[MCU] 先楫半导体HPM5361EVK--pwm

chejia12 2023-12-17 17:40 楼主

# pwm控制器
这里需要特别注意寄存器的影子寄存器的生效时机，我当初就是看不懂
```c
//配置选择影子寄存器生效时机
	//pwm_load_cmp_shadow_on_match ( PWM, cmp_index + 2, &cmp_config[1] );
	```
1.支持2个pwm定时器，每个pwm支持28位计数器，支持24个通道

**信号连接如下**：

1. 通道0-7输出pwm，连接到IO上
2. 通道8-23输出**连接到电机控制单元的互联管理器**
3. 输入捕获通道0-7来自IO
4. 输入捕获的8-23**来自电机控制单元的互联管理器**
5. 同步输入**来自电机控制单元的互联管理器**
6. 强制输出的使能输入**来自电机控制单元的互联管理器**
7. 强制输出的影子寄存器的生效触发 **来自电机控制单元的互联管理器**
8. 外部故障来自IO
9. 内部故障输入**来自电机控制单元的互联管理器****
## 主要特性

- **28 (24 +4) 位**分辨率计数器，支持**向上**计数模式
- 支持计数器**同步**
- 多达 24 个比较器，支持用作**输出比较，或者输入捕获**
- 多达 24 个通道，其中通道 0∼7 可用于 PWM 输出
  - 支持 **8 路独立**或者 4 **对互补** PWM 输出
  - 互补 PWM 支持**死区插入**，支持独立配置**双侧**死区宽度
  - 支持把 PWM 输出**强制设置为指定状**态
  - 支持故障保护输入，在出错时（如故障保护输入时），**单独配置每个 PWM 输出通道的状态**
- 支持为每个输出通道**灵活地分配数目不等的比较器**，灵活控制输出信号，生成例如边沿对齐 PWM、左右不对称的中央对齐 PWM 以及更复杂的输出信号
- 支持生成各类 DMA 请求和中断请求
- 部分寄存器配有影子寄存器，支持灵活的寄存器新值**更新/生效时机**

## **器时间基准**

**时间基准模块的作用是决定 PWM 定时器运行的时间和周期**

- **计数器**，计数器包括**计数器和扩展计数**两部分，计数器 24 位，扩展 4 位。可以合并成 28 位计数器使用
- **起始寄存器**，可以设置计数器起始值和扩展起始值
- **重载寄存器**，可以设置计数器重载值和扩展重载值

计数器使能 (GCR[CEN] 位置 1) 以后，总是从起始值开始计数，当计时器的值（CNT）计数至重载值（RLD）后，重载标志**RLDF**位置 1，此时，扩展计数器值 +1，计数器的值恢复到起始值（STA）。当扩展计数器值（XCNT）也计数到扩展重载值（**XRLD**）后，重载标志XRLDF位置 1，扩展计数器恢复到起始值

### 同步

1. 需要打开

2. 同步触发输入可以**重置计数器到起始值**

**半重载标志位HALFRLDF**

## **PWM** **生成**

1. PWM 生成需要**配合使用比较器和通道，主要功能是以通道为单位，利用比较器组合生成输出参考信号**
2. PWM 生成模块包括 24 个比较器和 24 个输出通道
3. 中通道 0 到通道 7 是 PWM 输出通道，通道输出 CH0REF ∼ CH7REF **连接到 PWM 控制逻辑**，如互补控制，死区生成，故障保护等模块。最终输出信号 OUT0∼OUT7 到芯片的管脚上
4. 通道 8 及之后的通道是通用输出通道，这些通道的输出参考信号**不经过 PWM 控制逻辑**，也可以输出信号供内外部使用

5. PWM 定时器的 24 个比较器，当它们用于 PWM 生成时，**需要配置为输出比较模式**
6. 比较器寄存器还包含 **4 位为小数比较位**
7. 用户可以把一个或者多个连续的比较器分配给某个通道，实现灵活复杂的输出，用户通过设置 CHCFGx [CMPSELBEG] 位，选择分配给通道 x 的比较寄存器**起始序号**。通过设置 CHCFGx [CMPSELEND] 位，选择分配给通道 x的比较寄存器**末尾序号**。
8. 当计数器 CNT 计数达到比较器 CMPx 配置的CMP或者XCMP时，产生**匹配事件，此时 OCx 输出置逻辑 1**。当计数器 CNT 值到**达重载寄存器，发生重载事件，输出重置逻辑 0**
9. 通道 x 的输出参考信号 CHxREF，由分配给它的全部比较器输出 OC*BEG* ∼OC*END* **异或后得到**。
10. CMPHLF是**半周期比较位**，由 PWM 定时器时钟的下边沿实现，该位置 1，可以使**匹配事件的生成时间延后 1/2 时钟周期**。
11. CMPJIT是**抖动比较位**，由 4，8，16 个周期边沿抖动，平均后**实现精度达 1/4，1/8 和 1/16 时钟周期的延时效果**。
12. 
13.

