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NXP iMX8MM Cortex-M4 核心 GPT Capture 測試

2024/3/6 17:14:39

1). 簡介

NXP i.MX8 系列處理器均為異構多核架構 SoC，除了可以運行 Linux 等復雜操作系統(tǒng)的 Cortax-A 核心，還包含了可以運行實時操作系統(tǒng)比如 FreeRTOS 的 Cortex-M 核心，本文就演示通過 NXP i.MX8MM 處理器集成的 Cortex-M4 核心來運行 GPT (General Purpose Timer) 輸入采集功能模塊的測試。

I.MX8M Mini 處理器 GPT 模塊硬件比較簡單，如下框圖，可以實現(xiàn) Capture 捕獲輸入功能和 Compare 定時輸出功能。

NXP iMX8MM Cortex-M4 核心 GPT Capture 測試_web333.png

本文所演示的ARM平臺來自于Toradex 基于NXP i.MX8M Mini ARM處理器的Verdin iMX8MM ARM嵌入式平臺。

2. 準備

a). Verdin i.MX8MM ARM核心版配合Verdin Development Board，連接調試串口（載板X66）到開發(fā)主機方便調試，X66 連接了4個串口，其中第三個是 Cortex-M4 核心的默認調試串口，第四個是 Cortex-A53 核心的默認調試串口。

b). 為了測試 GPT 輸入捕獲，相應的需要一個PWM 波發(fā)生設備，這里使用Toradex 基于NXP i.MX8M Plus ARM處理器的Verdin i.MX8MP 核心板配合 Dahlia Board 作為PWM output使用。同樣連接調試串口（載板X18）到開發(fā)主機方便調試。

c). Verdin i.MX8MP Cortex-A53 核心系統(tǒng)使用Toradex Yocto Linux BSP6, 更多說明請參考這里。

d). 參考如下將 Verdin i.MX8MP PWM1 連接到 Verdin i.MX8MM GPT1 Capture 管腳，同時為了阻斷載板其他電路干擾，將 Verdin Development Board X6 Pin_24 的跳線帽去掉。

Dahlia Board X20 Pin_9 -> Verdin Development Board X5Pin_24 SODIMM_252

3). Verdin i.MX8MM M4核心FreeRTOS基本資料

a). Verdin i.MX8MM HMP(Heterogeneous Multi-core Processing) 架構基本說明請參考如下：

https://developer.toradex.cn/software/cortex-m/hmp-memory-areas-on-toradex-soms/

b). 參考如下說明下載配置 NXP 用于開發(fā) Cortex-M 核心的 MCUXpresso SDK

https://developer.toradex.cn/software/cortex-m/setting-up-sdk-toolchain/

c). Verdin i.MX8MM 編譯運行 M4 firmware 操作流程請參考如下文章

https://developer.toradex.cn/software/real-time/freertos/freertos-on-the-cortex-m4-of-a-verdin-imx8mm

d). MCUXpresso SDK 包含的 sample 示例應用可以參考如下 SDK 源位置

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$cd/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示例驅動開發(fā)

a). Verdin i.MX8MM MCUXpresso SDK 已經(jīng)包含一個簡單的 GPT Capture sample驅動，本文基于此 sample 進行修改測試。

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$cd/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). 首先先確認 pin_mux 定義以及其他 i.MX8MM 初始化基本配置，如果需要可以進行修改

./ pin_mux.h/pin_mux.c 用于確定項目中使用的管腳定義，本文中使用的正好就是示例默認的 GPT1 Capture1 管腳，因此無需修改。如果用到其他管腳，就需要進行修改，支持的所有管腳定義可以參考 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);

...

