目錄

GPT核心特性

GPT 計數器操作模式

?重啟模式

自由運行模式

GPT時鐘源

?GPT框圖

輸入捕獲：測量外部信號的高電平脈沖寬度

輸出比較：生成 1kHz PWM 波

GPT模塊外部引腳復用與功能映射表

GPT使用注意事項

GPT Memory Map

GPT寄存器

GPTx_CR寄存器

GPTx_PR寄存器

GPTx_SR寄存器

GPTx_IR寄存器

GPTx_OCR1寄存器

GPTx_ICR1寄存器

GPTx_CNT寄存器

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前言：

通用定時器（GPT）是一種功能強大的硬件模塊，內置一個32位遞增計數器，用于記錄時鐘脈沖的數量，為定時和計數操作提供核心支持；

GPT具備輸入捕獲能力，能夠檢測外部引腳的電平變化（如上升沿、下降沿或雙邊沿），并在觸發時將當前的計數器值自動保存到專用寄存器中，方便后續讀取或處理；

GPT支持輸出比較功能，用戶可以預先設定一個目標數值，當計數器達到該值時，硬件會自動在指定引腳上產生信號（例如電平翻轉），可用于生成PWM波形或控制外部設備，此外，這一機制還會觸發中斷，讓軟件在中斷服務中執行定時任務，比如周期性數據采集或系統調度；

GPT核心特性

• 一個具備時鐘源選擇功能的 32 位向上計數器，計數范圍為（0 ~ 232-1），當時鐘源選擇內部高速時鐘，可用于高精度定時，若選則低速時鐘（32KHz RTC 時鐘）則用于低功耗場景；
• 兩個輸入捕獲通道，每個通道相互獨立，每個輸入捕獲通道對應一個外部引腳，可監測引腳的電平跳變（上升沿 / 下降沿 / 雙邊沿），?當引腳出現指定邊沿時，立即將當前計數器值自動保存到到捕獲寄存器，可以用于測量脈沖寬度（捕獲上升沿記錄t1，捕獲下降沿記錄t2，脈寬 =?t2-t1）與測量信號周期（連續捕獲兩個上升沿，周期 =?t2-t1）；
• 三個輸出比較通道，每個通道相互獨立，每個通道預設一個比較值，當計數器遞增到該值時，觸發硬件動作，常見輸出模式為電平翻轉（匹配時引腳電平翻轉一次，用于生成單次脈沖）與?持續 PWM（周期由計數器溢出周期決定，占空比由比較值與周期的比值決定）；
• 可配置為在低功耗模式和調試模式下保持工作狀態；
• 在捕獲事件、比較事件和計數器溢出事件發生時，可生成中斷；
• 計數器操作支持重啟模式或自由運行模式；

GPT 計數器操作模式

?重啟模式

當通過 GPT 控制寄存器?GPT_CR?配置為重啟模式，在重啟模式下，對于輸出比較通道1，當計數器達到比較值時?→?計數器會重置并從?0x00000000?重新開始計數；

對于輸出比較通道2與輸出比較通道3，計數器達到其比較值 → 計數器不會重置，繼續向上累加；

由于通道 1 的比較事件會強制重置計數器，如果通道 2與通道 3 的比較值 > 通道 1 的比較值?→ 計數器會在達到通道 2與通道3 的比較值?之前，先觸發通道 1 的比較事件 → 計數器被重置為?0?→ 通道 2/3 的比較事件永遠不會觸發；

注意事項：當對通道 1 的比較寄存器執行任何寫操作時，都會重置 GPT 計數器；

假設計數器正在運行，此時修改通道 1 的比較值：

• 若原比較值?C_old?較大（如?0x1000），新值?C_new?較小（如?0x0800），且計數器已超過?C_new（當前計數值?CNT > C_new）→ 若不強制重置，C_new?永遠不會觸發比較事件（因為計數器只會繼續遞增到?0xffffffff）；
• 強制重置后，計數器從?0?開始，新的?C_new?會在下次計數到?C_new?時觸發事件 →?確保修改比較值后，新的定時邏輯能立即生效，避免邏輯漏洞；

應用場景：通道 1 控制基礎周期，通道 2與通道3 實現周期內的子事件；

• 通道 1 設定 "大周期"（1ms），讓計數器每 1ms 重啟 → 實現固定周期的主任務（數據上傳任務）；
• 通道 2與通道3 設定 "大周期內的子時間點"（0.3ms、0.7ms）→ 觸發周期內的細分任務（多階段傳感器采集數據、多階段傳感器數據處理）；