### **PWM** **输出控制概述**

PWM 输出通道（通道 0∼7）的参考信号（CH0REF∼CH7REF）经过后续的互补控制，死区插入，取反控制，强制输出，故障保护后，形成输出信号（OUT0∼OUT7）到 IO

**互补输出**：偶数序号的 PWM 通道配置会生效，奇数序号的 PWM 通道输出为偶数通道的输出取反

**死区控制**：

1. 在 2 路互补的参考信号上插入的不同的延时
2. 必须同时配置成对的通道 x 和通道 x+1寄存器才能正确地生成死区。
3. 配置死区长度的单位是 0.5 个 PWM 定时器时钟周期

**输出极性配置**

### **强制输出控制**

1. **允许用户把参考信号配置成指定的状态**
2. **触发方式**：硬件触发还是由软件触发
3. **强制输出生效时机**：可以选择输出生效的时机。
4. 可以配置强制输出生效时通道 0∼7 输出的状态

### **故障保护**

1. 选择外部故障输入信号是逻辑 1 生效，还是逻辑 0 生效。
2. 打开或者关闭 PWM 定时器的**外部故障**输入
3. ，打开或者关闭 PWM 定时器的**内部故障**输入
4. 一旦故障发生，那么在系统状态变化之前，PWM 输出都不会恢复。用户可以通过设置 PWMCFGx[FAULTRECTIME]，选择 **PWM 恢复的时机**：
5. 用户可以选择打开一个或者多个乃至全部故障输入信号。在打开的故障输入中，**任意一个生效时，故障保护即有效。**

### 择比较器的工作模式

- 1’b0，输出比较模式，比较器可以被分配给通道，用作输出
- 1’b1，输入捕获模式，此时，比较器用来捕获输入信号的翻转，并在**翻转时保存计数器的值**（CNT 和XCNT）。

把比较器配置成输入捕获模式后，用户可以从寄存器 **CAPPOSx** 寄存器读取到 CMPx 在信号（INx）**上升沿**捕获到的计数器值；在 **CAPNEGx** 寄存器读取到 CMPx 在**下降沿**捕获到的计数器值。CAPPOSx 和 CAPNEGx 寄存器即会保存计数器寄存器的 24 位计数器（CNT）值，也会保存 4 位扩展计数器（XCNT）值

### 三组寄存器支持**影子寄存器**：

● **计数器的起始寄存器 STA（包括 STA/XSTA）和重载寄存器 RLD**（包括 RLD/XRLD）

● 比较器 CMPx，当其在用作输出比较时

● 控制寄存器中的 FRCMD[FRCMD] 位，即通道 0∼7（PWM 通道）的强制输出控制模式位

### STA、RLD生效时机

1. 软件把 **SHLK [SHLK] 位置 1** 后生效,(SHLK [SHLK]是影子寄存器锁定位)
2. **实时生效**，在寄存器写之后，一个周期内生效
3. 定时器的某一个 CMP 发生匹配后生效，通过 **SHCR[CNTSHDWSEL] 选择一个比较器**
4. 影子寄存器重载触发输入 SHRLDSYNCI 上捕获到上升沿时

