一、 簡介

ESP32-C3硬件定時器分辨率高，一般可用于：

• 獲取時間戳
• 周期性任務

本文主要內容參考 官網API文檔

本文主要代碼參考 來自這里

ESP32-C3 有2個定時器組，每個組有2個定時器，共有4個定時器。
每組定時器包括一個普通定時器和一個看門狗定時器。

在 timer_types.h 里可以看到結構體的定義：

typedef enum {
    TIMER_GROUP_0 = 0, /*!

每個通用硬件定時器都是基于16位預分頻器和64位自動重載功能的向上/向下計數的64位通用定時器。

二、使用步驟

1. 資源分配
2. 設置和獲取計數器值
3. 設置報警動作
4. 注冊事件回調函數
5. 使能或禁用定時器
6. 啟動和停止定時器

其它的操作有：

• 電源管理
• IRAM安全
• 線程安全
• Kconfig 設置選項

三、操作函數

1. 基本操作

（1）定時器實例gptimer_handle_t

（2） 定時器配置結構體gptimer_config_t

使用結構體 gptimer_config_t 來創建定時器實例， gptimer_config_t 結構體的屬性值：

• gptimer_config_t::clk_src 選擇定時器的時鐘源，枚舉值： gptimer_clock_source_t
• gptimer_config_t::direction 設置定時器的計數方向，枚舉值： gptimer_count_direction_t
• gptimer_config_t::resolution_hz 設置內部計數器的分辨率，計數器滴答一次用時秒數為：1 r e s o l u t i o n _ h z \\frac {1} {resolution_hz} resolution _hz1
• gptimer_config_t::intr_shared 設置是否將定時器中斷源標記為共享源。
  示例：

// 配置定時器,默認時鐘源：APB
    timer_config_t config = {
            .divider = TIMER_DIVIDER,       //定時器預分頻；esp32-c3的APB_CLK=80MHz，80MHz/TIMER_DIVIDER(16)=5MHz
            .counter_dir = TIMER_COUNT_UP,  //計數器向上計數，從0開始
            .counter_en = TIMER_PAUSE,      //計數器暫時中止
            .alarm_en = TIMER_ALARM_EN,     //定時器警報使能
            .auto_reload = auto_reload,     //1:定時器硬件在警報事件后自動重裝載；0：則相反
    };

（3） 定時器初始化timer_init()

示例：

/*
    * 函數功能：初始化和配置定時器
    * group_num：定時器分組值, 從0開始
    * timer_num：定時器序號，從0開始 【一組定時器包含：普通定時器，看門狗定時器】
    * *config:  定時器配置結構體
    */
    timer_init(group, timer, &config);

（3） 設置定時器初值timer_set_counter_value()

示例：

// 設置定時器值，如果設置了auto_reload，則報警后會也會重置為此值
    timer_set_counter_value(group, timer, 0);

（4）設置報警值timer_set_alarm_value()

示例：

// 設置報警值、使能中斷ISR
    timer_set_alarm_value(group, timer, timer_interval_sec * TIMER_SCALE);

（5）使用定時器timer_enable_intr()

示例：

// 使能定時器組（group）、定時器x（timer）中斷
    timer_enable_intr(group, timer);

（6） 定時器添加ISR中斷回調timer_isr_callback_add()

示例：

// 定時器添加ISR中斷回調函數
    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）啟動定時器timer_start()

示例：

timer_start(group, timer);

（8） 獲取定時器值timer_get_counter_value()

示例：

uint64_t task_counter_value;
        // 獲取定時器組，中定時器，的計數器的值；
        timer_get_counter_value(evt.info.timer_group, evt.info.timer_idx, &task_counter_value);

2. 其它操作

（1） 創建新定時器gptimer_new_timer()

示例： 創建分辨率為1 MHz 的通用定時器：

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） 設置和獲取計數值gptimer_get_raw_count()

gptimer_get_raw_count 用來獲取計數值。

• 創建計數器后，內部計數器將默認重置為0
• 計數值重置時，將會從新值計數。
• 計數值達最大值后將重置，最大值與SOC宏： SOC_TIMER_GROUP_COUNTER_BIT_WIDTH 有關。

3. 使能和禁用定時器

（1）使能gptimer_enable()

此函數功能：

• 將定時器驅動的狀態從init切換為enable
• 如果gptimer_register_event_callbacks() 已經延遲安裝中斷服務，此函數將使能中斷服務
• 如果選擇了特定的時鐘源，此函數將獲取適當的電源管理鎖。

