Microprocessadores Tópicos Esp. em Eletrônica Industrial

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ - UTFPR DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA - DAELT CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA MESTRADO EM SISTEMAS DE ENERGIA - PPGSE Microprocessadores Tópicos Esp. em Eletrônica Industrial - amauriassef@utfpr.edu.br paginapessoal.utfpr.edu.br/amauriassef 1

2 Tiva C TM4C123GH6PM Módulo System Tick Timer Visão global do módulo System Tick Timer O temporizador do sistema de 24 bits, System Tick Timer ou SysTick, está presente em diversos núcleos de processadores ARM da série M: Core-M0 Processor, M0+, M1, M3 e Core-M4 Processor 2

3 ARM System Tick Timer (Temporizador do Sistema) Timer do sistema decrescente de 24 bits (clear-on-write) Usado como um temporizador para operações Real Time Operating System (RTOS) ou como simples contador Pode gerar a excessão Systick usando o Interrupt Control and State (INTCTRL) Informações completas sobre o temporizador no Manual de Referência : ARM Cortex -M4 Processor - Technical Reference Manual ( Cortex -M3 Devices - Generic User Guide ( 3

4 Registro IPSR Interrupt Program Status Register (manual ARM Cortex M3): Vector: valor armazenado na pilha com ocorre um serviço de interrupção (ISR number) Fonte: ARM Cortex -M3 4

5 Atribuições do vetor de interrupção: Vector: valor armazenado na pilha com ocorre um serviço de interrupção (ISR number) IRQ : contador da interrupção fora do core = (Vector 16) Fonte: Tiva C Manual 5

6 Exemplo de aplicações do Systick Timer: Temporizador RTOS que dispara a uma taxa programável (por exemplo, 100 Hz) e invoca uma rotina SysTick Temporizador de alarme de alta velocidade usando o relógio do sistema Alarme de taxa variável ou um temporizador de sinal - a duração depende do intervalo no relógio de referência usado e do alcance dinâmico do contador Um contador simples usado para medir o tempo até a conclusão e o tempo usado Um controle de fonte de relógio interno com base em durações de falta/reunião. O bit COUNT no controle STCTRL e no registro de status pode ser usado para determinar se uma ação foi completada dentro de uma duração definida, como parte de um loop dinâmico de controle de gerenciamento de clock 6

7 Registradores do core ARM - SysTick Timer A contagem é regressiva do valor de recarga (reload) até zero, repedindo-se este processo com o valor do registrador SYST_RVR na próxima próxima borda de clock e assim sucessivamente. Fonte: ARM Cortex -M3 7

8 Registradores do SysTick Timer no Tiva C SysTick Control and Status (STCTRL): contador de controle e status para configurar o clock, habilitar o contador, ativar a interrupção SysTick e determinar o status do contador SysTick Reload Value (STRELOAD): Valor de recarga do contador SysTick Current Value (STCURRENT): O valor atual do contador 8

9 SysTick Control and Status (STCTRL): Bits Nome Descrição 16 COUNT 0 - O SysTick não contou com até 0 desde a última vez que este bit foi lido 1 - O SysTick contou até 0 desde a última vez que este bit foi lido. Este bit é apagado por uma leitura do registro ou se o registro STCURRENT é escrito com qualquer valor. 2 CLK_SRC 0 - Oscilador interno de precisão (PIOSC) dividido por Clock do sistema 1 INTEN 0 - A geração de interrupção está desativada. O software pode usar o bit COUNT para determinar se o contador já chegou a Uma interrupção é gerada para o NVIC quando SysTick decrementa até 0. 0 ENABLE 0 - O contador está desabilitado. 1 - Permite que o SysTick funcione de uma maneira multi-shot. Ou seja, o contador carrega o valor RELOAD e começa a decrementar. Ao chegar a 0, o bit COUNT é setado e uma interrupção é gerada se habilitada pelo INTEN. O contador carrega 9 o valor RELOAD novamente e começa a contar.

10 SysTick Reload Value (STRELOAD): Bits Nome Descrição 23:0 RELOAD Valor para carregar no registro SysTick Current Value (STCURRENT) quando o contador atingir 0. Valor de recarga Pode ser qualquer valor entre 0x x00FFFFFF Para gerar um contagem de N ciclos, carregar o RELOAD com N-1 Exemplo: para gerar uma interrupção a cada 100 pulsos de clock: RELOAD = 99 Obs: para acessar este registro corretamente, o relógio do sistema deve ser mais rápido do que 8 MHz 10

11 SysTick Current Value (STCURRENT): Bits Nome Descrição 23:0 CURRENT Este campo contém o valor atual no momento em que o registro é acessado. Nenhuma proteção read-modify-write é fornecida, então mude com cuidado. Este registro é WRITE-CLEAR. Escrever para ele com qualquer valor limpa o registro. Limpar este registro também limpa o bit COUNT do registrador STCTRL 11

12 Descrição de funcionamento do Systick no Tiva: Quando ativado, o Systick é decrementado a cada ciclo de clock, a partir do valor de recarga até 0, recarrega para o valor do registro STRELOAD na próxima borda de clock, e repete o processo. Limpar o registro STRELOAD desativa o contador no próximo ciclo de contagem. Quando o contador atinge 0, o bit de status COUNT é setado. O bit COUNT é limpo na leitura. STRELOAD 0 COUNT <- 1 (STCTRL) 12

