如何利用DMA的觸發(fā)循環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)eTMR的PWM周期計(jì)數(shù)呢？

引言

最近在一個(gè)支持客戶的項(xiàng)目中，客戶工程師向我提出了一個(gè)需求，希望能實(shí)現(xiàn)使用YTM32微控制器，對(duì)輸出的PWM信號(hào)，每30個(gè)周期觸發(fā)一次中斷，用于調(diào)整占空比，這樣便于動(dòng)態(tài)調(diào)整向目標(biāo)的控制量。來(lái)活了，開搞。

分析問題

一開始我能想到的實(shí)現(xiàn)方式，是使用軟件直接對(duì)產(chǎn)生PWM信號(hào)的eTMR模塊的Overflow中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)。但客戶工程師King提到，需要輸出的PWM信號(hào)頻率可能會(huì)比較高，頻繁進(jìn)出eTMR的中斷會(huì)影響CPU運(yùn)行控制算法的效率，希望能夠通過硬件機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

eTMR的調(diào)試模式Modulization

此時(shí)，我最初想到的是利用eTMR輸出信號(hào)的調(diào)制模式（Modulization）。調(diào)試模式實(shí)際上是將相互調(diào)制的兩個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯與，然后再輸出。此時(shí)，使用兩路PWM，一路作為載波信號(hào)，另一路作為包絡(luò)信號(hào)，控制載波信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)輸出控制信號(hào)占空比的功能（直流電機(jī)控制算法中調(diào)整負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力的過程中就用到了類似的思路）

26.4.16 Modulation Implementation The eTMR0 and supports channel outputs modulated by eTMR1 channel 1 output. The eTMR3 supports channel outputs modulated by eTMR2 channel 1 output. Any of the 8 channels of eTMR0 and eTMR3 can be configured to support this modulation function. This function is enabled by configuring CIM_ETMROPT1[ETMR0_CHxOUTSEL] and CIM_ETMROPT1[ETMR3_CHxOUTSEL]. See ETMR0 Output Modulation Select and ETMR3 Output Modulation Select for details.

但King提到，當(dāng)前使用的YTM32B1MD14芯片的四個(gè)eTMR都被他用掉了，沒有額外的eTMR可以專門用來(lái)產(chǎn)生載波信號(hào)（或者包絡(luò)信號(hào)）。同時(shí)，調(diào)制模式是對(duì)時(shí)間進(jìn)行同步控制的，但客戶工程師明確提到，這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景需要對(duì)周期數(shù)量進(jìn)行控制，在PWM周期時(shí)間靈活變化的場(chǎng)景中，控制時(shí)長(zhǎng)和控制數(shù)量是不等價(jià)的。因此，調(diào)制模式不適合解決這個(gè)問題。

FTM的多次重載事件

King還提到，他記得之前他用過的一家友商微控制器平臺(tái)上，就已經(jīng)設(shè)計(jì)了這個(gè)功能。我一看，果不其然，確實(shí)有，對(duì)應(yīng)著FTM模塊的寄存器字段FTM_CONF[LDFQ]，如圖x所示。

FTM0->CONF = FTM_CONF_LDFQ(30);/ *Allow each 32times reload opportunity interrupt * /

圖x FTM_CONF[LDFQ]字段

通過閱讀手冊(cè)原文，我明確了思路，意識(shí)到在應(yīng)用中的重點(diǎn)可能不是中斷，而是調(diào)整占空比。這時(shí)，我想起來(lái)YTM32的手冊(cè)里也有類似的關(guān)于Loading Frequency的設(shè)計(jì)。如圖x所示。

圖x eTMR模塊的同步載入機(jī)制

其中大意是，eTMR的一些同計(jì)數(shù)相關(guān)的寄存器，同時(shí)還設(shè)計(jì)了緩沖寄存器（或稱為“影子寄存器”），包括 CHMASK、INIT、MID、MOD、CH_VAL0和CH_VAL1。當(dāng)啟用eTMR后，這些寄存器的值就被鎖定了，只有在特定的時(shí)刻才會(huì)從各自對(duì)應(yīng)的影子寄存器中載入新值。

這其實(shí)也是一些能夠適配高頻率計(jì)數(shù)器的高級(jí)定時(shí)器的標(biāo)配設(shè)計(jì)，為了獲取更高的計(jì)數(shù)精度，計(jì)數(shù)的時(shí)鐘源的頻率有時(shí)甚至?xí)哂隍?qū)動(dòng)定時(shí)器外設(shè)數(shù)字部分工作的系統(tǒng)總線時(shí)鐘頻率，此時(shí)，通過總線設(shè)置的計(jì)數(shù)器相關(guān)寄存器的值，就需要在合適時(shí)刻，由兩個(gè)時(shí)鐘域同步后，才能生效（由影子寄存器載入到實(shí)際起作用的寄存器中）。