（2）禁用gptimer_disable

4. 啟動和停止定時器

（1）啟動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
// 計數值轉為秒
#define TIMER_SCALE           (TIMER_BASE_CLK / TIMER_DIVIDER)

typedef struct {
    // 定時器組號
    int timer_group;
    // 定時器序號
    int timer_idx;
    // 報警時間
    int alarm_interval;
    // 是否自動重裝
    bool auto_reload;
} timer_info_t;

// 定義一個示例結構體
typedef struct {
    // 定時器的參數
    timer_info_t info;
    // 計數器值
    uint64_t timer_counter_value;
} timer_event_t;

// 主程序接收報警數據的隊列
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);
}

/**
 * 報警回調函數
 * @param args timer_info_t結構體
 * @return
 */
static bool IRAM_ATTR timer_group_isr_callback(void *args)
{
    // 計算回調函數返回值
    BaseType_t high_task_awoken = pdFALSE;
    timer_info_t *info = (timer_info_t *) args;

    // 在ISR中獲取計數器值
    uint64_t timer_counter_value =
            timer_group_get_counter_value_in_isr(info->timer_group, info->timer_idx);

    // 將定時器中斷響應的定時器賦予結構體變量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
    };

    // 定時器組中的定時器，是否有自動重載
    if (!info->auto_reload) {
        timer_counter_value += info->alarm_interval * TIMER_SCALE;
        // 重置定時器組中定時器的時間間隔（定時器自身的時間間隔）
        timer_group_set_alarm_value_in_isr(info->timer_group, info->timer_idx, timer_counter_value);
    }

    // 以隊列形式把數據發送到主函數,消息存儲在結構體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 初始化定時器
*
* @param group 定時器組序號，從0開始
* @param timer timer ID, 從0開始
* @param auto_reload 是否自動重載
* @param timer_interval_sec 間隔
*/
static void timer_config_start(int group, int timer, bool auto_reload, int timer_interval_sec)
{
    // 配置定時器,默認時鐘源：APB
    timer_config_t config = {
            .divider = TIMER_DIVIDER,       //定時器預分頻；esp32-c3的APB_CLK=80MHz，80MHz/TIMER_DIVIDER(16)=5MHz
            .counter_dir = TIMER_COUNT_UP,  //計數器向上計數，從0開始
            .counter_en = TIMER_PAUSE,      //計數器暫時中止
            .alarm_en = TIMER_ALARM_EN,     //定時器警報使能
            .auto_reload = auto_reload,     //1:定時器硬件在警報事件后自動重裝載；0：則相反
    };
    /*
    * 函數功能：初始化和配置定時器
    * group_num：定時器分組值, 從0開始
    * timer_num：定時器序號，從0開始 【一組定時器包含：普通定時器，看門狗定時器】
    * *config:  定時器配置結構體
    */
    timer_init(group, timer, &config);

    // 設置定時器值，如果設置了auto_reload，則報警后會也會重置為此值
    timer_set_counter_value(group, timer, 0);

    // 設置報警值、使能中斷ISR
    timer_set_alarm_value(group, timer, timer_interval_sec * TIMER_SCALE);

    // 使能定時器組（group）、定時器x（timer）中斷
    timer_enable_intr(group, timer);

    // 定時器添加ISR中斷回調函數
    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);//???
    // 啟動定時器
    timer_start(group, timer);
}

void app_main(void)
{
    // xQueueCreate是freeRTOS宏，用于創建隊列實例
    s_timer_queue = xQueueCreate(10, sizeof(timer_event_t));

    // 配置定時器組1，中的定時器0，無自動重裝，間隔是5s
    timer_config_start(TIMER_GROUP_1, TIMER_0, false, 10);

    while (1) {
        timer_event_t evt;
        // 等待隊列事件，時間是永遠等待
        xQueueReceive(s_timer_queue, &evt, portMAX_DELAY);

        // 定時器組自動重裝
        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);

        // 打印事件上報的計數器值
        printf("[ evt.timer_counter_value ] ");
        print_timer_counter(evt.timer_counter_value);

        // 直接從定時器獲取計數器值
        printf("[timer.timer_counter_value] ");
        uint64_t task_counter_value;
        // 獲取定時器組，中定時器，的計數器的值；
        timer_get_counter_value(evt.info.timer_group, evt.info.timer_idx, &task_counter_value);
        print_timer_counter(task_counter_value);
    }
}

運行結果：

====== 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函數的auto_reload設置為true，則輸出示例：

可以看到達到報警值后，計數器值會還原。