自由運行模式

當通過 GPT 控制寄存器?GPT_CR?配置為自由模式，在自由運行模式下，當所有 3 個比較通道發生比較事件時，計數器都不會重置，計數器會繼續遞增計數，直到達到?0xFFFFFFFF，然后回繞（溢出）?到?0x00000000?重新開始；

當計數器與通道的比較值相等時，觸發該通道的比較事件，三個比較通道（通道 1/2/3）共用一個32 位向上計數器，但是三個比較通道可設置不同的比較值，在同一個時間軸上獨立觸發事件；

應用場景：多事件并行調度，示例如下：

• 通道 1 比較值?T1?(T1=1000) → 觸發傳感器采集任務；
• 通道 2 比較值?T2?(T2=3000) → 觸發檢查硬件狀態任務；
• 通道 3 比較值?T3?(T3=5000) → 觸發系統校準任務；

GPT時鐘源

• Crystal Oscillator：系統基準時鐘，典型頻率為24MHz；
• External Clock：外部時鐘，無固定頻率，可靈活配置；
• Peripheral Clock：系統外設總線時鐘，典型頻率為66MHz；
• Low Frequency Reference Clock:? 低頻參考時鐘，用于低功耗模式、RTC 實時時鐘，典型頻率為32.768KHz；

• High Frequency Reference Clock：系統的高頻基準時鐘；

?GPT框圖

?

1. Timer Counter 32-bit：32 位向上計數器；
2. GPT_CAPTURE1：輸入捕獲引腳，用于檢測外部信號的邊沿（上升沿 / 下降沿）；
3. IM1 (Input Mode/Mask)：輸入模式控制，配置捕獲的邊沿類型（上升沿、下降沿、雙邊沿）或使能 / 屏蔽捕獲；
4. IF1 (Input Flag)：輸入捕獲標志，當檢測到指定邊沿時置位，觸發將計數器值保存到輸入寄存器的機制；
5. IF1IE (Input Capture Interrupt Enable)：輸入捕獲中斷使能位，置?1?時，捕獲事件觸發處理器中斷；
6. Timer Input Reg 1 (32-bit)：輸入捕獲寄存器，存儲捕獲時刻的計數器值；
7. ?Counter Value BUS：用于實時傳輸當前計數器的計數值，一段連接?32 位定時器計數器，另一端連接?輸入捕獲寄存器和?輸出比較比較器；
8. ROV (Roll-Over)：計數器溢出標志，當?Timer Counter?從?0xFFFFFFFF?回繞到?0?時置位；
9. ROVIE (Roll-Over Interrupt Enable)：溢出中斷使能位，置?1?時，溢出事件觸發處理器中斷；
10. FRR (Free-Run Restart)：自由運行模式下的重啟控制，決定計數器是否重置；
11. Timer Output Reg1 (32-bit)：輸出比較寄存器，存儲預設的比較值；
12. cmp (Comparator)：比較器，持續對比?Timer Counter?值與?Timer Output Reg?值，匹配時觸發事件；
13. OF1 (Output Flag)：輸出比較標志，比較匹配時置位，觸發引腳動作或中斷；
14. OF1IE (Output Compare Interrupt Enable)：輸出比較中斷使能位，置?1?時，比較事件觸發處理器中斷；
15. OM1 (Output Mode)：輸出模式控制，決定比較匹配時?GPT_COMPARE1?引腳的動作（如電平翻轉、置高、置低等）；
16. GPT_COMPARE1?：輸出比較通道引腳?；

輸入捕獲：測量外部信號的高電平脈沖寬度

需求：測量?GPT_CAPTURE1?引腳上的高電平脈沖寬度，系統時鐘經預分頻后為?1MHz（計數器每?1μs?加?1）；

一 配置階段：

1. 選擇時鐘源為?ipg_clk=66MHz，設置預分頻系數為 66（66MHz / 66?= 1MHz，計數器每1μs?遞增?1）；
2. 配置?IM1：由于需要測量高電平脈沖寬度，即上升沿開始、下降沿結束，因此選擇上升沿和下降沿捕獲；
3. 置位?IF1IE：使能輸入捕獲中斷，捕獲事件觸發中斷處理；

