英飞凌Aurix2G TC3XX GTM模块详解

作为定时器模块，时钟的频率计算至关重要。Aurix2G中Gtm的时钟源有两个，取决与用户设置的时钟频率。其计算公式如下：

• GTMDIV：GTM分频系数，为寄存器CCUCON0.GTMDIV的值，0表示GTM模块关闭

• fSPB：外设总线时钟值，一般为100MHz

• fSOURCE0：系统总线时钟值，一般为300MHz

也就是说，当GTMDIV==1时，GTM的输入时钟频率等于外设总线时钟的2倍，否则等于系统时钟除以分频系数GTMDIV。比如SPB为100MHz时，配置GTMDIV为1，则GTM模块时钟为2*100MHz=200MHz；系统时钟为300MH时，配置GTMDIV为3，则GTM模块时钟为300/3=100MHz。GTM手册推荐时钟频率不高于100MHz，主要考虑因素为功耗。

GTM子模块包括ARU、BRC、FIFO、AFD、F2A、CMU、CCM、TBU、TIM、TOM、ATOM、DTM、MCS、MCFG、MAP、DPLL、SPE、ICM、CMP、MON，其架构框图如下图所示：

时钟管理单元(Clock Management Unit, CMU)负责生成计数器和GTM的时钟。CMU由三个子单元组成，包括CFGU、FXU、EGU，为整个GTM模块生成不同的时钟源。CMU的主时钟源是簇0时钟信号cls0_clk，该信号由寄存器GTM_CLS_CLK_CFG中的位字段CLS0_CLK_DIV的值定义（默认为2）。CMU模块框图如图示。

CFGU（Configurable Clock Generation  Unit，可配置时钟生成模块）可根据用户需求进行较大范围的时钟配置（分频参数为24位宽），是CMU主要的时钟控制单元。其输入源为簇0的输入时钟CLS0_CLK，可输出8路不同频率的时钟，供TIM, ATOM, TBU等模块使用，且连接丰富，例如同一ATOM模块内部多个通道可使用不同的CMU_CLK。每路CMU_CLK与GTM总时钟源之间有3层分频，第一层经过簇0分频得到CLS0_CLK，第二层经过Global Clock Divider得到CMU_GCLK_EN，然后经过Clock Sourcex Divider分频得到CMU_CLKx。计算公式如下：

• fCMUCLKx：CMU通道x可配置时钟输出，x取0~8

• fGTM：GTM模块主时钟

• CLS0CLKDIV：簇0分频系数，寄存器CLS0_CLK_DIV，只可选1或者2，默认为2，即半分频

• GLOBALDIV：全局分频，为GCLK_NUM/GCLK_DEN的值

• CLKCNTx：CMU时钟通道x分频系数，对应寄存器CLK_CNT

FXU（Fixed Clock Generation Unit）为固定分频时钟，所有通道共用一个时钟源，时钟源可选CFGU输出的通道时钟或者CMU_GCLK_EN时钟，如图所示其每路分频参数不可配置。FXU主要供TOM模块使用。当选择CMU_GCLK_EN为时钟源时，计算公式如下：

GTM在MCAL中没有专门的模块，而是依附在MCU模块内的。详细配置如下：

1.这里我们先来到MCU->GtmGlobalConfiguration_0->GtmClusterConf_0，配置Cluster0的分频值，也就是上文的CLS0CLKDIV，这个值只能选0，1，2，0表示关闭该簇。

2.然后我们回到MCU->GtmGlobalConfiguration_0->General，这里有两个参数，就是上文中决定全局分频GLOBALDIV的GCLK_NUM和GCLK_DEN，这里一般都配置成1，也就是全局1比1分频。

3.然后下面有一个FixedClock配置，前面提到因为FXU是不可配置分频的，但是可以配置时钟源和开关，就是下面这两个配置参数。

4.然后再往下就是CFGU的分频配置了，一共有8路，和对应的时钟开关。这里注意CLKCNTx等于配置参数加1，也就是说0代表1比1分频，3表示四分之一分频。

定时器输出单元TOM是GTM的主要输出模块之一，负责输出Pwm波形，一般每个GTM簇内有一个TOM模块，一个TOM模块内最多16个通道，每个通道可以独立输出，也可以进行关联做Pwm波的相位对齐，TOM[i]_CH[x]_OUT  表示TOMi的通道x输出。TOM模块的模块框图如图所示：

