By Toradex秦海
1). 简介
NXP i.MX8 系列处理器均为异构多核架构 SoC,除了可以运行 Linux 等复杂操作系统的 Cortax-A 核心,还包含了可以运行实时操作系统比如 FreeRTOS 的 Cortex-M 核心,本文就演示通过 NXP i.MX8MM 处理器集成的 Cortex-M4 核心来运行 GPT (General Purpose Timer) 输入采集功能模块的测试。
I.MX8M Mini 处理器 GPT 模块硬件比较简单,如下框图,可以实现 Capture 捕获输入功能和 Compare 定时输出功能。
NXP iMX8MM Cortex-M4 核心 GPT Capture 测试_web333.png" height="604" src="https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/e7f59a75bcbcbcd9474336124b3d5443.png" width="669" />
本文所演示的ARM平台来自于Toradex 基于NXP i.MX8M Mini ARM处理器的Verdin iMX8MM ARM嵌入式平台。
2. 准备
a). Verdin i.MX8MM ARM核心版配合Verdin Development Board,连接调试串口(载板X66)到开发主机方便调试,X66 连接了4个串口,其中第三个是 Cortex-M4 核心的默认调试串口,第四个是 Cortex-A53 核心的默认调试串口。
b). 为了测试 GPT 输入捕获, 相应的需要一个PWM 波发生设备,这里使用Toradex 基于NXP i.MX8M Plus ARM处理器的Verdin i.MX8MP 核心板配合 Dahlia Board 作为PWM output使用。同样连接调试串口(载板X18)到开发主机方便调试。
c). Verdin i.MX8MP Cortex-A53 核心系统使用Toradex Yocto Linux BSP6, 更多说明请参考这里。
d). 参考如下将 Verdin i.MX8MP PWM1 连接到 Verdin i.MX8MM GPT1 Capture 管脚,同时为了阻断载板其他电路干扰,将 Verdin Development Board X6 Pin_24 的跳线帽去掉。
Dahlia Board X20 Pin_9 -> Verdin Development Board X5Pin_24 SODIMM_252
3). Verdin i.MX8MM M4核心FreeRTOS基本资料
a). Verdin i.MX8MM HMP(Heterogeneous Multi-core Processing) 架构基本说明请参考如下:
Cortex-M and Memory Areas on Toradex SoMs | Toradex Developer Center
b). 参考如下说明下载配置 NXP 用于开发 Cortex-M 核心的 MCUXpresso SDK
Setting Up MCUXpresso SDK and Toolchain for Cortex-M development | Toradex Developer Center
c). Verdin i.MX8MM 编译运行 M4 firmware 操作流程请参考如下文章
Running FreeRTOS on the Cortex-M4 of a Verdin iMX8M Mini | Toradex Developer Center
d). MCUXpresso SDK 包含的 sample 示例应用可以参考如下 SDK 源位置
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$cd <SDK_root>/boards/evkmimx8mm/
$ tree -L 2
.
├── cmsis_driver_examples
│ ├── ecspi
│ ├── enet
│ ├── i2c
│ └── uart
├── demo_apps
│ ├── hello_world
│ └── sai_low_power_audio
├── driver_examples
│ ├── ecspi
│ ├── enet
│ ├── gpio
│ ├── gpt
│ ├── i2c
│ ├── pdm
│ ├── pwm
│ ├── rdc
│ ├── sai
│ ├── sdma
│ ├── sema4
│ ├── tmu
│ ├── uart
│ └── wdog
├── evkmimx8mm.png
├── freertos_examples
│ ├── freertos_event
│ ├── freertos_generic
│ ├── freertos_hello
│ ├── freertos_mutex
│ ├── freertos_queue
│ ├── freertos_sem
│ ├── freertos_swtimer
│ └── freertos_tickless
├── multicore_examples
│ ├── rpmsg_lite_pingpong_rtos
│ └── rpmsg_lite_str_echo_rtos
└── project_template
├── board.c
├── board.h
├── BOARD_Project_Template_evkmimx8mm.cmake
├── clock_config.c
├── clock_config.h
├── peripherals.c
├── peripherals.h
├── pin_mux.c
└── pin_mux.h
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4). Verdin i.MX8MM Cortex-M4核心FreeRTOS GPT Capture示例驱动开发
a). Verdin i.MX8MM MCUXpresso SDK 已经包含一个简单的 GPT Capture sample驱动,本文基于此 sample 进行修改测试。
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$cd <SDK_root>/boards/evkmimx8mm/driver_examples/gpt/capture
$ tree -L 1
.
