AT91RM9200平台的辅助时钟研究

[日期：2008-11-20]

来源：单片机与嵌入式系统应用  作者：兰州交通大学 白丽 任恩恩

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引 言
    在VxWorlks中，定时器机制的实现是建立在时钟基础之上的。可根据不同的要求选用不同的定时机制，如taskDelay()、WatchDog、辅助时钟。前两种定时都是基于系统时钟的。
    taskDelay()是最简单的延时方法。它的单位是tick，所以其延时精度并不高，但对于延时10 ms以上的系统足够了。利用taskDelay()，可以将调用的任务从就绪态转到睡眠态，但是不能用于中断服务程序中。另外，可以通过调用taskDelay(0)，将CPU交给系统中其他相同优先级的任务。
    看门狗定时器作为系统时钟中断服务程序的一部分来维护。因此，与看门狗定时器相联系的函数运行在系统时钟中断级，延时单位为tick。如果应用程序需要多个看门狗函数，则可使用wdCreate()为每个需求产生独立的看门狗ID，因为对于给定的看门狗ID，只有最近的wdStart()有效。利用看门狗定时器，调用的任务不会被阻塞，因为wdStart()调用是立即返回的。但它也一般只适用于延时10ms以上的系统。
    如果在实际时需要更高精度的定时(如1 ms)，那么采用辅助时钟就是非常可取的一种方法。一般在VxWorks系统的BSP中，都没有配置辅助时钟，本文详细介绍辅助时钟的配置及使用方法，以便在实际中灵活运用。

1 AT91RM9200工业平台的时钟和定时器
    本文的研究是基于AT91RM9200工业平台的，因此首先需要对此平台下的时钟及定时器进行介绍。
    AT91RM9200提供了2个3通道16位定时器／计数器(TC)。3个通道虽然独立，但操作相同，每个通道均为用户可配置，包括3个外部时钟输入(XC0、XCl或XC2)，5个内部时钟输入(TIMER_CLOCKl、TIMER_CLOCK2、TIMER CLOCK3、TIMER_CL0CK4、TIMER_CLOCK5)，以及2个可由用户配置的多功能输入／输出信号。另外，每个通道可工作在两种不同模式下，即捕获模式和波形模式。其中，捕获模式提供信号测量，波形模式用来产生波形，可由TC通道模式寄存器的WAVE位编程设定。定时器／计数器框图如图1所示。

    其中，如果选择通道信号时，XCO、XCl、XC2表示3个外部时钟输入；TIOA、TIOB表示作用于每个通道的2个多功能输入／输出信号；INT表示中断信号输出；SYNC表示同步输入信号。如果选择块信号时，TCLKO、TCLKl、TCLK2表示3个外部时钟输入；TIOAO~TIOA2，表示通道0～2的TIOA信号，TIOB0～TIOB2表示通道0～2的TI0B信号。
    其中，5个内部时钟输入与主时钟(MCK)、慢速时钟(SLCK)及主时钟分频后时钟相关，如表1所列。