每个TOM模块内部有两个TGC子模块，分别控制8个通道的使能及配置更新；每个TGC可从TBU模块选择一路通道作为时间基准以进行对齐同步。右上角的CMU_FXCLK为TOM输入时钟，是计算Pwm周期和占空比的Tick基准，这里每路通道都可任意从5路CMU_FXCLK通道中任选其一，可以灵活配置精度。

每个TOM模块有16个通道，每个通道包含两个比较单元CCU0和CCU1，以及一个输出单元SOU。通道之间些许差异，通道8~15不支持SPE，通道0~7如图所示：

CCU0中包含一个16位累加器CN0和一个16位比较器CM0，CCU1主要包含一个16位比较器CM1。CN0在通道启动后会持续累加，在不同模式下有不同的归零逻辑；CM0和CM1两个比较器用于控制通道输出的占空比和周期，无法直接修改，需要通过操作SR0和SR1两个影子寄存器来进行修改。通道有两种输出模式，一种是持续累加模式（边缘对齐），一种是Up-Down模式（中央对齐）。

在Up-Down模式下，CN0仍然会持续累加，但是在到达CM0之后不归零，而是反向递减，之后到达0之后再累加。递增经过CM1时，设置电平为SL，递减经过CM1时，设置电平为SL取反。其输出波形与寄存器关系如下图所示：

TOM可以被很多MCAL使用，比如ADC、PWM、WDG、GPT、OGU等，因此TOM的资源分频和引脚选择在MCU配置中，详细的其他配置在对对应的使用模块中。这里使用TOM实现一路PWM波作为实例，实现一个每秒闪烁一次的LED灯功能。

1.首先我们来到MCU->McuGtmAllocationConf_0->McuGtmTomAllocationConf_0->McuGtmTomChannelAllocationConf_13，这里我们选用TOM0_13，将硬件资源分配给PWM。

2.然后我们来到MCU->GtmGlobalConfiguration_0->GtmTomGlobalConf_0->GtmTomGroupConf_0，这里有一个TBU时间基准模块的选择，这里我们不需要动，直接用默认的TOM_ACT_TB_TBU_TS0就行，这个不影响输出的PWM波形，只是不同模块的同步基准。

3.然后在MCU->GtmGlobalConfiguration_0->GtmTomGlobalConf_0->GtmTomChannelConf_13，选择我们需要输出的PIN脚，GTM与Port的连接关系我们下文会讲，这里我们根据硬件LED等的位置，选择P00.6.

4.然后在PWM模块配置一路通道。如下硬件选择GTM，PwmDutycycleDefault为占空比TICK值，PwmPeriodDefault为周期TICK值，关于周期占空比的计算，下面我们会讲。PwmPolarity极性选择起始高电平。

5.然后我们来到下一页PwmChannelClass，这里配置成PWM_VARIABLE_PERIOD，能够运行时修改波形参数。

6.然后我们来到GtmTimerOutputModuleConfiguration这里，配置PWM使用TOM通道和时钟源，这里我们选择刚才MCU中配置的TOM0_13，然后根据需求选择分频值。

这里我们讲一下怎么计算周期和选择时钟源，因为我们的目标是实现LED灯一秒闪烁一次，也就是周期为1s，占空比为50%，注意TOM的时钟TICK是16位的，也就是最高65535，因此频率选择太高的话分不出低频的信号。通过前面计算我们得出FXU的输入时钟为50MHz，如果我们选择FIXED_CLOCK1，分频2的4次方为16分频，那么频率为3.125MHz，根据公式：

