【【FPGA 之 MicroBlaze定时器中断实验】】

news2025/1/10 11:22:31

FPGA 之 MicroBlaze定时器中断实验

AXI Timer 具有 AXI 总线接口，能够产生不同时间周期和占空比的时钟、脉冲产生电路、产生与时间有关的中断和用于电机控制的脉宽调制信号。
AXI Timer IP 核提供了一个 AXI4 Lite 接口用于与处理器通信；它内部有两个可编程的定时器，具有中断、事件生成和事件捕获功能，用户可根据自身需求选择 8、16、32 位定时器的计数宽度；通过对两个定时器联合操作，可以输出一个脉宽调制信号，我们可以通过该信号控制一些外设，如 LED 等；我们也可以对两个 32 位宽的定时器进行级联操作，生成一个 64 位宽的定时器；在软件调试期间冻结停止计数器的输入。
在这里插入图片描述

AXI4-Lite Interface（AXI4-Lite 接口）：该 AXI4-lite 接口模块被设计成 AXI4-lite 从接口，用于访问内存映射的定时器寄存器，我们也可以通过该接口对各个寄存器模块进行配置。

Timer Registers（定时器寄存器）：该模块是一组 32 位寄存器。这组寄存器包含加载寄存器（Load Register）、
定时器/计数器寄存器和控制/状态寄存器（Control/Status Registers）。加载寄存器保存用于事件生成的计数
器的初始值或捕获值。控制/状态寄存器包含定时器模块的控制位和状态位。

32-bit Counters（32 位寄存器）：定时器/计数器模块有两个 32 位计数器，每个计数器可设置为递增或
递减计数，并可从加载寄存器中加载一个值。

Interrupt Control（中断控制）：中断控制模块根据操作模式生成单个中断。

Pulse Width Modulation (PWM，脉宽调制)：PWM 模块能够产生具有指定频率和占空比的脉冲信号
PWM0。它使用 Timer0 作为 PWM0 周期，Timer1 作为 PWM0 输出宽度。

本章的实验任务是 通过定时器产生中断，控制 LED 灯闪烁。

实验框图 如下
在这里插入图片描述

为了方便记忆 我们拿出最小系统
在这里插入图片描述

多了的就是 一个 AXI Timer 和 GPIO-LED

每次实验 我们都会介绍一下 当前使用的IP的各个选项意思及作用

在这里插入图片描述

配置完成之后 设计的总体结构布局 如图所示
在这里插入图片描述

我们修改 XDC 文件

create_clock -period 20.000 -name sys_clk [get_ports sys_clk]
set_property PACKAGE_PIN R4 [get_ports sys_clk]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports sys_clk]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports sys_rst_n]
set_property PACKAGE_PIN U2 [get_ports sys_rst_n]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports UART_rxd]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports UART_txd]
set_property PACKAGE_PIN U5 [get_ports UART_rxd]
set_property PACKAGE_PIN T6 [get_ports UART_txd]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led_tri_io[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led_tri_io[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led_tri_io[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led_tri_io[0]}]
set_property PACKAGE_PIN Y2 [get_ports {led_tri_io[3]}]
set_property PACKAGE_PIN V2 [get_ports {led_tri_io[2]}]
set_property PACKAGE_PIN R3 [get_ports {led_tri_io[1]}]
set_property PACKAGE_PIN R2 [get_ports {led_tri_io[0]}]

我们可以从 plantform 可以找到我们想要的 板级验证包 说实话 我觉得vitis 要比 SDK好用

#include <stdio.h>
 #include "xparameters.h"
 #include "xintc.h"
 #include "xtmrctr.h"
 #include "xil_exception.h"
 #include "xgpio.h"
 #include "xil_printf.h"

 #define LED_DEV_ID XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID //LED ID
 #define INTC_ID XPAR_INTC_0_DEVICE_ID //中断控制器 ID
 #define TMRCTR_DEVICE_ID XPAR_TMRCTR_0_DEVICE_ID //定时器中断 ID