13 Escrever para o registro STCURRENT apaga o registro e o bit de status COUNT. A escrita não desencadeia a lógica de exceção do SysTick. Em uma leitura, o valor atual é o valor do registro no momento em que o registro é acessado. Fonte do Systick Timer O contador SysTick é executado a partir do clock do sistema ou do oscilador interno de precisão (PIOSC) dividido por 4. Se esse sinal de clock for parado para o modo de baixa energia, o SysTick para. SysTick pode ser mantido funcionando durante o modo Deepsleep configurando o bit CLK_SRC no registrador SysTick Control e Status Register (STCTRL) e garantindo que o bit PIOSCPD no registro Deep Configuration Clock Clock (DSLPCLKCFG) esteja limpo. 13

14 Inicialização do Systick Timer O recarregamento do contador SysTick e o valor atual são indefinidos na reinicialização A sequência de inicialização correta para o contador SysTick é: 1) Programe o valor no registro STRELOAD 2) Limpe o registro STCURRENT escrevendo para ele com qualquer valor 3) Configure o registro STCTRL para a operação necessária 14

15 Exemplo com o SysTick Timer no Tiva C #define NUM_TICKERS 4 // número de contadores static volatile uint32_t DelayTimerTick = 0; volatile uint32_t Ticker[NUM_TICKERS]; // variável sem otimização pelo compilador void Init_systick() { uint8_t i; for(i=0; i<num_tickers; i++) Ticker[i] = 0; // limpa os contadores }... 15

16 Exemplo de SysTick Timer no Tiva C void SysTickIntHandler (void) { uint8_t i; if (DelayTimerTick < 0xFFFFFFFF) DelayTimerTick++; // Função de interrupção do Systick Timer // incrementa contadores de interrupção } for(i=0; i<num_tickers; i++) if (Ticker[i] < 0xFFFFFFFF) Ticker[i]++; // incrementa contadores de interrupção // Função para atraso em milisegundos void Delay_ms (uint32_t TicksIn_ms) // função de atraso em ms { DelayTimerTick = 0; while(delaytimertick<ticksin_ms) { } // espera contar até o valor de TicksIn_mS } 16

17 Exemplo (sem o Systick Timer): 1) Escrever o código para que os LEDs da placa Tiva C sejam acesos em sequencia com atraso de 500ms. //Inicializa o Systick Timer Init_SysTick(); while(1) { //liga 1º LED O problema é o programa fica travado na função de atraso GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, RED_LED BLUE_LED GREEN_LED, RED_LED); SysCtlDelay(atraso_500ms); // Delay_ms(500); //liga 2º LED GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, RED_LED BLUE_LED GREEN_LED, GREEN_LED); SysCtlDelay(atraso_500ms); // Delay_ms(500); } //liga 3º LED GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, RED_LED BLUE_LED GREEN_LED, BLUE_LED); SysCtlDelay(atraso_500ms); // Delay_ms(500); 17

18 Exemplo (com o Systick Timer): 2) Escrever o código para que os LEDs vermelho e verde pisquem com atraso de 500ms e 1000ms, respectivamente. //Inicializa o Systick Timer Init_SysTick(); while(1) { if (Ticker[0] >= 500) { Ticker[0] = 0; } // 500 ms // limpa contador de 500 ms GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, RED_LED, RED_LED); } if (Ticker[1] >= 1000) // 1000 ms { Ticker[1] = 0; // limpa contador de 1000 ms GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GREEN_LED, GREEN_LED); }... Uma solução é utilizar os contadores para controle máquina de estados 18

19 APIs do TivaWare Incluir o arquivo systick.h #include "driverlib/systick.h" //***************************************************************************** // // Prototypes for the APIs. // //***************************************************************************** extern void SysTickEnable(void); extern void SysTickDisable(void); extern void SysTickIntRegister(void (*pfnhandler)(void)); extern void SysTickIntUnregister(void); extern void SysTickIntEnable(void); extern void SysTickIntDisable(void); extern void SysTickPeriodSet(uint32_t ui32period); extern uint32_t SysTickPeriodGet(void); extern uint32_t SysTickValueGet(void); //***************************************************************************** 19

20 Exemplo: Exemplo de inicializado do Systick Timer void Init_Systick (void){ // // Initialize the interrupt counter. // g_ui32counter = 0; // Set up the period for the SysTick timer. The SysTick timer period will // be equal to the system clock, resulting in a period of 1 second. SysTickPeriodSet(SysCtlClockGet()); // Enable interrupts to the processor ARM. // IntMasterEnable(); // Enable the SysTick Interrupt. // SysTickIntEnable(); } // Enable SysTick. // SysTickEnable(); 20

21 void SysTickIntHandler(void) { // // Update the Systick interrupt counter. // g_ui32counter++; } ui32prevcount = 0; while(1) { if(ui32prevcount!= g_ui32counter) { // // Print the interrupt counter. // UARTprintf("Numero de interrupcoes: %d\r", g_ui32counter); ui32prevcount = g_ui32counter; } } 21

22 Referências Main page: Tiva C Series TM4C123G LaunchPad: TM4C123GH6PM folder: LaunchPad Wiki: Valvano, Jonathan. Embedded Systems (Introduction to Arm\xae Cortex\u2122-M Microcontrollers) (p. 260). Jonathan Valvano. E Microcontroladores ARM7 (Philips - Família LPC213x) : O poder dos 32 Bits - teoria e prática / Daniel Rodrigues de Sousa Microcontroladores ARMTM CortexTM-M3 (família LPC175x/6x da NXP) : Programação em linguagem C / Alberto Noboru Miyadaira Introdução aos microcontroladores ARM Cortex-M4 Tiva C Series da Texas Instruments, Stéfano Andrade de Souza, Março de 2015 DriverLib - CC13xx Driver Library from Texas Instruments /products/cc13xxware_2_03_02_16941/doc/driverlib/index.html 22