2 在VxWorks中辅助时钟的配置
    在VxWorks操作系统中如果要使用辅助时钟，必须经过一定的配置才能使用。首先，需要在Vxworks组件或config．h中进行定义：
    #define INCLUDE_AUX_CLK
    如果不定义，那么辅助时钟是无法使用的。另外，在sysLib．C的sysHwlnit2函数中需要进行辅助时钟的初始化，即中断连接配置：
(void)intConnect(AUX_TIMER_INT_VEC，sysAuxClkInt，O)
    辅助时钟和系统时钟的区别是：辅助时钟必须由用户提供ISR，但不允许在ISR中调用tickAnnounce()，否则会扰乱系统时钟的机制。
    辅助时钟的配置可以按照installDir／target／drv／tim—er／templateTimer．C中的函数模板来进行修改，在本文中使用的驱动程序是At91Rm9200timer．c，头文件为At91Rm9200timer．h。在此文件中进行的修改需要根据所依赖的具体芯片来进行，即需要参考AT91RM9200芯片数据手册。
    与辅助时钟相关的函数有：sysAuxClkInt()、sysAux—ClkConnect()、sysAuxClkDisable()、sysAuxClkEnable()、sysAuxClkRateGet()和sysAuxClkRateSet()。其中，sysAuxClkRateGet()可以和sysAuxClkRateSet()视为一组。sysAuxClkRateGet()是通过sysAuxClkRateSet()函数设定的时钟频率进行读取的，而sysAuxClkRateSet()函数中时钟频率的设定则受AUX_CLK_RATE_MIN和AUX_CLK_RATE_MAX的限制。这个最大值和最小值需要进行定义，定义的位置可能不同，有的放在eonfig．h中，有的放在bsp．h中，本文的最大值和最小值放在Inte—grator．h中定义。接下来需要重点讨论的是sysAux-ClkInt()和sysAuxClkEnabel()这两个函数。
    sysAuxClkInt()函数调用用户定义的中断处理函数，而用户调用的中断处理函数是由sysAuxClkConnect()函数来连接的。在调用中断处理函数之前，一定要先进行清除中断操作，如：
AMBA_TIMER_READ(AMBA_TIMER_T2SR(AMBA_TIMER_BASE)，temp)；
    不然，CPU将一直陷入中断，不能做别的事情了。
    其他大量的工作都是放在sysAuxClkEnble()函数中进行的。根据AT91RM9200的具体情况，选择5个内部时钟的其中之一，在此选择TIMER_CLOCK2；根据前面所提到的通道概念，选取第2个通道。必须和系统时钟区分开，不能同时选择一个内部时钟和同一个通道。
    首先，需要判断电源管理对辅助时钟是否进行了配置，可以查看相关文件。如果没有进行配置，则需要如进行如下配置：
    AT9l_SYS→PMC_PCER=l<<AT9lC_ID_TCl；
    其次，必须先对AIC编程，再配置TC。
    然后，需要对具体的寄存器进行控制操作，首先需要选择内部时钟，如图2所示。

    对通道模式寄存器进行控制：
    AMBA_TIMER_WRITE(AMBA_TIMER_T2MR(AMBA_TIMER_BASE)，TIMER_CLOCK2| TC_CPCTRG)；
    通过TCCLKS位选择第2个内部时钟，并根据写入RC寄存器的定时器值进行RC比较触发使能。同时，需要对TC通道控制寄存器进行控制，写入计数器时钟使能命令和软件触发命令，如：

AMBA_TIMER_WRITE(AMBA_TIMER_T2CR(AMBA_TIMER_BASE)，TC_CLKEN)；
AMBA_TIMER_WRITE(AMBA_TIMER_T2CR(AMBA_TIMER_BASE)，TC_SWTRG)；
    另外，由于采用RC寄存器触发使能，因此还需要对TC中断使能寄存器进行控制，写入RC比较中断使能信号，如：
AMBA_TIMER_WRITE(AMBA_TIMER_T2IER(AMBA_TIMER_BASE)，TC_CPCS)；

    最后，需要执行中断使能操作，如：
AMBA_TIMER_INT_ENABLE(AUX_TIMER_INT_LVL)；
    一切配置好后，重新编译bootroFll和VxWorks镜像，启动VxWorks镜像；然后编写测试程序进行测试，验证辅助时钟是否配置成功。另外，可以通过逻辑分析仪查看辅助时钟的中断情况。辅助时钟驱动后，在应用程序中可以用sysAuxClkRateSet()函数动态设置系统辅助时钟每秒的中断数；sysAuxClkConnect()函数为系统辅助时钟中断指定ISR，并且由sysAuxClkEnable()函数使能时钟中断，去调用指定的ISR。

结 语
    VxWorks提供系统辅助时钟机制的主要目的，是使用户在系统时钟之外多一种定时资源选择，并提供了管理手段。另外，VxWorks的某些辅助调试工具也可能要求使用系统辅助时钟。
    辅助时钟的使用是通过提高节拍率来实现的，而提高节拍率意味着时钟中断产生得更加频繁，所以中断处理程序也会更频繁地执行。如此一来会给整个系统带来如下好处：
    ①更高的时钟中断解析度(resolution)可提高时间驱动事件的解析度；
    ②提高了时间驱动事件的准确度(accuracy)。