痞子衡嵌入式：对比i.MXRT与LPC在RTC外设GPREG寄存器使用上的异同

2021 年 7 月 10 日
筆記
D1.单片机i.MXRT-CM33

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是对比i.MXRT与LPC在RTC外设GPREG寄存器使用上的异同。

　　本篇是《在SBL项目实战中妙用i.MXRT1xxx里SystemReset不复位的GPR寄存器》一文的延续，SBL 项目是为 i.MXRT/LPC 系列设计的，上文只介绍了 i.MXRT1xxx 里 SystemReset 不复位的 IOMUXC_SNVS_GPR 寄存器，我们需要在 i.MXRTxxx 和 LPC 中也找出 SystemReset 不复位的通用寄存器。

　　我们知道 i.MXRT1xxx 来自于 i.MX 应用处理器，而 i.MXRTxxx 来自于 LPC 微控制器，出身不同，使用上差异其实也不小。痞子衡在 i.MXRTxxx/LPC 参考手册里找了一圈，最终发现 RTC 外设里的 GPREG 寄存器符合要求。今天痞子衡就以这个通用寄存器的使用为例来展开聊一聊 i.MXRT1xxx/i.MXRTxxx/LPC 关于外设寄存器访问设计上的异同：

一、回顾i.MXRT1xxx上的设计

　　在《在SBL项目实战中妙用i.MXRT1xxx里SystemReset不复位的GPR寄存器》一文里我们找到符合条件的寄存器有两组，分别是 IOMUXC_SNVS_GPR 和 SNVS_LPGPR，文中最终选用了 IOMUXC_SNVS_GPR，在示例代码里是直接读写这个寄存器的，没有任何多余准备工作，甚至连 IOMUXC_SNVS_GPR 外设时钟使能的操作都不用。

void gpr_rw_test(void)
{
    uint32_t flag = 0x5a;
    IOMUXC_SNVS_GPR->GPR0 = flag;
    flag = IOMUXC_SNVS_GPR->GPR0;  // flag 为 0x5a
}

　　这跟 i.MXRT1xxx 系统设计有关，在 i.MXRT1xxx 里 CCM 模块负责所有其他外设的时钟开关控制（具体在 CCM->CCGRx 寄存器），下图是 i.MXRT1052 里 CCM->CCGRx 的默认值（复位后初值，包含软/硬复位）：

　　每个 CCM->CCGRx 包含 16 个 2bit 的 CGx 位，每个 CGx 控制一个外设的时钟开关，2bit 取值定义如下表所示。可以看到大部分外设默认时钟都是打开的（2’b11），仅有如下三个外设默认时钟是关闭的（2’b00）：

CCM->CCGR2[CG12] - xbar2
CCM->CCGR2[CG11] - xbar1
CCM->CCGR3[CG2]  - semc

　　所以我们能随意读写 IOMUXC_SNVS_GPR 寄存器是因为如下时钟控制位是默认打开的，如果将这个时钟控制位设为 2’b00，即关闭，会是什么现象呢？痞子衡挂上 J-Link 做了个读写测试，发现时钟不打开的情况下，寄存器的值依旧能够被有效读取，只是寄存器写入操作是无效的（被系统直接忽略，就像写操作没发生一样），这种体验其实跟一般 MCU 外设寄存器读写设计不太一样， i.MXRT1xxx 上对外设地址空间的访问并没有做 MCU 上常见的保护机制（即外设时钟不使能的情况下，外设寄存器的写访问应返回总线错误，读访问应返回总线错误或无效 0 值），并且复位后几乎所有外设时钟都是默认打开的。

CCM->CCGR3[CG15] - iomuxc_snvs_gpr

二、再看i.MXRTxxx上的设计

　　现在我们看一下 i.MXRTxxx 上 SystemReset 不复位的通用寄存器 RTC->GPREGx，我们在代码里尝试直接写这个寄存器，发现写入操作不报错也不生效，读回来是默认值 0，看起来 i.MXRTxxx 上的这里设计逻辑跟 i.MXRT1xxx 不一样。

void gpreg_rw_test(void)
{
    uint32_t flag = 0x5a;
    RTC->GPREG[0] = flag;
    flag = RTC->GPREG[0];  // flag 为 0
}