7.最后我们还需要配置一下Port，根据DataSheet选择对应的输出模式ALT1（DataSheet中查询引脚模式对应功能）。

到这里我们就完成了LED闪烁的配置，代码中只需要对Port和Pwm模块进行初始化，TOM通道就会发波，LED灯就会闪烁。

Port_Init(&Port_Config);Pwm_17_GtmCcu6_Init(&Pwm_17_GtmCcu6_Config);    /* 17是Infineon识别号，Pwm可以用Gtm也可以用Ccu6，所以这里名字后缀包含了二者 */

ATOM和TOM一样同为定时器输出单元，能够实现TOM的功能，同时功能更加强大。ATOM和TOM主要有以下几点不同：

• ATOM可以通过路由功能和其他模块如MCS、DPLL、PSM进行数据交互，实现复杂功能

• ATOM可跟根据TBU的时间基准进行输出

• ATOM可以进行串行数据输出

• ATOM定时器位宽为24位，比TOM多了8位

• ATOM使用的时钟源为CFGU，也就是有更灵活的分频配置的时钟源，而TOM使用FXU

• 一路ATOM为8通道，而一路TOM为16通道

除此之外，ATOM和TOM在使用方法上基本相同。

ATOM的结构和TOM类似，内部有一个AGC控制单元，和8路通道控制单元，有TBU时间基准输入和CMU_CLK时钟输入。

AGC类似TOM的TGC，主要控制模块的使能、通道参数等，通道控制单元ATOM_CHx负责通道的输出。这里我们注意到，和TOM一样，ATOM也可以进行关联触发，图上位置ATOM_TRIG_[i-1]表示可以接收来自上一个ATOM的触发，同时可以向下传递生成ATOM_TRIG_[i]，以进行通道的相位同步。

ATOM通道相对于TOM通道，多了一个ARU通信接口ACI，用来进行ARU数据路由的交互。

ATOM通道中也是有两个比较单元CCU0和CCU1，在不同的ATOM模式下有不同的功能。ATOM模块有以下功能：

• ATOM Signal Output Mode Immediate (SOMI)

• ATOM Signal Output Mode Compare (SOMC)

• ATOM Signal Output Mode PWM (SOMP)

• ATOM Signal Output Mode Serial (SOMS)

• ATOM Signal Output Mode Buffered Compare (SOMB)

在MCAL中ATOM一般使用SOMP模式，与TOM功能类似，如果要进行复杂的功能，则需要进行手写来实现。这里在功能上ATOM的配置和TOM的配置基本类似，就不加以赘述了。

定时器输入单元TIM是GTM中的重要模块，负责过滤和捕获 GTM的输入信号。可以在TIM通道内测量输入信号的几个特性。对于高级数据处理，TIM 模块检测到的输入特性可以通过ARU路由到GTM的后续处理单元。单个TIM模块的功能框图如图所示：

每个TIM内部的通道数量取决于硬件型号，一般是8路。每路有两个输入信号，一个是TIM主输入TIM_IN，一般用于连接外部Port口；另一个是辅助输入AUX_IN，用于采集测量GTM中TOM或ATOM的输出信号。TIM的输入时钟源为CMU的CFGU模块，也就是灵活可配置时钟源。同样TIM也有TBU时间基准模块输入。

TIM通道内部有输入选择模块、过滤模块、中断输出模块、超时检测模块TDU、和TIM测量单元TIM_CHx。

输入选择模块主要用来进行输入源的选择，TIM的输入不仅可以选择本通道，还可选择x-1通道，以及辅助通道。

每个TIM通道都可以从8路CMU_CLK可配置时钟源中灵活选用。FEDGE_DETx则是通道经过过滤后的信号输入，如果没有使能过滤功能，FEDGE_DETx就是直接的外部输入。输入信号每次上升沿和下降沿都可以产生对应的中断信号。FEDGE_DETx最终也会输入到信号测量单元（SMU）中，以进行基于不同模式下的测量。同时TIM也会使用右上角的TBU时间基准输入，进行时间戳功能的实现。最后测量的结果会输出到GPR0和GPR1中，不同的模式下这两个寄存器有不同的含义。

