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[MM32硬件]

在mm32f3270上为MicroPython启用Timer模块

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磨砂|  楼主 | 2021-12-27 12:08 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
Requirements
MicroPython的开发者官网文档中描述了对Timer模块的规范定义:https://docs.micropython.org/en/latest/library/machine.Timer.html

Timer的实例化传参直接用的id号,并且支持一个“-1”的id号表示创建虚拟定时器。“-1”的id号是可选项。我打算仅实现硬件对应的id。软件定时器意思不大。

Timer暴露给用户的全部是通过callback实现的,我看到esp的实现里有value函数,但标准实现中没有,我认为这个意思不大,也就不实现了。

Timer就是基本定时器,周期计数而已,用户在初始化实例的时候,指定唤醒频率即可直接启动,连start函数都没有。但有两种唤醒模式,分别对应两个累成员变量:Timer.ONE_SHOT和Timer_PERIODIC。

Timer相对于别的模块,一个实现难点是,增加的 callback 的机制。但 callback 函数是在 python 代码中传入的,怎么能在 C 语言层面上硬件中断服务程序中被调用呢。通过阅读stm32、mimxrt 和 esp 的移植,发现了一个关键的函数 mp_sched_schedule()函数,用于在定时器中断到来之时,实现在C语言层面上将python的程序注入到python内核的主线程参与调度的做法。目前只找到了一篇**对 mp_sched_schedule() 函数的机制简要说明,见《MicroPython中Python与C代码是如何交互的》

mimxrt 的 Timer 基于 PIT 实现,固定使用一个 PIT,但是使用了其中的多通道。在 MM32 的实现上,具有的多通道的定时器(tim_16b、tim_32b、tim_adv)都用来作为PWM输出和编码器输入了,我最终选择使用仅具有计数功能的 tim_basic,但需要使用两个Instance。这里少不了还要实现一个 find_timer() 的函数以及一组预先分配好的conf结构体。


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沙发
磨砂|  楼主 | 2021-12-27 12:10 | 只看该作者

Implementation

使用 ports/mimxrt/machine_timer.c作为模板,完成mm32的Timer模块的实现。

STATIC mp_obj_t machine_timer_obj_init_helper () 函数中的实例化参数清单



    static const mp_arg_t allowed_args[] =
    {
        { MP_QSTR_mode,         MP_ARG_KW_ONLY | MP_ARG_INT, {.u_int = TIMER_MODE_PERIODIC} },
        { MP_QSTR_callback,     MP_ARG_REQUIRED | MP_ARG_KW_ONLY | MP_ARG_OBJ, {.u_rom_obj = MP_ROM_NONE} },
        { MP_QSTR_period,       MP_ARG_KW_ONLY | MP_ARG_INT, {.u_int = 0xffffffff} },
        { MP_QSTR_tick_hz,      MP_ARG_KW_ONLY | MP_ARG_INT, {.u_int = 1000} },
        { MP_QSTR_freq,         MP_ARG_KW_ONLY | MP_ARG_OBJ, {.u_rom_obj = MP_ROM_NONE} },
    };


Timer 对象的类型定义,要存放好硬件相关信息,同时能保存这些动态配置信息


typedef struct
{
    void   * callback;
    uint32_t period;
    uint32_t tick_hz;
    uint32_t freq;
    uint32_t mode;
} machine_timer_conf_t;


typedef struct
{
    mp_obj_base_t    base;      // object base class.
    TIM_BASIC_Type * timer_port;
    IRQn_Type        timer_irqn;
    uint32_t         timer_id;
    machine_timer_conf_t *conf;
} machine_timer_obj_t;


这里的 callback 搞了个无差别指针,后面用强制类型转换骗过编译器吧。后来通过实际调试发现问题,改用“mp_obj_t callback”。


把machine_timer_obj_t的实例化放在machine_timer.c中吧,因为没有涉及引脚相关的定义,就不放在 machine_pin_board_pins.c 中了。

machine_timer_conf_t timer_conf[MACHINE_TIMER_NUM];


const machine_timer_obj_t timer0 = {.base = {&machine_timer_type}, .timer_port = TIM6, .timr_irqn = TIM6_IRQn, .timer_id = 0u, .conf = &timer_conf[0]};
const machine_timer_obj_t timer1 = {.base = {&machine_timer_type}, .timer_port = TIM7, .timr_irqn = TIM7_IRQn, .timer_id = 1u, .conf = &timer_conf[1]};


const machine_timer_obj_t * machine_timer_objs[] =
{
    &timer0 ,
    &timer1 ,
};


再实现 timer_find()函数:


const machine_timer_obj_t *timer_find(mp_obj_t user_obj)
{
    /* 如果传入参数本身就是一个Timer的实例,则直接送出这个Timer。 */
    if ( mp_obj_is_type(user_obj, &machine_timer_type) )
    {
        return user_obj;
    }