二 捕獲上升沿（記錄起始時間）：

1. 外部信號在?GPT_CAPTURE1?引腳產生上升沿，sync?同步后，IM1?觸發?IF1；
2. Timer Input Reg 1?鎖存當前計數器值（假設為?T1 = 1000）；
3. 若?IF1IE?使能，觸發中斷，軟件記錄?T1（起始時間）；

三 捕獲下降沿（記錄結束時間）：

1. 外部信號在?GPT_CAPTURE1?引腳產生下降沿，sync?同步后，IM1?再次觸發?IF1；
2. Timer Input Reg 1?鎖存當前計數器值（假設為?T2 = 1500）；
3. 觸發中斷，軟件計算脈沖寬度：T2 - T1 = 500（計數）→ 對應時間?500μs（因?1?計數 =?1μs）；

輸出比較：生成 1kHz PWM 波

需求：在?GPT_COMPARE1?引腳生成?1kHz、占空比?50%?的 PWM 波；

分析:? 假設計數器時鐘?1MHz（周期?1μs），則 PWM 周期需?1000μs（1kHz），占空比?50%?即高電平?500μs、低電平?500μs，那么輸出比較寄存器的初始值設置為500；

一 配置階段：

1. 選擇時鐘源為?ipg_clk=66MHz，設置預分頻系數為 66；
2. 配置?OM1：比較匹配時GPT_CAPTURE1?引腳電平翻轉；
3. 初始化輸出比較寄存器（?Timer Output Reg1)?為?500；
4. 置位?OF1IE：使能輸出比較中斷，用于更新下一次比較值；

二 第一次比較匹配（上升沿）：

1. 計數器從?0?開始計數，達到?500?時，cmp?比較匹配，OF1?置位；
2. OM1?控制?GPT_COMPARE1?引腳電平翻轉（假設初始為低電平 → 高電平）；
3. 若?OF1IE?使能，觸發中斷，軟件更新?Timer Output Reg1?為?1000；

三 第二次比較匹配（下降沿）：

1. 計數器繼續計數到?1000，cmp?再次匹配，OF1?置位。
2. OM1?控制引腳電平翻轉（高電平?→ 低電平）。
3. 中斷中更新?Timer Output Reg1?為?1500（下一個周期的高電平結束點）；

四 循環生成 PWM：

• 每次比較匹配時翻轉電平，并更新下一次比較值，持續循環 → 生成穩定的?1kHz、50%?占空比 PWM 波；

GPT模塊外部引腳復用與功能映射表

時鐘引腳選取：首先檢查檢查是否需要以太網（ENET1）或 UART1 功能，若以太網和 UART1 都不用，任選；若其中一個需啟用，選另一個閑置的；然后將選取的引腳復用為GPT 時鐘引腳；

輸入捕獲引腳（GPT1_CAPTURE1）選取：優先選取GPIO1_IO00，由于GPIO1_IO00?是獨立 GPIO，復用為捕獲功能時不影響其他外設；

輸出比較引腳（GPT1_COMPARE1）選取：優先選取GPIO1_IO01，由于GPIO1_IO01?是獨立 GPIO，復用為比較功能時不影響其他外設；

GPT使用注意事項

若 GPT 定時器被禁用（EN=0）?，則?計數器（Main Counter）?和?預分頻器（Prescaler Counter）?會凍結當前計數值（停止遞增，保持最后一次計數結果），此時，ENMOD?位?決定：當?EN?位重新置?1（GPT 再次使能）時，計數器如何恢復計數：

• 若?ENMOD=1（重置模式）：當 GPT 重新使能（EN=1）時，主計數器和預分頻計數器會被強制重置為?0（從頭開始計數）；
• 若?ENMOD=0（續傳模式）：當 GPT 重新使能（EN=1）時，主計數器和預分頻計數器會從凍結的計數值繼續遞增；

硬件復位：會將所有 GPT 寄存器重置為各自的默認復位值，除輸出比較寄存器（OCR1、OCR2、OCR3）?會被置為0xFFFFFFFF外，其余寄存器均恢復默認，而輸入捕獲寄存器復位值會被重置為?0x00000000；

