*volatile unsigned long*0x 56000054#define GPFUP*volatile unsigned long*0x 56000058/*interrupt registes*/#define SRCPND*vola tile unsigned long*0x4A 000000#define INTMOD*volatile unsigned long*0x4A 000004#define INTMSK*volatile unsigned long*0x4A 000008#define PRIORITY*volatile unsigned long*0x4A00000c#define INTPND*volatile unsigned long*0x4A 000010#define INTOFFSET*volatile unsigned long*0x4A 000014#define SUBSRCPND*volatile unsigned long*0x4A 000018#define INTSUBMSK*volatile unsigned long*0x4A00001c/*external interrupt registers*/#define EINTMASK*volatile unsigned long*0x 560000a4#define EINTPEND*volatile unsigned long*0x 560000a8/*clock registers*/#define LOCKTIME*volatile unsigned long*0x4c 000000#define MPLLCON*volatile unsigned long*0x4c 000004#define UPLLCON*volatile unsigned long*0x4c 000008#define CLKCON*volatile unsigned long*0x4c00000c#define CLKSLOW*volatile unsigned long*0x4c 000010#define CLKD