 #define TMRCTR_INTR_ID XPAR_INTC_0_TMRCTR_0_VEC_ID //定时中断 ID

 #define XIL_EXCEPTION_ID_INT 16U //中断异常 ID

 #define LED_Channel 1

 XIntc Intc; //中断控制器实例
 XGpio led_gpio; //LED 实例
 XTmrCtr Timer; //定时器实例

 void timer_intr_hander(void *InstancePtr);

 int main(){
 print ("timer interrupt test\n");
 //初始化 LED
 XGpio_Initialize(&led_gpio, LED_DEV_ID);
 //为指定的 GPIO 信道设置所有独立信号的输入/输出方向
 XGpio_SetDataDirection(&led_gpio, 1, 0);
 //设置 LED 初始值
 XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0x0f);
 //定时器初始化
 XTmrCtr_Initialize(&Timer, TMRCTR_DEVICE_ID);
 //为指定的计时器启用指定的选项。
 XTmrCtr_SetOptions(&Timer, 0,XTC_INT_MODE_OPTION | //中断操作
 XTC_AUTO_RELOAD_OPTION | //自动加载
XTC_DOWN_COUNT_OPTION); //递减计数

 //设置指定计时器的重置值
 XTmrCtr_SetResetValue(&Timer, 0, 50000000);
 //设置计时器回调函数，指定的计时器满一个周期时驱动程序将调用该回调函数
 XTmrCtr_SetHandler(&Timer, timer_intr_hander,&Timer);
 //开启定时器
 XTmrCtr_Start(&Timer, 0);
 //中断控制器初始化
 XIntc_Initialize(&Intc, INTC_ID);
 //关联中断源和中断处理函数
 XIntc_Connect(&Intc, TMRCTR_INTR_ID,
 (XInterruptHandler)XTmrCtr_InterruptHandler,&Timer);
 //开启中断控制器
 XIntc_Start(&Intc, XIN_REAL_MODE);
 //使能中断控制器
 XIntc_Enable(&Intc, TMRCTR_INTR_ID);
 //设置并打开中断异常处理
 Xil_ExceptionInit();
 Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,
 (Xil_ExceptionHandler)XIntc_InterruptHandler,
 &Intc);
 Xil_ExceptionEnable();

 while(1);
 }

 void timer_intr_hander(void *InstancePtr) //回调函数
 {
 static int led_state = 0x00;
 //检测定时器是否满一个计数周期
 if (XTmrCtr_IsExpired(&Timer, 0)){
 led_state = ~led_state; //LED 状态翻转
 XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, led_state); //输出 LED 值
 }
 }

我们根据之前的对于中断的理解 可以这么理解
我们很明显的发现代码其实分为3个部分

一开始是 include 包含头文件

#include <stdio.h>
 #include "xparameters.h"
 #include "xintc.h"
 #include "xtmrctr.h"
 #include "xil_exception.h"
 #include "xgpio.h"
 #include "xil_printf.h"

接下来是

#define LED_DEV_ID     XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID //LED ID
 #define INTC_ID        XPAR_INTC_0_DEVICE_ID //中断控制器 ID
 #define TMRCTR_DEVICE_ID     XPAR_TMRCTR_0_DEVICE_ID //定时器中断 ID

 #define TMRCTR_INTR_ID     XPAR_INTC_0_TMRCTR_0_VEC_ID //定时中断 ID

 #define XIL_EXCEPTION_ID_INT   16U //中断异常 ID

 #define LED_Channel 1

都是前面介绍过的

接下来的 19到 23行

XIntc Intc; //中断控制器实例
XGpio led_gpio; //LED 实例
XTmrCtr Timer; //定时器实例
void timer_intr_hander(void *InstancePtr);
是我们结构体介绍 还有声明 中断处理函数 

