e2studio开发RA2E1(9)----定时器GPT配置输入捕获

概述

本文将探讨如何在 Renesas RA 系列微控制器上使用 GPT（通用定时器）模块来配置输入捕获功能。输入捕获是定时器的一项重要功能，它允许我们捕获外部信号（如脉冲或波形）的时间戳，广泛应用于频率计数、脉冲宽度测量以及其他需要精确时间记录的应用。

最近在瑞萨RA的课程，需要样片的可以加qun申请：925643491。

视频教学

https://www.bilibili.com/video/BV1QrP1ejEAZ/

e2studio开发RA2E1(9)----定时器GPT配置输入捕获

样品申请

https://www.wjx.top/vm/rCrkUrz.aspx

硬件准备

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板，需要的可以进行申请。
主控为R7FA2E1A72DFL#AA0

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/RA2E1

https://gitee.com/CoreMaker/RA2E1

源码下载

选择计时器

RA MCU 有两个定时器外设：通用 PWM 定时器 (GPT) 和异步通用定时器 (AGT)。

时钟源

GPT 使用 PCLKD（外设时钟D） 作为主时钟源。该时钟可以通过 可配置的分频器 进行调整，最大分频因子为 1024。

选择 XTAL 12MHz 作为时钟源（Clock Src: XTAL）。PCLKD 时钟的分频器设置为 Div /1，意味着 PCLKD 直接运行在 12MHz。

UART配置

点击Stacks->New Stack->Connectivity -> UART(r_sci_uart)。

UART属性配置

设置e2studio堆栈

printf函数通常需要设置堆栈大小。这是因为printf函数在运行时需要使用栈空间来存储临时变量和函数调用信息。如果堆栈大小不足，可能会导致程序崩溃或不可预期的行为。
printf函数使用了可变参数列表，它会在调用时使用栈来存储参数，在函数调用结束时再清除参数，这需要足够的栈空间。另外printf也会使用一些临时变量，如果栈空间不足，会导致程序崩溃。
因此，为了避免这类问题，应该根据程序的需求来合理设置堆栈大小。

e2studio的重定向printf设置

在嵌入式系统的开发中，尤其是在使用GNU编译器集合（GCC）时，–specs 参数用于指定链接时使用的系统规格（specs）文件。这些规格文件控制了编译器和链接器的行为，尤其是关于系统库和启动代码的链接。–specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是两种常见的规格文件，它们用于不同的场景。
–specs=rdimon.specs
用途: 这个选项用于链接“Redlib”库，这是为裸机（bare-metal）和半主机（semihosting）环境设计的C库的一个变体。半主机环境是一种特殊的运行模式，允许嵌入式程序通过宿主机（如开发PC）的调试器进行输入输出操作。
应用场景: 当你需要在没有完整操作系统的环境中运行程序，但同时需要使用调试器来处理输入输出（例如打印到宿主机的终端），这个选项非常有用。
特点: 它提供了一些基本的系统调用，通过调试接口与宿主机通信。
–specs=nosys.specs
用途: 这个选项链接了一个非常基本的系统库，这个库不提供任何系统服务的实现。
应用场景: 适用于完全的裸机程序，其中程序不执行任何操作系统调用，比如不进行文件操作或者系统级输入输出。
特点: 这是一个更“裸”的环境，没有任何操作系统支持。使用这个规格文件，程序不期望有操作系统层面的任何支持。
如果你的程序需要与宿主机进行交互（如在开发期间的调试），并且通过调试器进行基本的输入输出操作，则使用 --specs=rdimon.specs。
如果你的程序是完全独立的，不需要任何形式的操作系统服务，包括不进行任何系统级的输入输出，则使用 --specs=nosys.specs。

R_SCI_UART_Open()函数原型

故可以用 R_SCI_UART_Open()函数进行配置，开启和初始化UART。

    /* Open the transfer instance with initial configuration. */err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);assert(FSP_SUCCESS == err);

回调函数user_uart_callback ()

当数据发送的时候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE来判断是否发送完毕。

可以检查检查 “p_args” 结构体中的 “event” 字段的值是否等于 “UART_EVENT_TX_COMPLETE”。如果条件为真，那么 if 语句后面的代码块将会执行。

fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE){uart_send_complete_flag = true;}
}

printf输出重定向到串口

打印最常用的方法是printf，所以要解决的问题是将printf的输出重定向到串口，然后通过串口将数据发送出去。
注意一定要加上头文件#include <stdio.h>