├── armgcc
├── board.c
├── board.h
├── clock_config.c
├── clock_config.h
├── empty_rsc_table.c
├── fsl_iomuxc.h
├── gpt_capture.c
├── gpt_capture_v3_14.xml
├── pin_mux.c
├── pin_mux.h
└── readme.md
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b). 首先先确认 pin_mux 定义以及其他 i.MX8MM 初始化基本配置,如果需要可以进行修改
./ pin_mux.h/pin_mux.c 用于确定项目中使用的管脚定义,本文中使用的正好就是示例默认的 GPT1 Capture1 管脚,因此无需修改。如果用到其他管脚,就需要进行修改,支持的所有管脚定义可以参考 fsl_iomuxc.h 文件。
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/* FUNCTION ************************************************************************************************************
*
* Function Name : BOARD_InitPins
* Description : Configures pin routing and optionally pin electrical features.
*
* END ****************************************************************************************************************/
void BOARD_InitPins(void) { /*!< Function assigned for the core: Cortex-M4[m4] */
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_SAI3_RXFS_GPT1_CAPTURE1, 0U);
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_RXD_UART4_RX, 0U);
...
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./ board.h/board.c 用于 i.MX8MM M4 核心基本初始化配置,本文不做修改。
./ clock_config.h/clock_config.c 用于 i.MX8MM M4 核心基本时钟配置,本文不做修改。
c). GPT Capture 功能实现
./ 本文 GPT Capture 功能定义
GPT1 capture1 管脚输入一个给定频率(如 1k Hz )和占空比(如 50% ) 的PWM 信号,通过捕获输入上升/下降沿中断,分别获得相邻两次中断的 GPT Counter 计数器的计数,并以此来计算输入 PWM 信号的半波周期。
./ GPT Capture 功能基本都是通过 gpt_capture.c 文件代码来实现,默认 sample 是捕获上升沿中断后,打印中断当时的 GPT Counter 计数数值。
./ 为了实现本文定义的捕获功能,首先增加如下全局变量定义
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/*******************************************************************************
* Variables
******************************************************************************/
volatile bool gptIsrFlag_Start = false;
volatile bool gptIsrFlag_Finish = false;
volatile bool gptIsrFlag_Overflow = false;
volatile uint32_t captureVal = 0;
volatile uint32_t captureVal_Last = 0;
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// gptIsrFlag_Start 定义为第一次捕获中断开始标志
// gptIsrFlag_Finish 定义为第二次捕获中断结束标志
// gptIsrFlag_Overflow 定义为 GPT Counter 溢出标志
// captureVal 定义为第二次中断 GPT Counter 数值
// captureVal_Last 定义为第一次中断 GPT Counter 数值
./ GPT Interrupt 函数修改如下:
首先处理计数器溢出情况,如果中断发生时候已经发生溢出,则声明 gptIsrFlag_Overflow 溢出标志位;然后通过 gptIsrFlag_Start / gptIsrFlag_Finish 标志位来分别处理第一次和第二次中断,获取第一次和第二次中断时候的 GPT Counter 数值,同时分别翻转 GPT Capture Interrupt 模式。另外,当溢出发生在第一次中断计数和第二次中断计数之间的时候,需要将第二次中断计数数值增加溢出值 0xffffffff。
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void EXAMPLE_GPT_CAPTURE_IRQHandler(void)
{
/* GPT Counter Overflow processing */
if (GPT_GetStatusFlags(DEMO_GPT_BASE, kGPT_RollOverFlag) != false)
{
if (gptIsrFlag_Start != true)
{
gptIsrFlag_Overflow = true;
}
GPT_ClearStatusFlags(DEMO_GPT_BASE, kGPT_RollOverFlag);
}
if (GPT_GetStatusFlags(DEMO_GPT_BASE, kGPT_InputCapture1Flag) != false)
{
if(gptIsrFlag_Finish != true)
{
/* First time IRQ */
if (gptIsrFlag_Start == false)
{
captureVal_Last = GPT_GetInputCaptureValue(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL);
/* Switch Interrupt mode to falling edge */
GPT_SetInputOperationMode(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL, kGPT_InputOperation_FallEdge);
gptIsrFlag_Start = true;
}
/* Second time IRQ */
/* GPT counter overflow */
else if (gptIsrFlag_Overflow == true)
{
captureVal = GPT_GetInputCaptureValue(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL) + 0xffffffff;
/* Switch Interrupt mode to rising edge */
GPT_SetInputOperationMode(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL, kGPT_InputOperation_RiseEdge);
gptIsrFlag_Start = false;
gptIsrFlag_Finish = true;
}
else
{
captureVal = GPT_GetInputCaptureValue(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL);
/* Switch Interrupt mode to rising edge */
GPT_SetInputOperationMode(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL, kGPT_InputOperation_RiseEdge);
gptIsrFlag_Start = false;
gptIsrFlag_Finish = true;
}
}
GPT_ClearStatusFlags(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_CHANNEL_FLAG);
}
SDK_ISR_EXIT_BARRIER;
}
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./ Main 主函数修改如下:
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int main(void)
{
gpt_config_t gptConfig;
...
GPT_GetDefaultConfig(&gptConfig);
/* Initialize GPT module */
GPT_Init(DEMO_GPT_BASE, &gptConfig);
...