GPT Memory Map

GPT寄存器

GPTx_CR寄存器

bit[0]:?EN位，定時器使能位，若配置為1表示啟用 GPT 計數器，開始計數；若配置為0表示禁用計數器，凍結當前計數值；
bit[1]: ENMOD位，使能模式位，決定禁用后重新使能時的行為，若配置為1表示重新使能；時，計數器重置為 0，若配置為0表示重新使能時，計數器從凍結值繼續遞增計數；

bit[8:6]: CLKSRC位，時鐘源選擇位，用于配置 GPT 計數器的時鐘來源，若配置為000表示無時鐘輸入，配置為001表示時鐘源為ipg_clk，配置為010表示時鐘源為ipg_clk_highfreq，配置為011表示時鐘源為External Clock，配置為100表示時鐘源為ipg_clk_32k，配置為101表示時鐘源為ipg_clk_24M；

bit[9]:?FRR位，自由運行 / 重啟模式選擇位，若配置為1表示自由運行模式，若配置為0表示重啟模式；
bit[10]:?EN_24M位，24MHz 時鐘使能；

bit[15]: SWR位，軟件復位控制位，寫 1 復位 GPT 定時器，復位后自動清0；

bit[17:16]: IM1位，輸入捕獲通道1模式控制位，用于配置?GPT_CAPTURE1?引腳的哪種跳變方式會觸發保存計數器值的動作，若配置為00表示禁用捕獲，若配置為01表示僅上升沿觸發，若配置為10表示僅下降沿觸發，若配置為11表示雙邊沿觸發；

bit[22:20]: OM1位，輸出比較通道 1 的模式控制位，用于配置比較匹配時?GPT_COMPARE1引腳的具體動作，若配置為000表示輸出斷開即比較事件不影響引腳；若配置為001表示翻轉輸出即比較事件發生時，引腳電平翻轉；若配置為010表示清除輸出即比較事件發生時，引腳電平配置低電平；若配置為011表示置位輸出即比較事件發生時，引腳電平配置高電平；

bit[29]: FO1位，強制輸出比較位，其作用為手動觸發輸出比較動作，若配置為1時立即執行?OMn?配置的輸出動作，但不置位狀態寄存器（GPTX_SR）比較事件標志位（OFn)，寫1后自動清除；

GPTx_PR寄存器

bit[31:16]: 保留位

bit[15:12]:?PRESCALER24M位，當且僅當?時鐘源（CLK_SRC）選擇 24M 晶體時鐘?時生效，對 24MHz 輸入時鐘分頻；

bit[11:0]:?PRESCALER位，用于對?CLK_SRC 選擇的任意時鐘源?分頻，決定最終輸入計數器的時鐘頻率，其中分頻系數 = PRESCALER 值 + 1，如PRESCALER = 0x001則分頻系數為?2

GPTx_SR寄存器

bit[0]: OF1位，輸出比較通道 1 標志位，當計數器值匹配?GPT_COMPARE1?的比較值時置?1；
bit[3]: IF1位，輸入捕獲通道 1 標志位，當?GPT_CAPTURE1?引腳檢測到配置的邊沿跳變時置?1；

bit[5]: ROV位，計數器溢出標志位，無論計數器處于重啟模式還是自由運行模式，只有計數器真正達到?0xFFFFFFFF?時ROV位置?1（當 32 位計數器從?0xFFFFFFFF?回繞到?0?時置?1；

GPTx_IR寄存器

bit [0]:?OF1IE位，輸出比較通道 1 中斷使能，0表示禁用通道 1 的比較中斷（OF1?標志置位不觸發中斷），1表示啟用通道 1 的比較中斷（OF1?標志置位時觸發中斷）；

bit [3]:?IF1IE位，輸入捕獲通道 1 中斷使能，0 表示禁用通道 1 的捕獲中斷（IF1?標志置位不觸發中斷）?1表示啟用通道 1 的捕獲中斷（IF1?標志置位時觸發中斷）；

bit [5]: ROVIE位，計數器溢出中斷使能，?0表示禁用溢出中斷（即使?ROV?標志置位，也不觸發中斷），?1表示啟用溢出中斷（ROV?標志置位時，觸發中斷）；

GPTx_OCR1寄存器

輸出比較寄存器 1用于存儲?輸出比較通道 1（Output Compare Channel 1）的預設比較值?，當 GPT 的 32 位計數器（GPT_CNT）遞增到該值時，會觸發?輸出比較事件；

GPTx_ICR1寄存器

GPTx_ICR1 為只讀寄存器，專門用于保存?輸入捕獲通道 1（Input Capture Channel 1）最后一次捕獲事件發生時的計數器值；

GPTx_CNT寄存器

GPT 模塊的計數器寄存器GPTx_CNT 用于?存儲 GPT 模塊 32 位計數器的當前值，讀操作實時反映計數器當前值，不影響計數流程，寫操作會強制修改計數器值并且打斷當前計數流程；