接下来28到32行
//初始化 LED
XGpio_Initialize(&led_gpio, LED_DEV_ID);
//为指定的 GPIO 信道设置所有独立信号的输入/输出方向
XGpio_SetDataDirection(&led_gpio, 1, 0);
//设置 LED 初始值
XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0x0f);

完成对基本的GPIO设置
（我们发现窍门没有 都是先初始化GPIO ， 再设置一下 GPIO的 信号到底是输入还是输出 ，再确定

接下来轮到我们新使用的AXI Timer

//定时器初始化
XTmrCtr_Initialize(&Timer, TMRCTR_DEVICE_ID);
//为指定的计时器启用指定的选项。
XTmrCtr_SetOptions(&Timer, 0,XTC_INT_MODE_OPTION | //中断操作
XTC_AUTO_RELOAD_OPTION | //自动加载
XTC_DOWN_COUNT_OPTION); //递减计数
//设置指定计时器的重置值
XTmrCtr_SetResetValue(&Timer, 0, 50000000);
//设置计时器回调函数，指定的计时器满一个周期时驱动程序将调用该回调函数
XTmrCtr_SetHandler(&Timer, timer_intr_hander,&Timer);
//开启定时器
XTmrCtr_Start(&Timer, 0);

我们掐头去尾 仔细分析 头尾 是 这个block 中 其他的 关于中断也有的东西 拿到一个新的东西 先用来 初始化 最后 开启定时器 或者最后 使能中断控制器
我们现在来看中间的配置

//为指定的计时器启用指定的选项。
XTmrCtr_SetOptions(&Timer, 0,XTC_INT_MODE_OPTION | //中断操作
XTC_AUTO_RELOAD_OPTION | //自动加载
XTC_DOWN_COUNT_OPTION); //递减计数
//设置指定计时器的重置值
XTmrCtr_SetResetValue(&Timer, 0, 50000000);
//设置计时器回调函数，指定的计时器满一个周期时驱动程序将调用该回调函数
XTmrCtr_SetHandler(&Timer, timer_intr_hander,&Timer);
其实是一个 从现实来讲 很连贯的问题  我们初始化定时器了 那么要定时器执行什么功能
XTmrCtr_SetOptions(&Timer, 0,XTC_INT_MODE_OPTION | //中断操作
XTC_AUTO_RELOAD_OPTION | //自动加载
XTC_DOWN_COUNT_OPTION); //递减计数

ok 既然如此 那么至少设定一个初始值 让它到哪里停止 和从哪里开始 既然是递减 那么到最后了我们需要的干什么 执行回调函数代码第 41行设置生成值，这里我们设为 50000000，即 0.5 秒（由于处理器时钟频率为 100M）。代码第 43 行设置回调函数，当指定的定时器满一个周期时驱动程序将调用该回调函数。代码第 45 行启动指定的定时器。

在下面就是中断异常 启动等等 设计了

//中断控制器初始化
 XIntc_Initialize(&Intc, INTC_ID);
 //关联中断源和中断处理函数
 XIntc_Connect(&Intc, TMRCTR_INTR_ID,
 (XInterruptHandler)XTmrCtr_InterruptHandler,&Timer);
 //开启中断控制器
 XIntc_Start(&Intc, XIN_REAL_MODE);
 //使能中断控制器
 XIntc_Enable(&Intc, TMRCTR_INTR_ID);
 
 
 //设置并打开中断异常处理
 Xil_ExceptionInit();
 Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,
 (Xil_ExceptionHandler)XIntc_InterruptHandler,
 &Intc);
 Xil_ExceptionEnable();

然后 再下面 就是while 循环的 主要工作了

while(1)

没了

最后一个是 回调函数的定义

void timer_intr_hander(void *InstancePtr) //回调函数
{
static int led_state = 0x00;
//检测定时器是否满一个计数周期
if (XTmrCtr_IsExpired(&Timer, 0)){
led_state = ~led_state; //LED 状态翻转
XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, led_state); //输出 LED 值
}
}

在这里插入图片描述

整个调试窗口

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