经验分享 | HPMicro定制化波形--DMA推GPIO指南

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cathy 发布于:周二, 06/18/2024 - 10:28 ,关键词:

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Allen 先楫资深 FAE

8年产品研发经验,具有变频器、PLC等工业产品开发经验,也参与过汽车仪表、中控屏等车载产品的研发工作。在产品底层驱动、伺服驱动器、显示仪表等领域有着丰富开发经验。

在嵌入式产品应用开发中,经常需要MCU芯片产生任意的方波信号,从而驱动外设执行相应的操作。比如,驱动模拟量芯片、miniLED屏等。不同于PWM波这种占空比固定的信号,这些驱动信号往往是由等宽的高低电平任意排列的方波。

1.png

传统的GPIO模拟方波时序,不仅占用CPU资源,而且波形的脉宽较大。在驱动miniLED屏这类外设时,达不到系统的功能要求。先楫半导体的全系列MCU可以将内存中的数据通过DMA来设置GPIO的电平,以TRGM互联管理器和PWM比较器配合使用来设置脉冲宽度,从而产生任意时序的方波信号。该方案基于硬件方式来实现,不会占用CPU处理时间,波形宽度可达到50ns。下面介绍该方案的实现过程,例程基于HPM6360EVK实现。

定义波形数据

定义数组如下所示,其中32位无符号整数可以映射32个GPIO,每个数据位对应一个管脚。数组长度4096对应4096个方波周期。

ATTR_PLACE_AT_NONCACHEABLE_WITH_ALIGNMENT(8) uint32_t g_u32LedBufForGpio32[4096] = {0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0};

初始化GPIO管脚

此处将24个GPIO配置为输出模式。

static void zh_led_gpio_config(void)
{
    uint32_t pad_ctl = IOC_PAD_PAD_CTL_PE_SET(1) | IOC_PAD_PAD_CTL_PS_SET(1);
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC00].FUNC_CTL = IOC_PC00_FUNC_CTL_GPIO_C_00;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC00].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC01].FUNC_CTL = IOC_PC01_FUNC_CTL_GPIO_C_01;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC01].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC02].FUNC_CTL = IOC_PC02_FUNC_CTL_GPIO_C_02;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC02].PAD_CTL = pad_ctl;
    
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC03].FUNC_CTL = IOC_PC03_FUNC_CTL_GPIO_C_03;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC03].PAD_CTL = pad_ctl;
    
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC04].FUNC_CTL = IOC_PC04_FUNC_CTL_GPIO_C_04;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC04].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC05].FUNC_CTL = IOC_PC05_FUNC_CTL_GPIO_C_05;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC05].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC06].FUNC_CTL = IOC_PC06_FUNC_CTL_GPIO_C_06;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC06].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC07].FUNC_CTL = IOC_PC07_FUNC_CTL_GPIO_C_07;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC07].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC08].FUNC_CTL = IOC_PC08_FUNC_CTL_GPIO_C_08;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC08].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC09].FUNC_CTL = IOC_PC09_FUNC_CTL_GPIO_C_09;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC09].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC10].FUNC_CTL = IOC_PC10_FUNC_CTL_GPIO_C_10;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC10].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC11].FUNC_CTL = IOC_PC11_FUNC_CTL_GPIO_C_11;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC11].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC12].FUNC_CTL = IOC_PC12_FUNC_CTL_GPIO_C_12;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC12].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC13].FUNC_CTL = IOC_PC13_FUNC_CTL_GPIO_C_13;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC13].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC14].FUNC_CTL = IOC_PC14_FUNC_CTL_GPIO_C_14;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC14].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC15].FUNC_CTL = IOC_PC15_FUNC_CTL_GPIO_C_15;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC15].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC16].FUNC_CTL = IOC_PC16_FUNC_CTL_GPIO_C_16;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC16].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC17].FUNC_CTL = IOC_PC17_FUNC_CTL_GPIO_C_17;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC17].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC18].FUNC_CTL = IOC_PC18_FUNC_CTL_GPIO_C_18;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC18].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC19].FUNC_CTL = IOC_PC19_FUNC_CTL_GPIO_C_19;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC19].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC20].FUNC_CTL = IOC_PC20_FUNC_CTL_GPIO_C_20;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC20].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC21].FUNC_CTL = IOC_PC21_FUNC_CTL_GPIO_C_21;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC21].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC22].FUNC_CTL = IOC_PC22_FUNC_CTL_GPIO_C_22;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC22].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC23].FUNC_CTL = IOC_PC23_FUNC_CTL_GPIO_C_23;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC23].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC24].FUNC_CTL = IOC_PC24_FUNC_CTL_GPIO_C_24;
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC24].PAD_CTL = pad_ctl;
 
