玳瑁的嵌入式日记---0925（ARM--时钟）
一、核心概念定义
1. 定时器（EPIT/GPT）
定时器是一种通过对已知频率的时钟信号进行计数，实现定时、延时或事件计数功能的硬件模块或软件机制。在嵌入式系统中，主要以硬件定时器模块形式存在，如 EPIT、GPT 等，是实现精准时序控制的核心组件。
2. 时钟（Clock）
在电子系统中，时钟是产生稳定、周期性振荡信号的电路或组件。其作用类似 “节拍器” 或 “心跳”，为数字电路（如 CPU、定时器、外设）的所有操作提供同步时序基准，确保各模块按统一节奏协同工作。
3. 实时时钟（RTC, Real Time Clock）
RTC 是微处理器中的专用功能模块，核心特点是在系统主电源关闭时，可通过备用电源（如纽扣电池）继续工作，从而持续提供精确的日历（年 / 月 / 日）和时间（时 / 分 / 秒）信息，常用于记录事件发生时间、唤醒休眠系统等场景。
二、硬件基础：时钟与分频相关组件
1. 时钟源：晶体振荡器
- 核心作用：为整个系统提供最原始、最稳定的时钟信号，是所有时序的 “源头”。
- 工作原理：将石英晶体切割成特定形状（如音叉形），对其施加交变电压后，晶体会因 “压电效应” 产生稳定的机械振荡，进而转化为电信号输出，频率精度远高于普通 RC 振荡电路。
2. PLL（Phase Locked Loop，锁相环电路）
- 核心功能：倍频（将输入时钟频率放大）。
- 作用场景：当晶体振荡器输出频率较低（如 12MHz），无法满足 CPU 或高速外设（如 USB、以太网）的高频需求时，通过 PLL 将基础频率倍频至目标频率（如 72MHz、1GHz），为系统提供高速时钟。
3. Prescale（分频器）
- 核心功能：分频（将输入时钟频率降低）。
- 作用场景：高速时钟（如 CPU 核心时钟）直接供给低速外设（如定时器、UART）时，会导致外设计数过快、功耗过高。通过分频器按固定比例（如 1/2、1/4、1/16）降低频率，得到外设所需的低速时钟。
4. PFD（Phase Fractional Prescale，相位分数分频器）
- 核心功能：灵活调节频率，输出频率可升可降（区别于普通分频器仅能降频），且支持非整数倍的频率调节（如将 10MHz 调节为 12.5MHz）。
- 优势：相比整数分频器，能提供更精细的频率梯度，满足不同外设对时钟精度的差异化需求。
三、经典单片机 / 处理器定时器工作原理
1. 51 单片机定时器
51 单片机定时器核心为8 位 / 16 位计数器，工作依赖系统时钟分频后的信号，核心特点如下：
- 8 位定时器（如 T0/T1 模式 0/2）：支持自动重装。初始化时设置 “计数初值”，计数器从初值开始累加，当计数到最大值（0xFF）时，自动将初值重新载入计数器，无需在中断服务程序中手动赋值，适合产生固定频率的脉冲或定时。
- 16 位定时器（如 T0/T1 模式 1）：需在中断服务程序中手动重装初值。16 位计数器最大值为 0xFFFF，计数溢出后会触发中断，需在中断服务函数中重新写入初值，才能继续下一轮定时，适合需要更长定时周期的场景。
2. I.MX6ULL 处理器定时器
I.MX6ULL 作为 ARM 架构处理器，定时器模块更丰富，核心介绍EPIT和GPT两种常用定时器：
（1）EPIT（Enhanced Periodic Interrupt Timer，增强型周期中断定时器）
- 核心定位：专注于周期性中断，适合实现固定间隔的定时任务（如定时采样、LED 闪烁）。
- 工作原理：
- 从系统时钟中选择合适的时钟源（需经过 PLL / 分频器处理）；
- 设置 “计数初值”：根据目标定时时间和时钟频率计算初值（公式：初值 = 定时时间 × 时钟频率）；
- 计数器从初值开始递减（部分型号为递增），当计数到 0 时，触发中断，并自动重装初值，进入下一轮计数，实现 “周期中断”。
- 典型实验：1s 中断反转 LED 灯假设时钟频率为 1MHz（1000000Hz），1s 定时需计数 1000000 次，因此设置计数初值为 1000000。计数器每减至 0 时触发中断，在中断服务函数中切换 LED 的电平状态（亮→灭 / 灭→亮），即可实现 LED1 秒闪烁。
（2）GPT（General Purpose Timer，通用目的定时器）
- 核心定位：功能更灵活，除定时外，还支持输入捕获和比较输出，适用于复杂时序控制场景。
- 核心功能：