### 比较寄存器cmp生效时机

1. 软件把 **SHLK [SHLK] 位置 1** 后生效

2. **实时生效**，在寄存器写之后，一个周期内生效

3. 定时器的某一个 CMP 发生匹配后生效，通过

**CMPCFGx[CMPSHDWUPT]**** 选择一个比较器**

4. 影子寄存器重载触发输入 SHRLDSYNCI 上捕获到上升沿时

### 强制输出模式位的影子寄存器位生效

1. 软件把 **SHLK [SHLK] 位置 1** 后生效

2. **实时生效**，在寄存器写之后，一个周期内生效

3. 定时器的某一个 CMP 发生匹配后生效，通过

** SHCR [FRCSHDWSEL] **** 选择一个比较器**

4. 影子寄存器重载触发输入 SHRLDSYNCI 上捕获到上升沿时

## pwm 输入比较结构

```c
/**
 * <a href="https://m.eeworld.com.cn/bbs/home.php?mod=space&uid=159083" target="_blank">@brief</a> pwm compare config
 *
 */
typedef struct pwm_cmp_config {
    uint32_t cmp;         /**< 比较器的值compare value */
    bool enable_ex_cmp;   /**< 比较器的扩展的值enable extended compare value */
#if PWM_SOC_HRPWM_SUPPORT
    bool enable_hrcmp;     /**< enable high precision pwm 使能高分辨率比较*/
#endif
    uint8_t mode;         /**< pwm输出或输入捕获选择 compare work mode: pwm_cmp_mode_output_compare or pwm_cmp_mode_input_capture */
    uint8_t update_trigger;  /**< 比较配置更新触发器 compare configuration update trigger */
    uint8_t ex_cmp;       /**< 扩展比较值 extended compare value */
    uint8_t half_clock_cmp; /**< half clock compare value*/
    uint8_t jitter_cmp;     /**< 抖动比较值 jitter compare value */
#if PWM_SOC_HRPWM_SUPPORT
    uint8_t hrcmp;         /**< high precision pwm */
#endif
} pwm_cmp_config_t;
```

### pwm影子寄存器生效时机

```c
/**
 * @brief update time of the shadow register
 *
 */
typedef enum pwm_register_update {
    pwm_shadow_register_update_on_shlk = 0,     /**< 软件把 **SHLK [SHLK] 位置 1** 后生效        after software set shlk bit of shlk register*/
    pwm_shadow_register_update_on_modify = 1,   /**<  **实时生效**                              immediately after the register being modified*/
    pwm_shadow_register_update_on_hw_event = 2, /**< 定时器的某一个 CMP 发生匹配后生效            after hardware event assert*/
    pwm_shadow_register_update_on_sh_synci = 3, /**< 重载触发输入 SHRLDSYNCI 上捕获到上升沿时     after SHSYNCI assert */
} pwm_shadow_register_update_trigger_t;

```

### 故障后恢复PWM输出的时机

````c
/**
 * @brief  select when to recover PWM output after fault
 选择故障后恢复PWM输出的时机
 *
 */
typedef enum pwm_fault_recovery_trigger {
    pwm_fault_recovery_immediately = 0, /**< 立即 		immediately*/
    pwm_fault_recovery_on_reload = 1,   /**< 重新加载时 		  after pwm timer counter reload time*/
    pwm_fault_recovery_on_hw_event = 2, /**< after hardware event assert*/
    pwm_fault_recovery_on_fault_clear = 3,  /**<  软件写故障位		after software write faultclr bit in GCR register*/
} pwm_fault_recovery_trigger_t;
````

```c
/**
 * @brief pwm config data
 *
 */
typedef struct pwm_config {
#if PWM_SOC_HRPWM_SUPPORT
    bool hrpwm_update_mode;             /**< 模式一或零，HR CMP更新定时 mode one or zero, HR CMP update timing */
#endif
    bool enable_output;                 /**< 使能pwm输出enable pwm output */
    bool invert_output;                 /**< 互补pwm输出电平 invert pwm output level */
    uint8_t update_trigger;             /**< pwm config update trigger */
    uint8_t fault_mode;                 /**< 故障模式fault mode */
    uint8_t fault_recovery_trigger;     /**< 故障恢复触发 fault recoverty trigger */
    uint8_t force_source;               /**< 故障源 fault source */
    uint32_t dead_zone_in_half_cycle;   /**< 半周期死区dead zone in half cycle*/
} pwm_config_t;
```

### 配置一个通道的比较器

```c
/**
 * @brief setup waveform设置波形
 *
 * @param[in] pwm_x PWM base address, 		HPM_PWMx(x=0..n)
 * @param[in] pwm_index pwm channel index 	pwm通道编号 (0..(PWM_SOC_PWM_MAX_COUNT-1))
 * @param[in] pwm_config <a href="https://m.eeworld.com.cn/bbs/home.php?mod=space&uid=1064992" target="_blank">@ref</a> pwm_config_t 	pwm配置结构体
 * @param[in] cmp_start_index pwm cmp index 比较器的其实编号  (0..(PWM_SOC_PWM_MAX_COUNT-1))
 * @param[in] cmp @ref pwm_cmp_config_t 	比较器配置结构体开始指针
 * @param[in] cmp_num cmp num  				配置的比较器数量 (1..PWM_SOC_CMP_MAX_COUNT), cmp[cmp_num-1] must not overflow
 * @retval hpm_stat_t
 */
hpm_stat_t pwm_setup_waveform(PWM_Type *pwm_x,
                        uint8_t pwm_index, pwm_config_t *pwm_config,
                        uint8_t cmp_start_index, pwm_cmp_config_t *cmp, uint8_t cmp_num);
```