    for(int i=0; i<24; i++) {
        gpio_set_pin_output(HPM_GPIO0, GPIO_DO_GPIOC, i);
        gpio_write_pin(HPM_GPIO0, GPIO_DO_GPIOC, i, 0);
    }
}

配置DMA

在每次输出波形之前都要进行一下DMA的设置,用户通过调整波形数组的数据来设置想要的波形。DMA将数组的数据不断搬运到DO[VALUE]寄存器中,因此要注意GPIO管脚和数组数据的对应关系。例程是输出占空比为50%的PWM波。

static void zh_led_dma_config(void)
{
    dma_channel_config_t ch_config = { 0 };
    unsigned int i = 0;
 
    for(i = 0;i<4096;i++)
    {
      g_u32LedBufForGpio32[i] = (i&1)?(~0):(0);
      //g_u32LedBufForGpio32[i] = ~0;
      //if(i%5 == 0)
      //{
      //  g_u32LedBufForGpio32[i] = ~0;
      //}
      //else
      //{
      //  g_u32LedBufForGpio32[i] = 0;
      //}
    }
 
    dma_reset(HPM_HDMA);
 
    intc_m_enable_irq_with_priority(BOARD_APP_HDMA_IRQ, 1);
 
    dma_default_channel_config(HPM_HDMA, &ch_config);
 
    ch_config.src_addr = (uint32_t)&g_u32LedBufForGpio32[0];
 
    ch_config.dst_addr = (uint32_t)&HPM_GPIO0->DO[GPIO_DO_GPIOC].VALUE;
    ch_config.src_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_WORD;                                                             // 32位
    ch_config.dst_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_WORD;                                                             // 32位
    ch_config.src_addr_ctrl = DMA_ADDRESS_CONTROL_INCREMENT;
    ch_config.dst_addr_ctrl = DMA_ADDRESS_CONTROL_FIXED;
    ch_config.size_in_byte = sizeof(g_u32LedBufForGpio32); //32 * sizeof(uint32_t); 
    ch_config.dst_mode = DMA_HANDSHAKE_MODE_NORMAL;
    ch_config.src_burst_size = 0;
 
    if (status_success != dma_setup_channel(HPM_HDMA, 0, &ch_config, false))
    {
        printf(" dma setup channel failed\n");
        return;
    }
 
    dmamux_config(HPM_DMAMUX, DMAMUX_MUXCFG_HDMA_MUX0, HPM_DMA_SRC_MOT0_0, false);
 
    trgm_dma_request_config(HPM_TRGM0, 0, 18);
 
    pwm_enable_dma_request(HPM_PWM0, PWM_IRQ_CMP(18));
 
    synt_enable_counter(HPM_SYNT, true);
    pwm_start_counter(HPM_PWM0);
    dmamux_enable_channel(HPM_DMAMUX, DMAMUX_MUXCFG_HDMA_MUX0);
    dma_enable_channel(HPM_HDMA, 0);
}

设置DMA中断,在输出波形结束以后会触发中断响应函数。

void isr_dma(void)
{
    uint32_t stat;
 
    stat = dma_check_transfer_status(HPM_HDMA, 0);
 
    if (0 != (stat & DMA_CHANNEL_STATUS_TC)) {
      printf("Transfer done!");
    }
}
SDK_DECLARE_EXT_ISR_M(BOARD_APP_HDMA_IRQ, isr_dma)