#ifdef __GNUC__                                 //串口重定向#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endifPUTCHAR_PROTOTYPE
{err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();while(uart_send_complete_flag == false){}uart_send_complete_flag = false;return ch;
}int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{for(int i=0;i<size;i++){__io_putchar(*pBuffer++);}return size;
}

定时器输入捕获配置

操作 “New Stack > Timers >Timer, General PWM (r_gpt)” 在项目中添加GPT定时器。

这里设置P102进行捕获PWM。

● Pin Output Support：设为 Enabled，允许 PWM 信号输出到外部引脚。
● Name：设置为 g_timer5，这是模块的唯一标识符，用于代码中引用此定时器实例。
● Channel：设定为 5，表示该定时器使用通道 5 进行计数和控制。
● Mode：设为 Periodic，表示该定时器工作在周期模式，将在设定周期内重复运行。
● Period：周期值设置为 0x10000，表示定时器的周期为 65536 个时钟周期。根据时钟源频率的不同，实际的周期时间可以转换为相应的实际时间。
● Period Unit：单位选择为 Raw Counts，表示周期单位为原始计数，即计数器溢出的周期。
● Capture B Source：设为 GPT5 CAPTURE COMPARE B，表示捕获源为 GPT5 定时器的比较匹配B事件，用于捕获输入信号的时间戳。
● GTIOCB Rising Edge While GTIOCA Low：表示当 GTIOCA 为低电平时，捕获 GTIOCB 引脚的上升沿事件。
● GTIOCB Rising Edge While GTIOCA High：表示当 GTIOCA 为高电平时，捕获 GTIOCB 引脚的上升沿事件。
● GTIOCB Falling Edge While GTIOCA Low：表示当 GTIOCA 为低电平时，捕获 GTIOCB 引脚的下降沿事件。
● GTIOCB Falling Edge While GTIOCA High：表示当 GTIOCA 为高电平时，捕获 GTIOCB 引脚的下降沿事件。

● Callback：设置为 gpt5_callback，指定了当定时器触发中断时，调用的回调函数。在此情况下，回调函数 gpt5_callback 将在捕获事件发生时执行。
● Capture/Compare match B Interrupt Priority：设置为 Priority 2，表示启用比较匹配 B 中断，且其优先级为 2。
● GTIOC5B：指定 GTIOC5B 引脚为另一个定时器输入/输出引脚，连接到外部引脚 P102。

占空比与频率计算

在波形中：
● up1_capture_time 是第一次上升沿的捕获时间。
● down_capture_time 是下降沿的捕获时间。
● up2_capture_time 是第二次上升沿的捕获时间。

脉冲周期（pulse_period）完整周期为上升沿（up1_capture_time）到第二次上升沿（up2_capture_time）之间的时间差，也就是脉冲的完整周期。

● 频率计算：我在频率计算中使用了 pulse_period，确保了计算是在第一次和第二次上升沿之间。
● 占空比计算：计算占空比时，使用了从 down_capture_time 到第二次上升沿 up2_capture_time 之间的时间差来计算脉冲宽度。

回调函数gpt5_callback

1. 上升沿捕获：
   ○ 在上升沿捕获时，更新第一次和第二次上升沿的捕获时间。
   ○ 计算 脉冲周期：即第二次上升沿与第一次上升沿之间的时间差。
   ○ 计算 频率：通过时钟频率除以脉冲周期。
   ○ 计算 占空比：通过计算从上升沿到下降沿的脉冲宽度，然后用脉冲宽度除以脉冲周期来计算占空比。
2. 下降沿捕获：
   ○ 在下降沿捕获时，更新下降沿的捕获时间。