    /* 如果传入参数是一个Timer ID号,则通过索引在Timer清单中找到这个通道,然后送出这个通道的实例化对象。 */
    if ( mp_obj_is_small_int(user_obj) )
    {
        uint8_t timer_idx = MP_OBJ_SMALL_INT_VALUE(user_obj);
        if ( timer_idx < MACHINE_TIMER_NUM )
        {
            return machine_timer_objs[timer_idx];
        }
    }


    mp_raise_ValueError(MP_ERROR_TEXT("Timer doesn't exist"));
}


突然发现,对于硬件模块,在 make_new 函数中安排开模块时钟挺好的,对应配引脚复用功能也不错。通常make_new函数中会调用init_helper函数,init_helper通常还会被init直接调用,暴露给用户。但实际上,init函数不仅仅是作为首次配置,更多是修改模块硬件属性,在运行时配置。因此,像开时钟、配引脚这种一次性的操作,放到make_new里更合适。


对于Timer,不涉及到引脚。涉及到引脚也不能在这里写死。目前的类对象结构体中,都已经包含了引脚复用功能的选项,而且要考虑动态复用的可能性,所以不会再pin_init.c或者make_new中一次性写死,而是放在init_helper中,每次在使用init配置类功能,都重新配置一遍引脚。至于访问时钟,我直接在clock_init.c中全部开启,也浪费不了多少电。

mp_obj_t machine_timer_obj_make_new(const mp_obj_type_t *type, size_t n_args, size_t n_kw, const mp_obj_t *args)
{
    mp_arg_check_num(n_args, n_kw, 1, MP_OBJ_FUN_ARGS_MAX, true);


    const machine_timer_obj_t *timer = timer_find(args[0]);


    if ( (n_args >= 1) || (n_kw >= 0) )
    {
        mp_map_t kw_args;
        mp_map_init_fixed_table(&kw_args, n_kw, args + n_args); /* 将关键字参数从总的参数列表中提取出来,单独封装成kw_args。 */
        machine_timer_obj_init_helper(timer, n_args - 1, args + 1, &kw_args);
    }


    return (mp_obj_t)timer;
}

其余函数都是常规实现。

特别需要注意中断服务程序的设计,这也是Timer模块实现的一个难点。


static void machine_timer_irq_handler(uint32_t timer_id)

{

    const machine_timer_obj_t * self = machine_timer_objs[timer_id];


    uint32_t flags = TIM_BASIC_GetInterruptStatus(self->timer_port);

    if (0u != (flags & TIM_BASIC_STATUS_UPDATE_PERIOD) )

    {

        if (self->conf->callback)

        {

            mp_sched_schedule(self->conf->callback, MP_OBJ_FROM_PTR(self));

        }

    }

    TIM_BASIC_ClearInterruptStatus(self->timer_port, flags);


    if (self->conf->mode == TIMER_MODE_ONE_SHOT)

    {

        TIM_BASIC_Stop(self->timer_port);

    }

}

void TIM6_IRQHandler(void) { machine_timer_irq_handler(0); }

void TIM7_IRQHandler(void) { machine_timer_irq_handler(1); }


要在于调用 mp_sched_schedule() 函数。若要使用 mp_sched_schedule() 函数,需要在mpconfigport.h文件中启用 MICROPY_ENABLE_SCHEDULER。
#define MICROPY_ENABLE_SCHEDULER            (1) /* enable scheduler components, using in irq. */



关于 mp_sched_schedule() 函数,其定义在 py/scheduler.c 文件中:
bool MICROPY_WRAP_MP_SCHED_SCHEDULE(mp_sched_schedule)(mp_obj_t function, mp_obj_t arg) {
    mp_uint_t atomic_state = MICROPY_BEGIN_ATOMIC_SECTION();
    bool ret;
    if (!mp_sched_full()) {
        if (MP_STATE_VM(sched_state) == MP_SCHED_IDLE) {
            MP_STATE_VM(sched_state) = MP_SCHED_PENDING;
        }
        uint8_t iput = IDX_MASK(MP_STATE_VM(sched_idx) + MP_STATE_VM(sched_len)++);
        MP_STATE_VM(sched_queue)[iput].func = function;
        MP_STATE_VM(sched_queue)[iput].arg = arg;
        MICROPY_SCHED_HOOK_SCHEDULED;
        ret = true;
    } else {
        // schedule queue is full
        ret = false;
    }
    MICROPY_END_ATOMIC_SECTION(atomic_state);
    return ret;
}

从源代码中可以看出,这个函数要求在第一个参数传入回调的函数,第二个参数传入回调函数的参数。在 machine_timer_irq_handler() 函数中,将make_new中存入的callback和timer对象本身作为参数传入python的调度器。这个要特别注意,在python中,也要定义格式相同的函数作为回调函数传入。在callback内部,可以通过传入的参数访问到timer对象实例的所有资源。








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板凳
磨砂|  楼主 | 2021-12-27 12:11 | 只看该作者

Application

终于到验证环节了,我经历了一下午各种猜各种试各种调,终于搞出来一个能那得出手的测试用例了。


from machine import Pin
from machine import Timer
import utime

led0 = Pin('PA1', mode=Pin.OUT_PUSHPULL)
led1 = Pin('PA2', mode=Pin.OUT_PUSHPULL)

led0_flag = False
led1_flag = False

def t0_callback(self):
    global led0_flag
    if led0_flag:
        led0.low()
    else:
        led0.high()
    led0_flag = not led0_flag

t0 = Timer(0, mode=Timer.PERIODIC, callback=t0_callback, period=500)

while True:
    utime.sleep_ms(200)
    if led1_flag:
        led1.low()
    else:
        led1.high()
    led1_flag = not led1_flag



两个小灯以不同的频率交替闪烁,成了。

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