使用這個(gè)功能的意義還在于，留給軟件一些時(shí)間，用于先后完成多個(gè)寄存器的配置，然后在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，讓多個(gè)參數(shù)配置同時(shí)生效。在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，也稱之為防止“沖突冒險(xiǎn)”，否則，某些中間狀態(tài)可能會(huì)意外觸發(fā)系統(tǒng)崩潰（例如電機(jī)控制應(yīng)用場(chǎng)景中，在某個(gè)瞬間可能同時(shí)導(dǎo)通H橋的上下兩個(gè)橋臂，以至于燒掉電機(jī)的線圈導(dǎo)線）。

如果從當(dāng)前King描述的單路PWM控制信號(hào)的應(yīng)用場(chǎng)景上看，僅對(duì)單路PWM進(jìn)行控制，不需要多路PWM協(xié)同工作的情況下，實(shí)際沒啥必要啟用這個(gè)緩沖的功能，要求硬件立即載入生效即可，這也是對(duì)軟件最干凈和友好的方式。

從手冊(cè)上的描述來(lái)看，eFTM_SYNC[LDFRQ]是同FTM_CONF[LDFQ]功能最接近的，八成是他想要的。

終極大招-使用觸發(fā)鏈

然而，我又察覺到了一種潛在的需求，或許King就是想要實(shí)現(xiàn)通過軟件更新PWM占空比的節(jié)奏，因此提到了使用中斷的需求（實(shí)際上經(jīng)過同步多次載入事件的事件確實(shí)也能產(chǎn)生中斷），并且提供的樣例代碼中使用了32次同步，而我們家的eTMR在這里最多僅能配置16次同步？我覺得這事可能還有下文，說(shuō)不準(zhǔn)還需要超過32次的周期，那時(shí)，僅靠eTMR或者FTM自身的設(shè)計(jì)，也不能完全搞定了。

如此，我又想出來(lái)一個(gè)終極大招。我打算對(duì)PWM信號(hào)同時(shí)對(duì)外發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)Trigger進(jìn)行計(jì)數(shù)，不過YTM32微控制器系統(tǒng)中沒有專門對(duì)Trigger進(jìn)行計(jì)數(shù)的外設(shè)模塊（我印象中，只有老東家的LPC系列微控制器上的一個(gè)偏門的外設(shè)SCT，為了管理硬件實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)模型，可以對(duì)Trigger計(jì)數(shù)并作為狀態(tài)轉(zhuǎn)換的一個(gè)判定條件），但幸運(yùn)的是，YTM32中設(shè)計(jì)了一個(gè)基于大循環(huán)和小循環(huán)的DMA控制器，其中大循環(huán)就是對(duì)DMA的觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)的，我可以利用DMA的大循環(huán)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)eTMR的DMA觸發(fā)信號(hào)計(jì)數(shù)。并且DMA的大循環(huán)（觸發(fā)循環(huán)）也有重載機(jī)制（自動(dòng)繞圈計(jì)數(shù)）和中斷，并且長(zhǎng)度可配置31比特長(zhǎng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出32次的限制，完美符合對(duì)PWM脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)可編程的需求。

解決問題

現(xiàn)在，大方向已經(jīng)有了，就是要確定從eTMR的Overflow事件，到DMA的大循環(huán)，能不能走出一條通路。這就需要在手冊(cè)里搜集零星的相關(guān)的描述，把所有線索串在一起。

從實(shí)現(xiàn)可能性從大到小，反推整個(gè)觸發(fā)鏈：先要確認(rèn)DMA控制器（DMAMUX）能夠捕獲到來(lái)自eTMR的觸發(fā)信號(hào)，然后在eTMR中確認(rèn)eTMR的觸發(fā)信號(hào)能否同PWM的一次輸出周期關(guān)聯(lián)起來(lái)，最后再查閱如何配置eTMR產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)。這三個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，如果連不上，這事可能也就搞不成了。小心翼翼。。。

確認(rèn)DMAMUX中的eTMR相關(guān)觸發(fā)源

在DMA章節(jié)中，查閱關(guān)于DMAMUX的表項(xiàng)，它是芯片系統(tǒng)集成過程中列寫的，每款芯片的DMAMUX表項(xiàng)都不一樣，因此需要具體去查。如圖x所示。

