4. FLEXIO定时器详解：定时器结构、计数模式、比较匹配与PWM生成原理
FLEXIO定时器是FLEXIO模块的核心执行单元，负责为移位器提供精确的移位时钟、为外部引脚生成PWM波形，并实现输入信号的捕获与超时检测。本章深入剖析定时器的内部结构、四种计数模式、比较匹配机制以及PWM生成的完整流程。
4.1 定时器内部结构
每个FLEXIO定时器由以下关键寄存器与逻辑单元构成：
- 定时器控制寄存器（TIMCTL）：配置定时器使能、触发源、触发极性、停止条件及输出引脚选择。
- 定时器配置寄存器（TIMCFG）：定义定时器启动条件、停止条件、复位条件及输出引脚初始状态。
- 定时器比较寄存器（TIMCMP）：存储16位的比较值，决定定时器计数的上限或PWM的占空比。
- 16位计数器：实际运行的硬件计数器，在每个时钟周期递增或递减。
- 比较器：实时比较计数器值与TIMCMP值，产生匹配事件。
- 输出控制逻辑：根据比较匹配结果和配置模式，驱动定时器输出引脚的电平变化。
4.2 四种计数模式
FLEXIO定时器支持四种计数模式，通过TIMCFG寄存器的
| TIMOD值 | 模式名称 | 计数方向 | 复位条件 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 00 | 单次计数模式 | 递增 | 比较匹配后复位并停止 | 单脉冲生成、超时检测 |
| 01 | 连续计数模式 | 递增 | 比较匹配后复位并继续 | PWM生成、周期性触发 |
| 10 | 双8位计数模式 | 高8位递增/低8位递减 | 低8位下溢复位 | 非对称PWM、特殊波形 |
| 11 | 触发计数模式 | 递增 | 触发事件复位 | 输入捕获、脉冲宽度测量 |
4.2.1 单次计数模式
计数器从0开始递增，当计数值等于TIMCMP值时产生比较匹配，计数器复位并停止。输出引脚在匹配时翻转一次。适用于生成单个脉冲或实现一次性的超时检测。
4.2.2 连续计数模式
计数器从0开始递增，达到TIMCMP值后复位并自动重新开始计数，形成连续的锯齿波。输出引脚在每个周期内根据配置的极性翻转一次，是生成标准PWM波形的首选模式。
4.2.3 双8位计数模式
计数器的高8位递增，低8位递减。当低8位下溢（从0x00变为0xFF）时，高8位加1，低8位重新从TIMCMP[7:0]开始递减。此模式可生成中心对齐的非对称PWM波形，适用于电机控制等需要死区补偿的场景。
4.2.4 触发计数模式
计数器在触发事件（由TIMCTL寄存器的TRGSEL字段选择）发生时复位并重新开始计数。常用于测量输入脉冲的宽度或周期，配合移位器实现输入捕获功能。
4.3 比较匹配机制
比较匹配是定时器产生输出信号的核心事件。当16位计数器的值等于TIMCMP寄存器的值时，比较器输出匹配信号，触发以下动作：
- 计数器复位：在单次和连续模式下，计数器立即复位为0。
- 输出引脚翻转：根据TIMCFG寄存器的Polarity位，输出引脚电平发生翻转（高→低或低→高）。
- 中断请求：如果TIMCTL寄存器的Timer Interrupt Enable (TIE)位置1，则产生定时器中断。
- 移位器触发：匹配信号可作为移位器的移位时钟或加载信号，实现数据同步传输。
4.4 PWM生成原理
利用FLEXIO定时器的连续计数模式（TIMOD=01）可以方便地生成PWM波形。PWM的两个关键参数——频率和占空比——通过TIMCMP寄存器的配置实现。
4.4.1 频率控制
PWM频率由TIMCMP值决定，公式如下：
PWM频率 = FLEXIO_CLK / (TIMCMP + 1)其中FLEXIO_CLK为定时器的输入时钟频率。例如，若FLEXIO_CLK=40MHz，TIMCMP=3999，则PWM频率=40MHz/4000=10kHz。
4.4.2 占空比控制
占空比由TIMCMP值与输出极性共同决定。在连续计数模式下，输出引脚在计数器复位时置为有效电平，在比较匹配时翻转。因此：
- 高电平时间 = TIMCMP + 1 个时钟周期（若极性配置为高有效）
- 低电平时间 = 周期 - 高电平时间
- 占空比 = (TIMCMP + 1) / (TIMCMP + 1) × 100% = 50%（固定）
4.4.3 双8位模式PWM配置示例
以下代码展示了如何配置定时器0在双8位模式下生成PWM波形：
// 假设 FLEXIO_CLK = 40MHz
// 目标：PWM频率 = 10kHz，占空比 = 60%
// 1. 计算周期值（高8位）
// 周期 = FLEXIO_CLK / 频率 = 40MHz / 10kHz = 4000
// 高8位 = 4000 / 256 = 15（取整）
uint8_t period_high = 15;
// 2. 计算占空比（低8位）
// 占空比 = 60% → 高电平时间 = 4000 * 0.6 = 2400
// 低8位 = 2400 % 256 = 96
uint8_t duty_low = 96;
// 3. 配置TIMCMP寄存器
// TIMCMP[15:8] = period_high, TIMCMP[7:0] = duty_low
FLEXIO_0->TIMCMP[0] = (period_high << 8) | duty_low;
// 4. 配置TIMCFG为双8位模式
FLEXIO_0->TIMCFG[0] = (3 << 0) | // TIMOD = 11 (双8位)
(1 << 8) | // TIMOUT = 1 (输出使能)
(0 << 12); // 极性配置
4.5 定时器配置流程总结
配置FLEXIO定时器生成PWM或驱动移位器的标准流程如下：
- 使能FLEXIO模块时钟：在CCM模块中配置FLEXIO时钟门控。
- 配置定时器时钟源：通过TIMCTL寄存器的Timer Clock Select (TCLKSEL)字段选择内部时钟或外部引脚时钟。
- 选择计数模式：设置TIMCFG寄存器的TIMOD字段为所需模式。
- 配置触发源：若使用触发模式，设置TRGSEL字段选择触发信号来源。
- 设置比较值：写入TIMCMP寄存器，确定周期和占空比。
- 配置输出引脚：设置TIMCTL的Timer Output Select (TIMOUT)位，使能输出到外部引脚。
- 使能定时器：设置TIMCTL的Timer Enable (TEN)位为1，启动定时器。