[发明专利]一种通用计时计数器

说明书

本发明涉及计算机领域，尤其涉及计算机系统的的计数和计时系统。

目前，计算机在很多领域中得到了广泛的应用，在通讯领域中的应用尤为广泛。在计算机系统中，通用计时计数器(TIMER/COUNTER)是不可或缺的重要组成部分，目前经常采用的计数计时芯片是Intel公司生产的8254，另外ATMEL公司的AT91M63200等芯片内部的计数器也都是16位的，这些芯片都只能计到64k的计数长度，在很多情况下是无法满足要求的。为了增加计数长度，在计数器芯片所使用的内部时钟信号设立了多个选择端，这多个被选的时钟信号都是系统时钟的分频信号，由另外一个时钟产生器提供，这个时钟产生器位于系统时钟部件，只能向外提供几个不同频率的时钟，比如系统时钟的2分频，8分频，32分频，128分频，最大到1024分频信号。随着芯片集成度的进一步提高，8254后来被集成到CPU中，但是其框架结构一直都没有改变。由于16位的计数器只能计到64k个脉冲，当采用外部时钟计数时最多只能计64k个外部时钟信号，在很多应用是不够的；当采用内部时钟作为通用计时计数器的计数时钟的时候，系统时钟的数量虽然可以提高一些，但是分频时钟信号最多只有1024分频，所以即使使用内部时钟和内部的时钟分频器，最多也只能计64M个系统时钟脉冲；为了达到要求的比较长的计数时间，只能向CPU发出中断，通过CPU访问存储器的操作来增加计数时间；而且，当采用内部分频时钟的时候，不论这个时钟信号是作为计数器计器的计数时钟还是作为计数使能信号，由于计数的颗粒度比较大，所以计数的精度都比较低，在采用1024分频信号的情况下，虽然可计的最大系统时钟的脉冲数是64M个，但是计数是以1024个系统时钟的周期作为最小单位的，在很多有精度要求的应用上不能满足要求。对于和8254相兼容的通用计时计数器，因为内部沿用了以前的8位总线结构，所以对16位的内部计数器的编程要对其进行两次，而且对顺序有要求；对于其它的通用计时计数器，只要是采用16位计数器的结构，不论是写入计数值还是读出当前的计数值，编程的时候步骤都比较多。而且因为采用16位内部计数器，不同频率的时钟源有好几个，在内部就需要多路选择器，相应的控制逻辑就比较复杂。

本发明的目的是提供一种计数时间长、精度高、芯片设计和编程简单的通用计时计数器，以克服现有技术中通用计时计数器存在的计数时间短，编程复杂，芯片设计复杂，计数精度低等缺点。

为了实现上述目的，本发明构造了一个通用计时计数器，其特征在于，包括配置寄存器TCCFG、控制字寄存器TCCON、状态寄存器TCSTA、初值寄存器TCPVAL、内部计数器TCCOUNTER、选择器一、选择器二和32位总线接口；

内部总线和所述的内部计数器TCCOUNTER都是32位宽度；

32位外部总线通过32位总线接口与32位内部总线相连，32位内部总线和配置寄存器TCCFG、控制字寄存器TCCON、状态寄存器TCSTA、初值寄存器TCPVAL以及内部计数器TCCOUNTER相连；配置寄存器TCCFG的另一端连接至选择器一和选择器二；选择器一接收外部时钟信号、系统时钟信号和配置寄存器TCCFG的信号，输出时钟输入信号clkin，作为内部计数器TCCOUNTER的时钟；选择器二接收外部门控信号和配置寄存器TCCFG的信号，同时与电源端和地端相连接，输出门控信号gate，作为内部计数器TCCOUNTER的门控信号；内部计数器TCCOUNTER同时接收系统时钟信号和初值寄存器TCPVAL输出的信号，通过32位内部总线和其他各寄存器相连接。

从上述技术方案可以看出，本发明所构造的计数器计时器以32位为基础，各种操作都基于32位总线宽度，因此编程简单，读写控制容易；同时，由于采用的是32位的计数器，使得最大的计数数量能够多达4G，对于需要达到同一个较大的定时值，和以前的计时器计数器相比，采用本方法的计时器计数器将能够以更小的时间实现对精度的要求。如果采用100M的时钟频率，采用二进制计数可以以10ns的精度采样40秒的时间，如果采用同样的16位的计数器以10ns的精度计数，则只能计0.6毫秒的时间；如果16位的计数器也要达到40秒的采样时间，则其计时精度只能为0.6毫秒，可以看出，本发明的计数精度高、计数时间长，而且减少了对CPU的中断频率。另一方面，因为采用32位计数器，内部总线也是32位，写入计数初值和读出当前的计数值的时候都可一次操作完成，不需要以一定的顺序完成，也不需要先写入控制字来控制顺序，从而使得编程和电路设计大大简化。