/* Setup input capture on a gpt channel */
GPT_SetInputOperationMode(DEMO_GPT_BASE, BOARD_GPT_INPUT_CAPTURE_CHANNEL, kGPT_InputOperation_RiseEdge);
...
/* Enable GPT Overflow interrupt */
GPT_EnableInterrupts(DEMO_GPT_BASE, kGPT_RollOverFlagInterruptEnable);
...
while (true)
{
/* Check whether occur 2nd interupt */
if (true == gptIsrFlag_Finish)
{
PRINTF("\r\n Input Capture Half Period Value =%u us\r\n", (captureVal - captureVal_Last)/24);
gptIsrFlag_Finish = false;
}
else
{
__WFI();
}
}
}
-----------------------------
// 通过 GPT_GetDefaultConfig 函数获取默认的 GPT Capture 配置,参考 docs 目录下的 MCUXpresso SDK API Reference Manual_MIMX8MM6.pdf 文档,可以查到默认配置如下,如果需要也可以修改这个配置
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config->clockSource = kGPT_ClockSource_Periph;
config->divider = 1U;
config->enableRunInStop = true;
config->enableRunInWait = true;
config->enableRunInDoze = false;
config->enableRunInDbg = false;
config->enableFreeRun = false;
config->enableMode = true;
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// 通过 GPT_SetInputOperationMode 函数将 GPT Capture 模式初始配置为上升沿触发
// 为了处理 GPT Counter Overflow,使能对应中断
// while 函数循环执行当 gptIsrFlag_Finish 第二次中断采集结束标志位声明后,打印捕获的输入 PWM 波的半波周期。这里需要说明下,由于 NXP iMX8MM SoC 也受到如下 Errata 影响,因此 GPT Clock Source 只能使用内部 24M Hz 时钟源,所以这里 printf 函数直接使用 24M 来算出半波周期是多少 us 。
https://www.nxp.com.cn/docs/en/errata/IMX8X_C0_0N99Z_ER.pdf
5). Verdin i.MX8MM Cortex-M4核心FreeRTOS GPT Capture示例部署测试
a). 将上述修改后的项目参考章节 3 的相关资料编译后,复制 gpt_capture.bin 可执行文件到 Verdin i.MX8MM 核心板 Linux /home/root 目录下保存。
b). 对Verdin i.MX8MM 模块进入 U-boot 命令行,通过如下命令配置 Cortex-M4 核心 Firmware 下载和运行
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# setenv load_cmd "ext4load mmc 0:2"
# setenv m4image "/home/root/gpt_capture.bin"
> setenv m4image_size 17000
> setenv loadm4image "${load_cmd} ${loadaddr} ${m4image}"
> setenv m4boot "${loadm4image}; cp.b ${loadaddr} 0x7e0000 ${m4image_size}; dcache flush; bootaux 0x7e0000"
> saveenv
> run m4boot
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c). Verdin i.MX8MM Cortex-M4 核心运行后其调试串口打印信息
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GPT input capture example
Once the input signal is received the input capture half peroid is printed
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d). 此时在 Verdin i.MX8MP 平台通过如下脚本使能 1kHz 50% 占空比 PWM 输出 10s 时间
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#!/bin/sh
cd /sys/class/pwm/pwmchip0/
echo 0 > export
echo 1000000 > pwm0/period
echo 500000 > pwm0/duty_cycle
echo "normal" > pwm0/polarity
echo 1 > pwm0/enable
sleep 10
echo 0 > pwm0/enable
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e). 这时 Verdin i.MX8MM Cortex-M4 调试串口就会打印出对应的半波周期
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...
Input Capture Half Period Value =500 us
Input Capture Half Period Value =499 us
Input Capture Half Period Value =499 us
Input Capture Half Period Value =499 us
...
-----------------------------
f). 尝试将 Verdin i.MX8MP PWM 修改为 10kHz 80%/20% 占空比
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...
echo 100000 > pwm0/period
echo 80000 > pwm0/duty_cycle
...
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g). Verdin i.MX8MM Cortex-M4 输出周期会对应变化
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Input Capture Half Period Value =80 us
Input Capture Half Period Value =80 us
Input Capture Half Period Value =80 us
Input Capture Half Period Value =80 us
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h). 最后,由于 Verdin i.MX8MM GPT1 CAPTURE1 管脚在 Cortex-A53 核心 Linux 下默认是用于 WAKEUP GPIO 使用,如果需要同时运行 Verdin i.MX8MM Cortex-A53 核心和 Cortex-M4 核心,就需要在 Linux device-tree 文件中将 WAKEUP gpio-key 功能替换为其他 GPIO 管脚资源。
imx8mm-verdin.dtsi « freescale « dts « boot « arm64 « arch - linux-toradex.git - Linux kernel for Apalis and Colibri modules
6). 总结
本文简单示例了基于i.MX8MM Cortex-M4 核心 GPT Capture 功能供参考。