圖x DMAMUX中關(guān)于eTMR的觸發(fā)源

看到表中的內(nèi)容，我差一點(diǎn)淚流滿面，這真是誠(chéng)意滿滿啊。這里要注意，此處DMAMUX能捕獲的觸發(fā)信號(hào)不是十分規(guī)整的，eTMR1和eTMR2包含的8個(gè)通道，每個(gè)通道是可以獨(dú)占一個(gè)DMA觸發(fā)通道的，而eTMR0和eTMR3就只能各自定時(shí)器的所有通道共享一個(gè)DMA觸發(fā)通道。在本例中，將使用eTMR0的這個(gè)共享的觸發(fā)通道進(jìn)行說(shuō)明。為什么選用這個(gè)通道呢？一方面是因?yàn)楠?dú)占觸發(fā)通道的用例更簡(jiǎn)單，另一方面，是因?yàn)榭蛻艄こ處烱ing那邊現(xiàn)在用的就是eTMR0的CH2，如此調(diào)下來(lái)的用例可以在他的板子上驗(yàn)證。

OK，這里已經(jīng)確認(rèn)了，DMA是可以接收來(lái)自eTMR的觸發(fā)信號(hào)。接下來(lái)就要看eTMR是如何產(chǎn)生這個(gè)觸發(fā)信號(hào)了。

eTMR產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)

查閱手冊(cè)中關(guān)于eTMR的章節(jié)，在關(guān)于DMA的功能介紹中，有如下內(nèi)容：

26.4.19 DMA All eTMRs support DMA, this function is enabled by setting CH_CTRL[DMAEN]=1. The DMA request is generated when STS[CHxF]=1. The DMA request is cleared by clearing STS[CHxF]. The DMA priority is higher than the interrupt.

這段內(nèi)容是說(shuō)，通過配置eTMR_CHn_CTRL[DMAEN]=1，就能啟用產(chǎn)生DMA觸發(fā)的功能，相當(dāng)于是把eTMR到DMAMUX的信號(hào)通路打開了，允許eTMR發(fā)出DMA觸發(fā)信號(hào)（Request）。當(dāng)eTMR通道的計(jì)數(shù)匹配事件產(chǎn)生后，eTMR_STS[CHxF]標(biāo)志位置1，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)DMA的觸發(fā)（原本也可以產(chǎn)生一個(gè)中斷）。但這個(gè)標(biāo)志位應(yīng)該是需要被清零，才能捕獲到下次觸發(fā)。這里又說(shuō)DMA的優(yōu)先級(jí)高于中斷，估計(jì)大概率不會(huì)需要通過中斷服務(wù)程序清零了。一種可能的情況是，DMA捕獲到來(lái)自外設(shè)的觸發(fā)信號(hào)后，向外設(shè)回發(fā)的應(yīng)答信號(hào)，可以用來(lái)作為硬件清零CHxF標(biāo)志位的操作。

但進(jìn)一步理解下，這里還要注意，不能直接用eTMR的計(jì)數(shù)器溢出事件觸發(fā)，而必須通過一個(gè)通道的事件觸發(fā)。因此為了產(chǎn)生DMA的觸發(fā)信號(hào)，還需要再啟用一個(gè)eTMR通道。這個(gè)問題不大，單從具體的應(yīng)用場(chǎng)景看，反正是要產(chǎn)生PWM信號(hào)的，直接用這個(gè)輸出PWM波形的通道觸發(fā)DMA，也是可行的。有一些資深的玩家可能要提問了，那有沒有可能僅用定時(shí)器觸發(fā)DMA呢？比如要使用固定周期的DMA向UART引擎送數(shù)，向總線上發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包。答案是，沒有。目前在YTM32B1MD微控制器的DMAMUX中，入選的定時(shí)器只有eTMR，（其他例如TMR、LPTMR、pTMR等尚未入選），而使用eTMR則不得不通過一個(gè)eTMR通道才能產(chǎn)生DMA觸發(fā)。但是，YTM32微控制器平臺(tái)上還涉及了另一個(gè)同觸發(fā)相關(guān)的外設(shè)TMU（Trigger Mux Module），其中收納了pTMR，也能發(fā)揮一定的聯(lián)動(dòng)作用）

軟件

編寫本例的軟件工程源代碼，編譯，下載，調(diào)試，可以正常觸發(fā)DMA中斷，說(shuō)明已經(jīng)搭建起觸發(fā)鏈，按照預(yù)期方式工作。

