ESP32-C3硬件定时器简介及使用

一、 简介

ESP32-C3硬件定时器分辨率高，一般可用于：

• 获取时间戳
• 周期性任务

本文主要内容参考 官网API文档

本文主要代码参考 来自这里

ESP32-C3 有2个定时器组，每个组有2个定时器，共有4个定时器。
每组定时器包括一个普通定时器和一个看门狗定时器。

在 timer_types.h 里可以看到结构体的定义：

typedef enum {
    TIMER_GROUP_0 = 0, /*!

每个通用硬件定时器都是基于16位预分频器和64位自动重载功能的向上/向下计数的64位通用定时器。

二、使用步骤

1. 资源分配
2. 设置和获取计数器值
3. 设置报警动作
4. 注册事件回调函数
5. 使能或禁用定时器
6. 启动和停止定时器

其它的操作有：

• 电源管理
• IRAM安全
• 线程安全
• Kconfig 设置选项

三、操作函数

1. 基本操作

（1）定时器实例gptimer_handle_t

（2） 定时器配置结构体gptimer_config_t

使用结构体 gptimer_config_t 来创建定时器实例， gptimer_config_t 结构体的属性值：

• gptimer_config_t::clk_src 选择定时器的时钟源，枚举值： gptimer_clock_source_t
• gptimer_config_t::direction 设置定时器的计数方向，枚举值： gptimer_count_direction_t
• gptimer_config_t::resolution_hz 设置内部计数器的分辨率，计数器滴答一次用时秒数为：1 r e s o l u t i o n _ h z \\frac {1} {resolution_hz} resolution _hz1
• gptimer_config_t::intr_shared 设置是否将定时器中断源标记为共享源。
  示例：

// 配置定时器,默认时钟源：APB
    timer_config_t config = {
            .divider = TIMER_DIVIDER,       //定时器预分频；esp32-c3的APB_CLK=80MHz，80MHz/TIMER_DIVIDER(16)=5MHz
            .counter_dir = TIMER_COUNT_UP,  //计数器向上计数，从0开始
            .counter_en = TIMER_PAUSE,      //计数器暂时中止
            .alarm_en = TIMER_ALARM_EN,     //定时器警报使能
            .auto_reload = auto_reload,     //1:定时器硬件在警报事件后自动重装载；0：则相反
    };

（3） 定时器初始化timer_init()

示例：

/*
    * 函数功能：初始化和配置定时器
    * group_num：定时器分组值, 从0开始
    * timer_num：定时器序号，从0开始 【一组定时器包含：普通定时器，看门狗定时器】
    * *config:  定时器配置结构体
    */
    timer_init(group, timer, &config);

（3） 设置定时器初值timer_set_counter_value()

示例：

// 设置定时器值，如果设置了auto_reload，则报警后会也会重置为此值
    timer_set_counter_value(group, timer, 0);

（4）设置报警值timer_set_alarm_value()

示例：

// 设置报警值、使能中断ISR
    timer_set_alarm_value(group, timer, timer_interval_sec * TIMER_SCALE);

（5）使用定时器timer_enable_intr()

示例：

// 使能定时器组（group）、定时器x（timer）中断
    timer_enable_intr(group, timer);

（6） 定时器添加ISR中断回调timer_isr_callback_add()

示例：

// 定时器添加ISR中断回调函数
    timer_info_t *timer_info = calloc(1, sizeof(timer_info_t));
    timer_info->timer_group = group;
    timer_info->timer_idx = timer;
    timer_info->auto_reload = auto_reload;
    timer_info->alarm_interval = timer_interval_sec;
    timer_isr_callback_add(group, timer, timer_group_isr_callback, timer_info, 0);//???