-----------------------------

./ 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 核心基本時鐘配置，本文不做修改。

c). GPT Capture 功能實現(xiàn)

./ 本文 GPT Capture 功能定義

GPT1 capture1 管腳輸入一個給定頻率（如 1k Hz ）和占空比（如 50% ）的PWM 信號，通過捕獲輸入上升/下降沿中斷，分別獲得相鄰兩次中斷的 GPT Counter 計數(shù)器的計數(shù)，并以此來計算輸入 PWM 信號的半波周期。

./ GPT Capture 功能基本都是通過 gpt_capture.c 文件代碼來實現(xiàn)，默認 sample 是捕獲上升沿中斷后，打印中斷當時的 GPT Counter 計數(shù)數(shù)值。

./ 為了實現(xiàn)本文定義的捕獲功能，首先增加如下全局變量定義

-----------------------------

/*******************************************************************************

* 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;

-----------------------------

// gptIsrFlag_Start 定義為第一次捕獲中斷開始標志

// gptIsrFlag_Finish 定義為第二次捕獲中斷結束標志

// gptIsrFlag_Overflow 定義為 GPT Counter 溢出標志

// captureVal 定義為第二次中斷 GPT Counter 數(shù)值

// captureVal_Last 定義為第一次中斷 GPT Counter 數(shù)值

./ GPT Interrupt 函數(shù)修改如下：

首先處理計數(shù)器溢出情況，如果中斷發(fā)生時候已經(jīng)發(fā)生溢出，則聲明 gptIsrFlag_Overflow 溢出標志位；然后通過 gptIsrFlag_Start / gptIsrFlag_Finish 標志位來分別處理第一次和第二次中斷，獲取第一次和第二次中斷時候的 GPT Counter 數(shù)值，同時分別翻轉 GPT Capture Interrupt 模式。另外，當溢出發(fā)生在第一次中斷計數(shù)和第二次中斷計數(shù)之間的時候，需要將第二次中斷計數(shù)數(shù)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;

}

-----------------------------

./ Main 主函數(shù)修改如下：

-----------------------------

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();

}

-----------------------------

// 通過 GPT_GetDefaultConfig 函數(shù)獲取默認的 GPT Capture 配置，參考 docs 目錄下的 MCUXpresso SDK API Reference Manual_MIMX8MM6.pdf 文檔，可以查到默認配置如下，如果需要也可以修改這個配置

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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;

-----------------------------

// 通過 GPT_SetInputOperationMode 函數(shù)將 GPT Capture 模式初始配置為上升沿觸發(fā)

// 為了處理 GPT Counter Overflow，使能對應中斷

// while 函數(shù)循環(huán)執(zhí)行當 gptIsrFlag_Finish 第二次中斷采集結束標志位聲明后，打印捕獲的輸入 PWM 波的半波周期。這里需要說明下，由于 NXP iMX8MM SoC 也受到如下 Errata 影響，因此 GPT Clock Source 只能使用內部 24M Hz 時鐘源，所以這里 printf 函數(shù)直接使用 24M 來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示例部署測試

a). 將上述修改后的項目參考章節(jié) 3 的相關資料編譯后，復制 gpt_capture.bin 可執(zhí)行文件到 Verdin i.MX8MM 核心板 Linux /home/root 目錄下保存。

b). 對Verdin i.MX8MM 模塊進入 U-boot 命令行，通過如下命令配置 Cortex-M4 核心 Firmware 下載和運行

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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 核心運行后其調試串口打印信息

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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). 此時在 Verdin i.MX8MP 平臺通過如下腳本使能 1kHz 50% 占空比 PWM 輸出 10s 時間

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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). 這時 Verdin i.MX8MM Cortex-M4 調試串口就會打印出對應的半波周期

-----------------------------

...

Input Capture Half Period Value =500 us

Input Capture Half Period Value =499 us

...

-----------------------------

f). 嘗試將 Verdin i.MX8MP PWM 修改為 10kHz 80%/20% 占空比

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...

echo 100000 > pwm0/period

echo 80000 > pwm0/duty_cycle

...

-----------------------------

g). Verdin i.MX8MM Cortex-M4 輸出周期會對應變化

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Input Capture Half Period Value =80 us

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h). 最后，由于 Verdin i.MX8MM GPT1 CAPTURE1 管腳在 Cortex-A53 核心 Linux 下默認是用于 WAKEUP GPIO 使用，如果需要同時運行 Verdin i.MX8MM Cortex-A53 核心和 Cortex-M4 核心，就需要在 Linux device-tree 文件中將 WAKEUP gpio-key 功能替換為其他 GPIO 管腳資源。