需要注意的是，代码中计算占空比时，用 (100.0f - (pulse_width*100 / (double)pulse_period)) 来计算正占空比。

volatile uint32_t up1_capture_time = 0;     // 用于存储第一次上升沿捕获的时间
volatile uint32_t down_capture_time = 0;     // 用于存储第一次上升沿捕获的时间
volatile uint32_t up2_capture_time = 0;     // 用于存储第二次上升沿捕获的时间
volatile uint32_t pulse_width = 0;          // 用于存储脉冲宽度
volatile uint32_t pulse_period = 0;         // 用于存储脉冲周期
volatile double duty_cycle = 0;           // 用于存储正占空比
volatile double frequency = 0;            // 用于存储频率void gpt5_callback(timer_callback_args_t *p_args)
{/* TODO: add your own code here */if ((TIMER_EVENT_CAPTURE_B == p_args->event))  // 捕获事件{bsp_io_level_t p_port_value_port_102;// 读取端口电平状态，如果是低电平则发生的是下降沿，高电平则是上升沿R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_01_PIN_02, &p_port_value_port_102);// 获取当前定时器的时钟频率和周期timer_info_t info;(void) R_GPT_InfoGet(&g_timer5_ctrl, &info);uint64_t clock_frequency = info.clock_frequency; // 定时器时钟频率uint32_t current_period_counts = info.period_counts; // 定时器周期uint32_t current_time = p_args->capture; // 获取当前捕获时间（计数值）if (p_port_value_port_102 == BSP_IO_LEVEL_HIGH) // 上升沿{// 记录第一次和第二次上升沿的时间戳up1_capture_time=up2_capture_time;up2_capture_time=current_time;// 计算脉冲周期：从第一次到第二次上升沿的时间差if(up2_capture_time>=up1_capture_time)pulse_period = (up2_capture_time-up1_capture_time);elsepulse_period = (current_period_counts -up1_capture_time) + up2_capture_time;// 计算频率：频率 = 时钟频率 / 脉冲周期frequency  =(double) (clock_frequency/pulse_period);// 计算脉冲宽度：从下降沿到第二次上升沿的时间差if(up2_capture_time>=down_capture_time)pulse_width=up2_capture_time-down_capture_time;elsepulse_width=(current_period_counts -down_capture_time) + up2_capture_time;// 计算占空比：占空比 = 脉冲宽度 / 脉冲周期duty_cycle = 100.0f-(pulse_width*100 / (double)pulse_period);}else // 下降沿{// 更新下降沿的捕获时间down_capture_time=current_time;}}
}

主程序

void hal_entry(void)
{/* TODO: add your own code here */fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;/* Initializes the module. */err = R_GPT_Open(&g_timer8_ctrl, &g_timer8_cfg);/* Handle any errors. This function should be defined by the user. */assert(FSP_SUCCESS == err);/* Start the timer. */(void) R_GPT_Start(&g_timer8_ctrl);R_BSP_SoftwareDelay (20, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);err = R_GPT_PeriodSet(&g_timer8_ctrl, 12000);//频率assert(FSP_SUCCESS == err);R_BSP_SoftwareDelay (20, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);//不加延时可能会设置不成功err = R_GPT_DutyCycleSet(&g_timer8_ctrl, 3000, GPT_IO_PIN_GTIOCA);// 设置占空比assert(FSP_SUCCESS == err);err = R_GPT_DutyCycleSet(&g_timer8_ctrl, 9000, GPT_IO_PIN_GTIOCB);// 设置占空比assert(FSP_SUCCESS == err);R_BSP_SoftwareDelay (20, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);//   err = R_GPT_Close(&g_timer8_ctrl);
//   assert(FSP_SUCCESS == err);
//   R_BSP_SoftwareDelay (20, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);/* Open the transfer instance with initial configuration. */err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);assert(FSP_SUCCESS == err);printf("hello\n");/* Initializes the module. */err = R_GPT_Open(&g_timer5_ctrl, &g_timer5_cfg);/* Handle any errors. This function should be defined by the user. */assert(FSP_SUCCESS == err);/* Start the timer. */(void) R_GPT_Start(&g_timer5_ctrl);(void) R_GPT_Enable(&g_timer5_ctrl);R_BSP_SoftwareDelay (20, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);while(1){printf("frequency=%.2f,duty cycle=%.2f\n",frequency,duty_cycle);duty_cycle = 0;  // 重置占空比frequency = 0;   // 重置频率R_BSP_SoftwareDelay (200, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);}#if BSP_TZ_SECURE_BUILD/* Enter non-secure code */R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

演示

分别接入P101和P100。