NXP iMX8MM Cortex-M4 核心 GPT Capture 测试_ARM_FreeRTOS

NXP iMX8MM Cortex-M4 核心 GPT Capture 测试

2024/3/6 17:14:39

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

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：

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

b). 参考如下说明下载配置 NXP 用于开发 Cortex-M 核心的 MCUXpresso SDK

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

c). Verdin i.MX8MM 编译运行 M4 firmware 操作流程请参考如下文章

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

d). MCUXpresso SDK 包含的 sample 示例应用可以参考如下 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/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);

...

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

./ 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;

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

// 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();

}

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// 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

...

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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

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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。