## 测试实例

开发板原理图

根据原理图和引脚功能可知

PA26-->PWM2

PA27-->PWM3

###  PWM2 PWM3 强制输出高低电平测试
```c
/*
  PWM2 PWM3 强制输出高低电平测试
*/
void test_pwm_force_output ( void )
{
    
    //配置引脚复用
     HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PA26].FUNC_CTL = IOC_PA26_FUNC_CTL_PWM0_P_2;
     HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PA27].FUNC_CTL = IOC_PA27_FUNC_CTL_PWM0_P_3;
    
    
	//强制输出时机控制--立即生效
	pwm_config_force_cmd_timing ( PWM, pwm_force_immediately );
	//打开强制输出
	pwm_enable_pwm_sw_force_output ( PWM, 2 );//pa26-->PWM2
	pwm_enable_pwm_sw_force_output ( PWM, 3 );//pa27--->PWM3

printf ( "Output high\n" );
	//强制输出模式控制位
	pwm_set_force_output ( PWM,
	                       PWM_FORCE_OUTPUT ( 2, pwm_output_1 )
	                       | PWM_FORCE_OUTPUT ( 3, pwm_output_1 ) );
	//软件强制输出
	pwm_enable_sw_force ( PWM );
	board_delay_ms ( 5000 );

printf ( "Output low\n" );
	pwm_set_force_output ( PWM,
	                       PWM_FORCE_OUTPUT ( 2, pwm_output_0 )
	                       | PWM_FORCE_OUTPUT ( 3, pwm_output_0 ) );
	board_delay_ms ( 5000 );
	pwm_disable_sw_force ( PWM );
	//关闭强制输出
	pwm_disable_pwm_sw_force_output ( PWM, 2 );
	pwm_disable_pwm_sw_force_output ( PWM, 3 );
}