（7）启动定时器timer_start()

示例：

timer_start(group, timer);

（8） 获取定时器值timer_get_counter_value()

示例：

uint64_t task_counter_value;
        // 获取定时器组，中定时器，的计数器的值；
        timer_get_counter_value(evt.info.timer_group, evt.info.timer_idx, &task_counter_value);

2. 其它操作

（1） 创建新定时器gptimer_new_timer()

示例： 创建分辨率为1 MHz 的通用定时器：

gptimer_handle_t gptimer = NULL;
gptimer_config_t timer_config = {
    .clk_src = GPTIMER_CLK_SRC_DEFAULT,
    .direction = GPTIMER_COUNT_UP,
    .resolution_hz = 1 * 1000 * 1000, // 1MHz, 1 tick = 1us
};
ESP_ERROR_CHECK(gptimer_new_timer(&timer_config, &gptimer));

（2） 设置和获取计数值gptimer_get_raw_count()

gptimer_get_raw_count 用来获取计数值。

• 创建计数器后，内部计数器将默认重置为0
• 计数值重置时，将会从新值计数。
• 计数值达最大值后将重置，最大值与SOC宏： SOC_TIMER_GROUP_COUNTER_BIT_WIDTH 有关。

3. 使能和禁用定时器

（1）使能gptimer_enable()

此函数功能：

• 将定时器驱动的状态从init切换为enable
• 如果gptimer_register_event_callbacks() 已经延迟安装中断服务，此函数将使能中断服务
• 如果选择了特定的时钟源，此函数将获取适当的电源管理锁。

（2）禁用gptimer_disable

4. 启动和停止定时器

（1）启动gptimer_start()

（2）停止gptimer_stop()

四、示例程序

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "driver/timer.h"

#define TIMER_DIVIDER         (16)  //  Hardware timer clock divider
// 计数值转为秒
#define TIMER_SCALE           (TIMER_BASE_CLK / TIMER_DIVIDER)

typedef struct {
    // 定时器组号
    int timer_group;
    // 定时器序号
    int timer_idx;
    // 报警时间
    int alarm_interval;
    // 是否自动重装
    bool auto_reload;
} timer_info_t;

// 定义一个示例结构体
typedef struct {
    // 定时器的参数
    timer_info_t info;
    // 计数器值
    uint64_t timer_counter_value;
} timer_event_t;

// 主程序接收报警数据的队列
static xQueueHandle s_timer_queue;

/*
* A simple helper function to print the raw timer counter value
* and the counter value converted to seconds
*/
static void inline print_timer_counter(uint64_t counter_value)
{
printf("Counter: 0x%08x%08x \\t", (uint32_t) (counter_value >> 32),
(uint32_t) (counter_value));
printf("Time   : %.8f s\\r\\n", (double) counter_value / TIMER_SCALE);
}

/**
 * 报警回调函数
 * @param args timer_info_t结构体
 * @return
 */
static bool IRAM_ATTR timer_group_isr_callback(void *args)
{
    // 计算回调函数返回值
    BaseType_t high_task_awoken = pdFALSE;
    timer_info_t *info = (timer_info_t *) args;

    // 在ISR中获取计数器值
    uint64_t timer_counter_value =
            timer_group_get_counter_value_in_isr(info->timer_group, info->timer_idx);

    // 将定时器中断响应的定时器赋予结构体变量evt
    timer_event_t evt = {
            .info.timer_group = info->timer_group,
            .info.timer_idx = info->timer_idx,
            .info.auto_reload = info->auto_reload,
            .info.alarm_interval = info->alarm_interval,
            .timer_counter_value = timer_counter_value
    };

    // 定时器组中的定时器，是否有自动重载
    if (!info->auto_reload) {
        timer_counter_value += info->alarm_interval * TIMER_SCALE;
        // 重置定时器组中定时器的时间间隔（定时器自身的时间间隔）
        timer_group_set_alarm_value_in_isr(info->timer_group, info->timer_idx, timer_counter_value);
    }