- 输入捕获：检测外部引脚的电平变化（如上升沿、下降沿），并记录当前计数器值，可用于测量脉冲宽度、频率（如测量电机转速、红外信号解码）；
- 比较输出：预先设置 “比较值”，当计数器值与比较值相等时，触发指定动作（如输出高低电平、产生脉冲），可用于生成 PWM 波（如电机调速、LED 呼吸灯）；
- 自由运行模式：计数器从 0 开始持续递增，溢出后重新从 0 开始，可用于实现精准延时。
- 典型实验：自由运行模式编写精准延时函数
- 配置 GPT 时钟源（如 1MHz），开启自由运行模式；
- 延时函数中，记录延时开始时的计数器值（记为
start_val）； - 循环读取当前计数器值（
curr_val），计算差值curr_val - start_val； - 当差值达到 “延时时间 × 时钟频率” 时，退出循环，完成精准延时（如 1ms 延时需差值达到 1000）。
四、关键计算说明（避免混淆）
频率计算：1M = 1000×1000频率单位中，1MHz（兆赫兹）= 1000kHz（千赫兹）= 1000×1000Hz（赫兹），即 1 秒内振荡 1000000 次，常用于定时器初值计算（如 1MHz 时钟下，1ms 需计数 1000 次）。
存储容量计算：1MB = 1024×1024存储单位中，1MByte（兆字节）= 1024KByte（千字节）= 1024×1024Byte（字节），与频率计算的 “1000 进制” 不同，需注意区分，避免计算错误。
1. 什么是 PLL、Prescaler、PFD，它们各自有什么作用？
- PLL（Phase - Locked Loop，锁相环）：是一种反馈控制系统，能使输出信号的相位与输入参考信号的相位保持同步（锁定）。作用是将输入的参考时钟信号倍频，产生更高频率且稳定的时钟信号，为系统各模块提供时钟。
- Prescaler（预分频器）：是一种分频电路。作用是对输入的时钟信号进行分频，降低时钟频率，以满足不同模块对时钟频率的需求，比如一些低速外设不需要高频时钟，就可以通过预分频器降低时钟频率。
- PFD（Phase - Frequency Detector，鉴频鉴相器）：是 PLL 中的关键部件。作用是检测输入参考时钟和 PLL 反馈时钟之间的相位差和频率差，输出相应的误差信号，该误差信号用于后续调整 PLL 输出时钟的相位和频率，使 PLL 实现锁定。
2. IMX6ULL 中有几个 PLL？几个 PFD？
IMX6ULL 中有多个 PLL，常见的有 PLL1（系统 PLL）、PLL2（音频 PLL）、PLL3（USB PLL）、PLL4（视频 PLL）、PLL5（HDMI PLL）等；每个 PLL 通常有多个 PFD（比如 PLL1 有 4 个 PFD），不同的 PLL 所包含的 PFD 数量可能不同
3. 简述 ARM PLL 的配置流程
- 使能 PLL 相关时钟：确保 PLL 模块的电源和时钟使能，使其可以工作。
- 配置参考时钟源：选择 PLL 的输入参考时钟，比如选择外部晶振或者内部时钟源作为输入。
- 配置 PLL 控制寄存器：设置 PLL 的倍频系数、分频系数等参数，通过这些参数来确定 PLL 输出时钟的频率。
- 使能 PLL 并等待锁定：启动 PLL，然后等待 PLL 锁定指示信号，表明 PLL 已经稳定输出所需频率的时钟。
- 配置时钟分发：将 PLL 输出的时钟通过分频、选通等方式分发给系统各个需要时钟的模块，比如 CPU、外设等。
4. IMX6ULL 中的 EPIT 和 GPT 的工作原理是什么？
- EPIT（Enhanced Periodic Interrupt Timer，增强型周期性中断定时器）：
- 是一个 32 位的定时器，可工作在自由运行模式或周期性中断模式。
- 工作时，它从设定的初始值开始递减计数（也可递增，取决于配置），当计数到 0 时，产生中断信号，并且可以自动重新加载初始值，从而实现周期性的定时中断功能，常用于需要周期性触发的任务，如定时采样、周期性控制等。
- GPT（General Purpose Timer，通用定时器）：
- 是一个 32 位的定时器，功能更灵活。
- 它可以工作在多种模式下，如自由运行模式、周期性模式、输入捕获模式、输出比较模式等。//在自由运行模式下，定时器从 0 开始不断递增计数；在周期性模式下，计数到设定值后产生中断并重新加载初始值；输入捕获可用于测量外部事件的时间间隔；输出比较可用于产生特定的时序信号，广泛应用于各种定时、计数和时序控制场景。