基于亚博K210开发板——定时器实验

开发板

亚博K210开发板

实验目的

课主要验证 K210 的定时器功能

实验准备

实验元件

板载独立按键 BOOT、RGB 灯

元件特性

K210 芯片定时器总共有 3 个，每个定时器有 4 路通道。每个定时器可以设置触发间隔，和定时器中断处理函数。

硬件连接

K210开发板出厂默认已经焊接好BOOT按键和RGB灯。按键连接的引脚为IO16。RGB 灯 R 连接的是 IO6，G 连接的是 IO7, B 连接的是 IO8。

SDK 中对应 API 功能

以头文件 timer.h为例，以下接口：

• timer_init：初始化定时器。
• timer_set_interval：设置定时间隔。
• timer_set_irq (0.6.0 后不再支持，请使用 timer_irq_register)
• timer_set_enable：使能/禁止定时器。
• timer_irq_register：注册定时器中断回调函数。
• timer_irq_deregister：注销定时器中断。

实验原理

定时器的核心其实是加1 计数器，对机器周期进行计数，每过一个机器周期，计数器自动加 1，直到计数器计满溢出。由于计数的周期是固定的，所以根据计数的多少就可以很方便的计算出计数的时间，当符合自己设定的超时时间，则调用中断回调函数，然后重新开始计数。

实验过程

1. 首先根据上面的硬件连接引脚图，K210 的硬件引脚和软件功能使用的是FPIOA 映射关系。
   这里要注意的是程序里操作的都是软件引脚，所以需要先把硬件引脚映射成软件
   GPIO 功能，操作的时候直接操作软件 GPIO 即可。

#ifndef _PIN_CONFIG_H_
#define _PIN_CONFIG_H_
/*****************************HEAR-FILE************************************/
#include "fpioa.h"

/*****************************HARDWARE-PIN*********************************/
// 硬件IO口，与原理图对应
#define PIN_RGB_R             (6)
#define PIN_RGB_G             (7)
#define PIN_RGB_B             (8)

#define PIN_KEY               (16)

/*****************************SOFTWARE-GPIO********************************/
// 软件GPIO口，与程序对应
#define RGB_R_GPIONUM          (0)
#define RGB_G_GPIONUM          (1)
#define RGB_B_GPIONUM          (2)

#define KEY_GPIONUM            (3)

/*****************************FUNC-GPIO************************************/
// GPIO口的功能，绑定到硬件IO口
#define FUNC_RGB_R             (FUNC_GPIOHS0 + RGB_R_GPIONUM)
#define FUNC_RGB_G             (FUNC_GPIOHS0 + RGB_G_GPIONUM)
#define FUNC_RGB_B             (FUNC_GPIOHS0 + RGB_B_GPIONUM)

#define FUNC_KEY               (FUNC_GPIOHS0 + KEY_GPIONUM)

void hardware_init(void)
{
    /* fpioa映射 */
    fpioa_set_function(PIN_RGB_R, FUNC_RGB_R);
    fpioa_set_function(PIN_RGB_G, FUNC_RGB_G);
    fpioa_set_function(PIN_RGB_B, FUNC_RGB_B);

    fpioa_set_function(PIN_KEY, FUNC_KEY);
}

2. 第二步需要初始化外部中断服务，并且使能全局中断。如果没有这一步操作，系统的中断就不会运行，所以也不会调用中断回调函数。

plic_init();
sysctl_enable_irq();

3. 在使用 RGB 灯前需要初始化，把 RGB 灯的软件 GPIO 设置为输出模式。

void init_rgb(void)
{
    /* 设置RGB灯的GPIO模式为输出 */
    gpiohs_set_drive_mode(RGB_R_GPIONUM, GPIO_DM_OUTPUT);
    gpiohs_set_drive_mode(RGB_G_GPIONUM, GPIO_DM_OUTPUT);
    gpiohs_set_drive_mode(RGB_B_GPIONUM, GPIO_DM_OUTPUT);

    /* 关闭RGB灯 */
    rgb_all_off();
}

4. 然后关闭 RGB 灯，同样是设置 RGB 灯的 GPIO 为高电平则可以让 RGB 灯熄灭

void rgb_all_off(void)
{
    gpiohs_set_pin(RGB_R_GPIONUM, GPIO_PV_HIGH);
    gpiohs_set_pin(RGB_G_GPIONUM, GPIO_PV_HIGH);
    gpiohs_set_pin(RGB_B_GPIONUM, GPIO_PV_HIGH);
}