    // 以队列形式把数据发送到主函数,消息存储在结构体evt中
    // high_task_awoken 用于接收返回值
    xQueueSendFromISR(s_timer_queue, &evt, &high_task_awoken);

    return high_task_awoken == pdTRUE;
}

/**
* @brief 初始化定时器
*
* @param group 定时器组序号，从0开始
* @param timer timer ID, 从0开始
* @param auto_reload 是否自动重载
* @param timer_interval_sec 间隔
*/
static void timer_config_start(int group, int timer, bool auto_reload, int timer_interval_sec)
{
    // 配置定时器,默认时钟源：APB
    timer_config_t config = {
            .divider = TIMER_DIVIDER,       //定时器预分频；esp32-c3的APB_CLK=80MHz，80MHz/TIMER_DIVIDER(16)=5MHz
            .counter_dir = TIMER_COUNT_UP,  //计数器向上计数，从0开始
            .counter_en = TIMER_PAUSE,      //计数器暂时中止
            .alarm_en = TIMER_ALARM_EN,     //定时器警报使能
            .auto_reload = auto_reload,     //1:定时器硬件在警报事件后自动重装载；0：则相反
    };
    /*
    * 函数功能：初始化和配置定时器
    * group_num：定时器分组值, 从0开始
    * timer_num：定时器序号，从0开始 【一组定时器包含：普通定时器，看门狗定时器】
    * *config:  定时器配置结构体
    */
    timer_init(group, timer, &config);

    // 设置定时器值，如果设置了auto_reload，则报警后会也会重置为此值
    timer_set_counter_value(group, timer, 0);

    // 设置报警值、使能中断ISR
    timer_set_alarm_value(group, timer, timer_interval_sec * TIMER_SCALE);

    // 使能定时器组（group）、定时器x（timer）中断
    timer_enable_intr(group, timer);

    // 定时器添加ISR中断回调函数
    timer_info_t *timer_info = calloc(1, sizeof(timer_info_t));
    timer_info->timer_group = group;
    timer_info->timer_idx = timer;
    timer_info->auto_reload = auto_reload;
    timer_info->alarm_interval = timer_interval_sec;
    timer_isr_callback_add(group, timer, timer_group_isr_callback, timer_info, 0);//???
    // 启动定时器
    timer_start(group, timer);
}

void app_main(void)
{
    // xQueueCreate是freeRTOS宏，用于创建队列实例
    s_timer_queue = xQueueCreate(10, sizeof(timer_event_t));

    // 配置定时器组1，中的定时器0，无自动重装，间隔是5s
    timer_config_start(TIMER_GROUP_1, TIMER_0, false, 10);

    while (1) {
        timer_event_t evt;
        // 等待队列事件，时间是永远等待
        xQueueReceive(s_timer_queue, &evt, portMAX_DELAY);

        // 定时器组自动重装
        if (evt.info.auto_reload) {
            printf("====== Timer Group with auto reload ======\\n");
        } else {
            printf("====== Timer Group without auto reload ======\\n");
        }
        printf("------ Group[%d], timer[%d] alarm event ------\\n", evt.info.timer_group, evt.info.timer_idx);

        // 打印事件上报的计数器值
        printf("[ evt.timer_counter_value ] ");
        print_timer_counter(evt.timer_counter_value);

        // 直接从定时器获取计数器值
        printf("[timer.timer_counter_value] ");
        uint64_t task_counter_value;
        // 获取定时器组，中定时器，的计数器的值；
        timer_get_counter_value(evt.info.timer_group, evt.info.timer_idx, &task_counter_value);
        print_timer_counter(task_counter_value);
    }
}

运行结果：

====== Timer Group without auto reload ======
------ Group[1], timer[0] alarm event ------
[ evt.timer_counter_value ] Counter: 0x0000000002faf089 	Time   : 10.00000180 s
[timer.timer_counter_value] Counter: 0x0000000002fb43ab 	Time   : 10.00425820 s
====== Timer Group without auto reload ======
------ Group[1], timer[0] alarm event ------
[ evt.timer_counter_value ] Counter: 0x0000000005f5e112 	Time   : 20.00000360 s
[timer.timer_counter_value] Counter: 0x0000000005f632f5 	Time   : 20.00419620 s

如果 timer_config_start函数的auto_reload设置为true，则输出示例：

可以看到达到报警值后，计数器值会还原。