配置CLK时钟

以PWM比较器产生需要的波形周期。

/**
 * u8Phase from 1~18, 其中设置1 == 设置18, 设置1时 上升沿的边与数据的开始时刻对齐,随着设置的数字增大,上升沿的边向右移动,设置8时,上升沿的边大约在中间。
 *  */
static int zh_led_clk_config(uint8_t u8Phase)
{
    pwm_cmp_config_t cmp_config_ch0[4] = {0};
    pwm_config_t pwm_config = {0};
    uint32_t u32CmpValue[4];
 
    switch (u8Phase)
    {
        case 1:
            u32CmpValue[0] = 6;
            u32CmpValue[1] = 16;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
        case 2:
            u32CmpValue[0] = 7;
            u32CmpValue[1] = 18;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
        case 3:
            u32CmpValue[0] = 17;
            u32CmpValue[1] = 0;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 8;
            break;
        case 4:
            u32CmpValue[0] = 17;
            u32CmpValue[1] = 1;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 9;
            break;
        case 5:
            u32CmpValue[0] = 17;
            u32CmpValue[1] = 2;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 10;
            break;
        case 6:
            u32CmpValue[0] = 17;
            u32CmpValue[1] = 3;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 11;
            break;
        case 7:
            u32CmpValue[0] = 17;
            u32CmpValue[1] = 4;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 12;
            break;
        case 8:
            u32CmpValue[0] = 17;
            u32CmpValue[1] = 5;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 13;
            break;
        case 9:
            u32CmpValue[0] = 17;
            u32CmpValue[1] = 6;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 14;
            break;
        case 10:
            u32CmpValue[0] = 18;
            u32CmpValue[1] = 7;
            u32CmpValue[2] = 17;
            u32CmpValue[3] = 15;
            break;
        case 11:
            u32CmpValue[0] = 18;
            u32CmpValue[1] = 8;
            u32CmpValue[2] = 17;
            u32CmpValue[3] = 16;
            break;
        case 12:
            u32CmpValue[0] = 17;
            u32CmpValue[1] = 9;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
        case 13:
            u32CmpValue[0] = 0;
            u32CmpValue[1] = 10;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
        case 14:
            u32CmpValue[0] = 1;
            u32CmpValue[1] = 11;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
        case 15:
            u32CmpValue[0] = 2;
            u32CmpValue[1] = 12;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
        case 16:
            u32CmpValue[0] = 3;
            u32CmpValue[1] = 13;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
        case 17:
            u32CmpValue[0] = 4;
            u32CmpValue[1] = 14;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
        case 18:
            u32CmpValue[0] = 5;
            u32CmpValue[1] = 15;
            u32CmpValue[2] = 18;
            u32CmpValue[3] = 18;
            break;
            break;
        default:
            break;
    }
 
    pwm_stop_counter(HPM_PWM0);
    pwm_set_reload(HPM_PWM0, 0, zh_led_PWM_FREQ-1);
    pwm_set_start_count(HPM_PWM0, 0, 0);
 
    pwm_config.enable_output = true;
    pwm_config.invert_output = false;
    pwm_config.update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_modify;
    pwm_config.fault_mode = pwm_fault_mode_force_output_highz;
    pwm_config.fault_recovery_trigger = pwm_fault_recovery_on_fault_clear;
    pwm_config.force_source = pwm_force_source_software;
    pwm_config.dead_zone_in_half_cycle = 0;
 
    /*cmp0 cmp1 cmp2 cmp3 for pwm ch0*/
    cmp_config_ch0[0].cmp = u32CmpValue[0];
    cmp_config_ch0[0].enable_ex_cmp = false;
    cmp_config_ch0[0].mode = pwm_cmp_mode_output_compare;
    cmp_config_ch0[0].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_hw_event;
    cmp_config_ch0[0].ex_cmp = 0;    
    cmp_config_ch0[0].half_clock_cmp = 0;
    cmp_config_ch0[0].jitter_cmp = 0;   
 