TIM脉冲积分模式可以用来测量某个脉冲的边沿时间，比如设置DSL=1，测量高电平时间，那在上升沿时TIM通道开始进行采样，当下降沿时测量结束，测量结果值可根据配置选择存放到GPR0或者GPR1，具体可查询寄存器EGPR0_SEL, EGPR1_SEL, GPR0_SEL, GPR1_SEL。

在TIM输入事件模式下，TIM能够进行边沿计数。可以通过配置选择上升或者下降沿计数，也可以双边计数。计数的结果同样可以选择配置到GPR0或者GPR1，在每次计数值CNT发生变化时，结果寄存器都会更新。

TIM输入分频模式下，可通过设置触发中断的Cnt数量，来进行分频信号接收。通过设置CNTS寄存器的值，来决定输入信号多少次跳变以后，TIM[i]_NEWVAL[x]_IRQ会置位，以进行中断触发，以达到分频计数的功能。

位压缩模式下可进行多路组合的位检测功能，比如将多路的输入连接到一起，任意一路信号都可触发中断通知。同时组合的数据也能够被ARU路由到其他模块。

在门控采样下，可以设置电平的定时触发功能。比如信号发生上升沿跳变，且高电平大于N个时钟周期则触发中断。可配置目标输入电平DSL，目标时钟TICK数来进行门控电平时间长度捕获。

在TIM串口输入模式下，可进行输入的串行输入功能，配合对端GTM模块的ATOM串口输出或其他数据串口输出，可进行数据交互。

TIM具有多种采样模式，最常见的就是PWM采样模式，本文就以该模式为例，进行输入采样配置。需要配置的模块有Icu和MCU。我们配置P02.4为Pwm输出，使用TOM0_12，周期1ms，占空比50%。这里参考上文中TOM配置，不再详细赘述。配置P02.5为Icu输入，使用TIM0_5，捕获P02.4的输出内容。

1.首先我们来到MCU->McuGtmAllocationConf_0->McuGtmTimAllocationConf_0->McuGtmTimChannelAllocationConf_5，将硬件资源分配给Icu模块。

2.然后在MCU->GtmGlobalConfiguration_0->GtmTimGlobalConf_0->GtmTimChannelConf_5，为TIM0_5选定引脚：

3.然后我们来到Icu模块中，创建一路Icu通道，选择上升沿起始，选择SIGNAL_MEASUREMENT，硬件选择GTM：

4.然后在IcuSignalMeasurement_0页面配置为PWM采样（ICU_DUTY_CYCLE）：

5.然后到GtmTimerInputConfiguration_0配置采样相关参数设置，这里我们选定TIM0_5通道即可，其他配置不使用。这里需要注意的是TimChannelClockSelect参数，该参数决定TIM通道使用的时钟源，时钟源频率是计算采样数据的关键参数，因为采样得到的是TICK值，需要结合采样频率进行计算。

6.最后我们需要在Port中将P02.5配置为输入模式即可（其实默认就是输入），与输出不同的是，输入不需要选择模式。

7.然后在初始化中同样初始化Icu模块，并启动测量，然后在周期任务中读取结果（也可以直接读取寄存器GPR0和GPR1）。

Icu_17_TimerIp_Init(&Icu_17_TimerIp_Config);    /* 初始化模块 */Icu_17_TimerIp_StartSignalMeasurement(IcuConf_IcuChannel_IcuChannel_0); /* 启动测量 */Task(){    Icu_17_TimerIp_DutyCycleType PwmMeasureValue;    Icu_17_TimerIp_GetDutyCycleValues(IcuConf_IcuChannel_IcuChannel_0, &PwmMeasureValue);}

在Aurix2G芯片中，GTM和其他模块提供了非常丰富的连接，这些连接在使用中非常灵活，下面我们就通过实例介绍如何查询手册进行引脚连接，需要用到的手册包括芯片用户手册（非Family手册）、DataSheet。

GTM的输入和输出模块与Port引脚有着丰富的连接，GTM与Port的连接中间存在MultiPlexer转接器，能够实现多对多的丰富连接，同一个Pin脚能够选择多个GTM通道，一个GTM通道也可以选择多个Pin脚。下面介绍如何查询。