```

### 输出pwm波形

````c

void generate_edge_aligned_waveform ( void )
{
	uint8_t cmp_index = 0;
	uint32_t duty, duty_step;
	bool increase_duty_cycle = true;
	pwm_cmp_config_t cmp_config[2] = {0};
	pwm_config_t pwm_config = {0};
	
	//配置通道2和3的pin复用
	HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PA26].FUNC_CTL = IOC_PA26_FUNC_CTL_PWM0_P_2;
	HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PA27].FUNC_CTL = IOC_PA27_FUNC_CTL_PWM0_P_3;
	
	//使能/关闭 PWM 定时器的计数器
	pwm_stop_counter ( PWM );
	reset_pwm_counter();
	
	pwm_get_default_pwm_config ( PWM, &pwm_config );

pwm_config.enable_output = true;
	pwm_config.dead_zone_in_half_cycle = 0;
	pwm_config.invert_output = false;

/*
	 * reload and start counter
	 */
	pwm_set_reload ( PWM, 0, reload );//设置重载值
	pwm_set_start_count ( PWM, 0, 0 );//启动定时器

/*
	 * config cmp = RELOAD + 1
	 */
	cmp_config[0].mode = pwm_cmp_mode_output_compare;//输出比较模式
	cmp_config[0].cmp = reload + 1;//设置比较直
	cmp_config[0].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_hw_event;//影子寄存器更新时机  这里选择的是以某一个比较器的匹配事件作为生效时机

cmp_config[1].mode = pwm_cmp_mode_output_compare;
	cmp_config[1].cmp = reload;
	cmp_config[1].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_modify;//立即生效
	/*
	 * config pwm as output driven by cmp 配置通道的pwm数据和匹配一个比较器
         设置波形
	 */
	if ( status_success != pwm_setup_waveform ( PWM, 2, &pwm_config, cmp_index, &cmp_config[0], 1 ) )
	{
		printf ( "failed to setup waveform\n" );
		while ( 1 );
	}
	cmp_config[0].cmp = reload >> 1;//占空比位50
	/*
	 * config pwm as reference
	 */
	if ( status_success != pwm_setup_waveform ( PWM, 3, &pwm_config, cmp_index + 1, &cmp_config[0], 1 ) )
	{
		printf ( "failed to setup waveform\n" );
		while ( 1 );
	}
        printf ( "............................\n" );
    //配置比较器2的 的影子寄存器生效时机，这里选择的是以某一个比较器的匹配事件作为生效时机
	pwm_load_cmp_shadow_on_match ( PWM, cmp_index + 2, &cmp_config[1] );

pwm_start_counter ( PWM );
	pwm_issue_shadow_register_lock_event ( PWM );
	duty_step = reload / 100;
	duty = reload / 100;
	increase_duty_cycle = true;
	for ( uint32_t i = 0; i < TEST_LOOP; i++ )
	{
		if ( increase_duty_cycle )
		{
			if ( ( duty + duty_step ) >= reload )
			{
				increase_duty_cycle = false;
				continue;
			}
			duty += duty_step;
		}
		else
		{
			if ( duty <= duty_step )
			{
				increase_duty_cycle = true;
				continue;
			}
			duty -= duty_step;
		}
		//调整占空比
		pwm_update_raw_cmp_edge_aligned ( PWM, cmp_index, reload - duty );
		board_delay_ms ( 100 );
	}
}
````
### 立即生效的版本
```c

void generate_edge_aligned_waveform ( void )
{
	uint8_t cmp_index = 0;
	uint32_t duty, duty_step;
	bool increase_duty_cycle = true;
	pwm_cmp_config_t cmp_config[2] = {0};
	pwm_config_t pwm_config = {0};
	//配置通道2和3的pin复用
	HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PA26].FUNC_CTL = IOC_PA26_FUNC_CTL_PWM0_P_2;
	HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PA27].FUNC_CTL = IOC_PA27_FUNC_CTL_PWM0_P_3;

//使能/关闭 PWM 定时器的计数器
	pwm_stop_counter ( PWM );
	reset_pwm_counter();
	
	pwm_get_default_pwm_config ( PWM, &pwm_config );

pwm_config.enable_output = true;
	pwm_config.dead_zone_in_half_cycle = 0;
	pwm_config.invert_output = false;

/*
	 * reload and start counter
	 */
	pwm_set_reload ( PWM, 0, reload );//设置重载值
	pwm_set_start_count ( PWM, 0, 0 );//启动定时器

/*
	 * config cmp = RELOAD + 1
	 */
	cmp_config[0].mode = pwm_cmp_mode_output_compare;//输出比较模式
	cmp_config[0].cmp = reload + 1;//设置比较直
	cmp_config[0].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_modify;//影子寄存器更新时机  硬件事件后asser

cmp_config[1].mode = pwm_cmp_mode_output_compare;
	cmp_config[1].cmp = reload;
	cmp_config[1].update_trigger = pwm_shadow_register_update_on_modify;
	/*
	 * config pwm as output driven by cmp 配置通道的pwm数据和匹配一个比较器
         设置波形
	 */
	if ( status_success != pwm_setup_waveform ( PWM, 2, &pwm_config, cmp_index, &cmp_config[0], 1 ) )
	{
		printf ( "failed to setup waveform\n" );
		while ( 1 );
	}
	cmp_config[0].cmp = reload >> 1;//占空比位50
	/*
	 * config pwm as reference
	 */
	if ( status_success != pwm_setup_waveform ( PWM, 3, &pwm_config, cmp_index + 1, &cmp_config[0], 1 ) )
	{
		printf ( "failed to setup waveform\n" );
		while ( 1 );
	}
        printf ( "............................\n" );
        //配置选择影子寄存器生效时机
	//pwm_load_cmp_shadow_on_match ( PWM, cmp_index + 2, &cmp_config[1] );

pwm_start_counter ( PWM );
	pwm_issue_shadow_register_lock_event ( PWM );
	duty_step = reload / 100;
	duty = reload / 100;
	increase_duty_cycle = true;
	for ( uint32_t i = 0; i < TEST_LOOP; i++ )
	{
		if ( increase_duty_cycle )
		{
			if ( ( duty + duty_step ) >= reload )
			{
				increase_duty_cycle = false;
				continue;
			}
			duty += duty_step;
		}
		else
		{
			if ( duty <= duty_step )
			{
				increase_duty_cycle = true;
				continue;
			}
			duty -= duty_step;
		}
		pwm_update_raw_cmp_edge_aligned ( PWM, cmp_index, reload - duty );
		board_delay_ms ( 100 );
	}
}

```
<span class="showedittime"><i class="pstatus"> 本帖最后由 chejia12 于 2023-12-17 21:35 编辑 </i></span>

回复评论（1）

沙发 dmx_xx

你好，博主我有点问题关于影子寄存器的，已私信。

点赞 2023-12-18 16:39

[MCU] 先楫半导体HPM5361EVK--pwm

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沙发 dmx_xx

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