但在調(diào)試過程中出現(xiàn)一點(diǎn)小插曲。我在樣例工程中設(shè)定eTMR的PWM的頻率是100Hz，指定DMA捕獲到1000次PWM的觸發(fā)信號(hào)后觸發(fā)一次中斷。如代碼所示：

void etmr_init(void)  
{  
    /* setup counter. */  
    eTMR_CounterInit_Type etmr_init;  
    etmr_init.ClkSrc = eTMR_CounterClkSrc_BusClk;  
    etmr_init.ClkFreqHz = CLOCK_FIRC_FREQ_HZ;  
    etmr_init.StepFreqHz = CLOCK_FIRC_FREQ_HZ / 100000u; /* 100khz. */  
    etmr_init.InitVal = 0u;  
    etmr_init.MidVal  = 0u;  
    etmr_init.ModVal  = 1000; /* 100 hz for timeout. */  
    etmr_init.EnableRunningOnDebug = false;  
    etmr_init.EnableGlobalCountingBase = false;  
    eTMR_InitCounter(BOARD_ETMR_PORT, &etmr_init);  
      
    /* setup channel. */  
    eTMR_ChannelOutputCompareInit_Type etmr_chn_init;  
    etmr_chn_init.EnableComplementaryMode = false;  
    etmr_chn_init.EnableDoubleSwitchMode = false;  
    etmr_chn_init.InitOutputLogic = eTMR_OutputLogic_Low;  
    etmr_chn_init.EnableDma = true; /* enable to generate request to trigger the dma. */  
    etmr_chn_init.OutputCompareEventForVal0 = eTMR_OutputCompareEvent_ToOutputLogic1;  
    etmr_chn_init.OutputCompareEventForVal1 = eTMR_OutputCompareEvent_ToOutputLogic0;  
    etmr_chn_init.Val0 = 0;  
    etmr_chn_init.Val1 = 200;  
    eTMR_InitChannelOutputCompare(BOARD_ETMR_PORT, BOARD_ETMR_CHN, &etmr_chn_init);  
  
}  
  
void etmr_dma_init(void)  
{  
    /* setup dma. */  
    dma_init(1000); /* collect pwm triggers for each period. */  
  
    /* setup etmr. */  
    etmr_init();  
      
    /* start etmr counter. */  
    eTMR_StartCounter(BOARD_ETMR_PORT);  
}

預(yù)計(jì)觸發(fā)DMA中斷的時(shí)間間隔大約在10s左右，但實(shí)際上，觸發(fā)DMA中斷的周期基本上在5s，頻率差了2倍？？如圖x所示。

圖x 測(cè)量DMA的觸發(fā)時(shí)間間隔

再翻了翻手冊(cè)，總算是找到root cause了。在手冊(cè)中關(guān)于輸出比較模式的介紹中提到，每個(gè)通道配備的兩個(gè)匹配事件，都可以讓標(biāo)志位CHxF置位，那也就意味著，每個(gè)PWM周期都會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)。這也就解釋了DMA中斷觸發(fā)的周期比預(yù)想中少了一半的情況。如果還想得到預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的中斷周期，就得把大循環(huán)的長(zhǎng)度設(shè)置為雙倍！

26.4.5 Output Compare Mode When CHx_CTRL[CHMODE]=0x2, the channel x is in output compare mode. In this mode, each channel can set, clear, or toggle the output when the counter reaches the specific value defined by CH_VAL0[VAL0] and CH_VAL1[VAL1]. Configure CH_CTRL[VAL0CMP] and CH_CTRL[VAL1CMP] to select the action of the corresponding channel when the counter reaches the CH_VAL0[VAL0] and CH_VAL1[VAL1]. As shown in Figure eTMR Output Compare. The channel flag (STS[CHxF]) will be set when a compare event occurs.

總結(jié)

本例實(shí)現(xiàn)了一種利用DMA的大循環(huán)（觸發(fā)循環(huán)）對(duì)eTMR模塊產(chǎn)生PWM信號(hào)波形進(jìn)行計(jì)數(shù)并產(chǎn)生周期中斷的功能，相對(duì)于硬件IP通過重載同步機(jī)制中設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)方式，本例利用對(duì)DMA觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更多數(shù)量的計(jì)數(shù)，并且具有更廣泛的普適性。

文中使用的DMA觸發(fā)計(jì)數(shù)方法，不僅僅可用于對(duì)定時(shí)器觸發(fā)信號(hào)的計(jì)數(shù)，還可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)DMAMUX能夠捕獲的其他觸發(fā)信號(hào)的計(jì)數(shù)。更進(jìn)一步，如果配合其他的觸發(fā)管理設(shè)備（例如Trigger Mux），形成觸發(fā)鏈，還可以進(jìn)一步擴(kuò)大DMA觸發(fā)計(jì)數(shù)方法的適用范圍。