下面我们通过实例讲解如何查询Port引脚与ATOM/TOM的连接。

1.第一步，如果选定了某个引脚，想要查询对应的Port，首先打开DataSheet，查询该引脚的输出信息。比如P02.4，可以看到表中该引脚支持的所有功能以及配置选择，这里GTM 输出选择O1，我们得到GTM_TOUT4信息（IOM_REF0_4为IOM监控连接，与输出无关）。

2.然后在芯片型号对应的用户手册中，查询GTM连接Table 234，我们通过TOUT4，得到查表信息：TOUTSEL0_SEL4。

3.点击Page92到对应的寄存器定义位置，可以看到TOUTSEL0的寄存器，然后查询SEL5位域，到这里我们就得到了这个引脚所能够连接的所有GTM对应的输出。

如果要查询某个TOM能够输出到哪些PIN脚，则在用户手册中反向搜索即可，这里有一个技巧，在MCAL配置中可以直接下拉查看某个通道的可用Pin脚。

TIM与其他模块的多对多关系如图所示。

TIM的引脚连接相对简单，我们打开DataSheet，搜索引脚即可以看到该引脚输入模式下能够连接的TIM通道：

打开用户手册在寄存器表格中也可以直接看到某路TIM通道能够连接的Port引脚。

1.首先我们来到Table 241 Connections of ADC_TRIGx Signals to ADC/SENT Modules，这里根据我们需要触发的ADC，观察表种输出源，比如我们需要触发ADC_G3，在表中5路Trigger中都能够支持，这里我们随机选择Trigger2（先查询GTM资源，根据情况可以更换Trigger）

2.然后我们来到Table 240 GTM to EVADC Connections Registers Overview，我们选择的是Trigger2，ADC_G3，则对应的寄存器为ADCTRIG2OUT0（如果是ADC_G8到G11，则需要查询ADCTRIG2OUT1）。

3.我们来到ADCTRIG2OUT0寄存器，因为选择ADC_G3，所以我们对应的是SEL3位域（这里ADC3和ADC4的触发源相同，所以寄存器域定义相同），从中我们可以选择第14个，TOM1_15（这里视硬件资源情况而定，如果已经被占用则需要换其他路Trigger）。

4.然后我们来到MCAL配置，MCU->GtmGlobalConfiguration_0->GtmTriggerForAdc，将GtmTriggerForAdc_3行的GtmAdcTrigger2Select列，置为14。（这里行代表对应的ADC硬件，列代表对应的某路Trigger）。

5.至此我们完成了GTM触发源的配置，然后需要到ADC中对应的通道选择该触发源，这里来到ADC3中的Group，选择硬件触发，触发源刚才我们配置的Trigger2，所以AdcHwExtTrigSelect这里选择ADC_TRIG_10_GxREQTRK_GTM_ADCx_TRIG2。

6.然后AdcHwTrigSignal这页我们选择上升沿

7.GtmTriggerTimerConfig_0这里就可以根据自己的实际触发需求，配置触发频率，这里我们选择1ms触发一次采样。这里需要注意触发间隔时间不能过长，否则超出定时器位宽，出现非预期的频率，原理同前面的TIM采样。

8.然后我们在代码中，需要进行Adc的初始化，设置结果Buffer，硬件触发的使能（使能这里会自动配置TOM参数），然后在周期中读取结果值，也可配置中断读取。我这里没有打开中断，直接看的结果寄存器。

Adc_Init(&Adc_Config);Adc_SetupResultBuffer(AdcConf_AdcGroup_AdcGroup_3_HW, &Adc3GroupHWResult);Adc_EnableHardwareTrigger(AdcConf_AdcGroup_AdcGroup_3_HW);

本文介绍了Infineon Aurix2G TC3XX系列芯片中GTM模块硬件原理，并借助配置及代码示例，描述了配置和开发过程。GTM作为博世IP的芯片内核，有着非常强大的功能，且Aurix2G芯片对其做了丰富的连接集成，为开发者提供了广阔的创造空间。