    cmp_config_ch0[1].cmp = u32CmpValue[1];
    cmp_config_ch0[1].enable_ex_cmp = false;
    cmp_config_ch0[1].mode = pwm_cmp_mode_output_compare;
    cmp_config_ch0[1].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_hw_event;
    cmp_config_ch0[1].ex_cmp = 0;    
    cmp_config_ch0[1].half_clock_cmp = 0;
    cmp_config_ch0[1].jitter_cmp = 0;  
 
    cmp_config_ch0[2].cmp = u32CmpValue[2];
    cmp_config_ch0[2].enable_ex_cmp = false;
    cmp_config_ch0[2].mode = pwm_cmp_mode_output_compare;
    cmp_config_ch0[2].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_hw_event;
    cmp_config_ch0[2].ex_cmp = 0;    
    cmp_config_ch0[2].half_clock_cmp = 0;
    cmp_config_ch0[2].jitter_cmp = 0;  
 
    cmp_config_ch0[3].cmp = u32CmpValue[3];
    cmp_config_ch0[3].enable_ex_cmp = false;
    cmp_config_ch0[3].mode = pwm_cmp_mode_output_compare;
    cmp_config_ch0[3].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_hw_event;
    cmp_config_ch0[3].ex_cmp = 0;    
    cmp_config_ch0[3].half_clock_cmp = 0;
    cmp_config_ch0[3].jitter_cmp = 0;  
    if (status_success != pwm_setup_waveform(HPM_PWM0, 1, &pwm_config, 0, cmp_config_ch0, 4)) {
        printf("failed to setup waveform for ch0\n");
        return status_fail;
    }
 
    cmp_config_ch0[0].cmp = zh_led_PWM_FREQ-1;
    cmp_config_ch0[0].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_modify;
    pwm_load_cmp_shadow_on_match(HPM_PWM0, 4, &cmp_config_ch0[0]);
 
    pwm_issue_shadow_register_lock_event(HPM_PWM0);
 
    /* enable pwm fault protect */
    pwm_fault_source_config_t config;
    //config.external_fault_active_low = false;
    config.source_mask = PWM_GCR_FAULTI0EN_MASK;
    config.fault_recover_at_rising_edge = false;
    config.fault_output_recovery_trigger = 0;
    pwm_config_fault_source(HPM_PWM0, &config);
 
 
    return status_success;
}

配置TRGM互联管理器

互联管理器TRGM以PWM的周期来触发DMA进行数据搬运。

static void zh_led_trgm_config(void)
{
    trgm_output_t stTrgmOutput;
 
    stTrgmOutput.invert = false;
    stTrgmOutput.type = trgm_output_same_as_input;
    
    stTrgmOutput.input = 44;
    trgm_output_config(HPM_TRGM0, 14, &stTrgmOutput);
    
    pwm_enable_reload_at_synci(HPM_PWM0);
 
    synt_reset_counter(HPM_SYNT);
    synt_set_reload(HPM_SYNT, zh_led_PWM_FREQ-1);
    synt_set_comparator(HPM_SYNT, 0, zh_led_PWM_FREQ-1);
}

测试程序如下:

int main(void)
{
    unsigned int j=3;
    board_init();
    zh_led_gpio_config();
    zh_led_clk_config(2);
    zh_led_trgm_config();
    zh_led_dma_config();
 
    printf("start\n");
 
    while(j--)
    {
      printf("j = %d\n", j);

      zh_led_dma_config();
      pwm_start_counter(HPM_PWM0);
   
   board_delay_ms(500);
    };

    printf("stop\n");
 
    while(1);

    return 0;
}

串口打印结果如下:

2.png

测量GPIO的波形:

3.png
4.png

因为HDMA访问AHB SRAM速度更快,可以将数据存储到AHB SRAM来提高刷新速度。

 __attribute__ ((section(".ahb_sram"))) uint32_t g_u32LedBufForGpio32[1024]={0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0, 0xFFFFFFFF, 0};

使用逻辑分析仪测试波形如下:

5.png

用示波器测量波形如下图所示,信号质量表现优异。

6.png

来源:先楫半导体HPMicro

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