5. 使用 BOOT 按键同样需要初始化，设置 BOOT 键为上拉输入模式，设置按键的 GPIO 电平触发模式为上升沿和下降沿，也可以设置单上升沿或单下降沿等，设置 BOOT 按键的中断回调函数为 key_irq_cb，参数为空 NULL。

void init_key(void)
{
    // 设置按键的GPIO模式为上拉输入
    gpiohs_set_drive_mode(KEY_GPIONUM, GPIO_DM_INPUT_PULL_UP);
    // 设置按键的GPIO电平触发模式为上升沿和下降沿
    gpiohs_set_pin_edge(KEY_GPIONUM, GPIO_PE_BOTH);
    // 设置按键GPIO口的中断回调
    gpiohs_irq_register(KEY_GPIONUM, 1, key_irq_cb, NULL);

}

6. 每次 BOOT 按下或者松开都会触发中断函数 key_irq_cb，在中断里先读取当前按键的状态，保存到 key_state 中，并且根据 key_state 的状态设置定时器的状态，当被按下时停止定时器，当被松开时打开定时器。

int key_irq_cb(void* ctx)
{
    gpio_pin_value_t key_state = gpiohs_get_pin(KEY_GPIONUM);

    if (key_state)
        timer_set_enable(TIMER_DEVICE_0, TIMER_CHANNEL_0, 1);
    else
        timer_set_enable(TIMER_DEVICE_0, TIMER_CHANNEL_0, 0);
    return 0;
}

7. 初始化定时器，这里使用的是定时器 0 通道 0，超时时间为 500 毫秒，定时器中断回调函数为 timer_timeout_cb，参数为 g_count。

void init_timer(void) {
    /* 定时器初始化 */
    timer_init(TIMER_DEVICE_0);
    /* 设置定时器超时时间，单位为ns */
    timer_set_interval(TIMER_DEVICE_0, TIMER_CHANNEL_0, 500 * 1e6);
    /* 设置定时器中断回调 */
    timer_irq_register(TIMER_DEVICE_0, TIMER_CHANNEL_0, 0, 1, timer_timeout_cb, &g_count);
    /* 使能定时器 */
    timer_set_enable(TIMER_DEVICE_0, TIMER_CHANNEL_0, 1);
}

8. 定时器中断内的处理，每次中断的时候修改 RGB 灯的亮灭。此函数相当于定时器打开的情况下，每 0.5 秒切换一次 RGB 灯点亮白色或熄灭的状态。

int timer_timeout_cb(void *ctx) {
    uint32_t *tmp = (uint32_t *)(ctx);
    (*tmp)++;
    if ((*tmp)%2)
    {
        rgb_all_on();
    }
    else
    {
        rgb_all_off();
    }
    return 0;
}

9. 点亮 RGB 灯亮白色的函数为 rgb_all_on，即 RGB 灯内部三种颜色的灯一起亮就变为白色。

void rgb_all_on(void)
{
    gpiohs_set_pin(RGB_R_GPIONUM, GPIO_PV_LOW);
    gpiohs_set_pin(RGB_G_GPIONUM, GPIO_PV_LOW);
    gpiohs_set_pin(RGB_B_GPIONUM, GPIO_PV_LOW);
}

10. 最后是一个 while(1)循环，这个是必须的，否则系统就会退出，不再运行。

int main(void)
{
    /* 硬件引脚初始化 */
    hardware_init();

    /* 初始化系统中断并使能 */
    plic_init();
    sysctl_enable_irq();

    /* 初始化RGB灯 */
    init_rgb();

    /* 初始化按键key */
    init_key();

    /* 初始化定时器 */
    init_timer();
    
    while (1);

    return 0;
}

11. 编译调试，烧录运行
    进入自己项目 build目录，运行以下命令编译。

cmake .. -DPROJ=watchdog -G "MinGW Makefiles"
make

实验现象

烧录完成固件后，系统会弹出一个终端界面，如果没有弹出终端界面的可以打开串口助手显示调试内容。
RGB 灯亮白色，每 0.5 秒后熄灭再亮白色，一直循环，当按住 BOOT 键时，定时器停止，RGB 灯保存当前的状态，不再切换状态，当松开 BOOT 键时，定时器恢复启动，RGB 灯又开始每 0.5 秒切换状态。

实验总结

• 定时器可以设置纳秒级别的超时时间，并且可以设置中断回调。
• 定时器可以通过控制使能与禁止的方式来暂停和重新启动，而不需要重新配置。
• K210 总共有三个定时器，每个定时器有四个通道。