　　我们知道 i.MXRTxxx 里 CLKCTLx 模块负责所有其他外设的时钟开关控制（具体在 CLKCTLx->PSCCTLx 寄存器），下图是 i.MXRT685 里 CLKCTLx->PSCCTLx 的默认值（复位后初值，包含软/硬复位）：

　　每个 CLKCTLx->PSCCTLx 包含 32 个 1bit 的 xxxPeripheral_CLK 位，每个 xxxPeripheral_CLK 控制一个外设的时钟开关，0 表示关闭，1 表示打开。可以看到大部分外设默认时钟都是关闭的，仅有 BootROM 默认时钟是开启的：

CLKCTL0->PSCCTL0[ROM_CTL_128KB] - Boot ROM

　　因为 GPREGx 是 RTC 外设里的一部分，那我们试着先将 RTC 外设时钟打开，然后再写入 GPREG 寄存器，发现还是不行，后来查阅 RTC 章节，发现还需要将 RTC->CTRL[SWRESET] 位清零才可以（否则 RTC 模块一直处于复位状态），挂上 J-Link 做个读写测试，打开外设时钟后可以正常做写寄存器操作，关闭时钟后依旧能够有效读取寄存器。总结一下，i.MXRTxxx 上也没有对外设地址空间的访问做 MCU 上常见的保护机制，所以本质上它和 i.MXRT1xxx 一样，只是不像 i.MXRT1xxx 那样复位后默认打开几乎所有外设时钟。

void gpreg_rw_test(void)
{
    // 准备工作
    CLKCTL1->PSCCTL2_SET = (1UL << CLKCTL1_PSCCTL2_SET_RTC_LITE_CLK_SET_SHIFT);  // 或 CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Rtc);
    RTC->CTRL &= ~RTC_CTRL_SWRESET_MASK;
    // 原代码
    uint32_t flag = 0x5a;
    RTC->GPREG[0] = flag;
    flag = RTC->GPREG[0];  // flag 为 0x5a
}

三、对比LPC上的设计

　　最后我们看一下 LPC 上 SystemReset 不复位的通用寄存器 RTC->GPREGx，从 RTC 模块寄存器定义上来看，它和 i.MXRTxxx 里的 RTC 一模一样，是的，说 i.MXRTxxx 来自于 LPC 没有丝毫夸张，它们就是一个平台的产物。我们在代码里尝试直接写这个寄存器，发现读写操作都会直接发生系统错误，在线调试无法继续进行。

void gpreg_rw_test(void)
{
    uint32_t flag = 0x5a;
    RTC->GPREG[0] = flag; // 系统错误，调试无法进行
    flag = RTC->GPREG[0];
}

　　我们知道 LPC 里 SYSCON 模块负责所有其他外设的时钟开关控制（具体在 SYSCON->AHBCLKCTRLx 寄存器），下图是 LPC55S69 里 SYSCON->AHBCLKCTRLx 的默认值（复位后初值，包含软/硬复位）：

　　每个 SYSCON->AHBCLKCTRLx 包含 32 个 1bit 的 xxxPeripheral 位，每个 xxxPeripheral 控制一个外设的时钟开关，0 表示关闭，1 表示打开。可以看到大部分外设默认时钟都是关闭的，仅有 Flash/FMC 默认时钟是开启的：

SYSCON->AHBCLKCTRL0[FLASH] - Flash 存储器
SYSCON->AHBCLKCTRL0[FMC]   - FMC 控制器

　　至于操作 RTC->GPREGx 前准备工作，与 i.MXRTxxx 上是一致的，这里不予赘述。现在我们发现 LPC 上才真正对外设地址空间的访问做了 MCU 上常见的保护机制（即外设时钟不使能的情况下，外设寄存器的写访问应返回总线错误，读访问应返回总线错误），它才是典型的 MCU 产物，而 i.MXRT 其实更偏向 MPU 设计风格。

void gpreg_rw_test(void)
{
    // 准备工作
    SYSCON->AHBCLKCTRLSET[0] = (1UL << SYSCON_AHBCLKCTRL0_RTC_SHIFT);  // 或 CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Rtc);
    RTC->CTRL &= ~RTC_CTRL_SWRESET_MASK;
    // 原代码
    uint32_t flag = 0x5a;
    RTC->GPREG[0] = flag;
    flag = RTC->GPREG[0];  // flag 为 0x5a
}

　　至此，对比i.MXRT与LPC在RTC外设GPREG寄存器使用上的异同痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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