ESP32-S3 芯片内置一组 52 位系统定时器。该定时器可用于生成操作系统所需的滴答定时中断，也可用作普通定时器生成周期或单次延时中断。通过本章的学习，开发者将学习到高分辨率定时器的使用。
本章分为如下几个小节：
14.1 定时器简介
14.2 硬件设计
14.3 程序设计
14.4 下载验证
14.1 定时器简介
定时器是单片机内部集成的功能，它能够通过编程进行灵活控制。单片机的定时功能依赖于内部的计数器实现，每当单片机经历一个机器周期并产生一个脉冲时，计数器就会递增。定时器的主要作用在于计时，当设定的时间到达后，它会触发中断，从而通知系统计时完成。在中断服务函数中，我们可以编写特定的程序以实现所需的功能。例如，若要让LED灯每秒钟切换一次状态，我们只需将定时器配置为每秒触发一次中断，并在中断处理程序中编写LED状态切换的逻辑。 1，定时器能做什么
定时器的主要作用包括但不限于：
（1）执行定时任务：定时器常用于周期性执行特定任务。例如，若需要每500毫秒执行某项任务，定时器能够精准地满足这一需求。
（2）时间测量：定时器能够精确测量时间，无论是代码段的执行时间还是事件发生的间隔时间，都能通过定时器进行准确的计量。
（3）精确延时：对于需要微秒级精度的延时场景，定时器能够提供可靠的解决方案，确保延时的精确性。
（4）PWM信号生成：通过定时器的精确控制，我们可以生成PWM（脉宽调制）信号，这对于驱动电机、调节LED亮度等应用至关重要。
（5）事件触发与监控：定时器不仅用于触发中断，实现事件驱动的逻辑，还可用于实现看门狗功能，监控系统状态，并在必要时进行复位操作，确保系统的稳定运行。
2，硬件定时器与软件定时器
定时器既可通过硬件实现，也可基于软件进行设计，二者各具特色，适用于不同场景：
硬件定时器，依托微控制器的内置硬件机制，通过专门的计时/计数器电路达成定时功能。其显著优势在于高精度与高可靠性，这是因为硬件定时器的工作独立于软件任务和操作系统调度，故而不受它们的影响。在追求极高定时精确度的场合，如生成PWM信号或进行精确时间测量时，硬件定时器无疑是最佳选择。其工作原理确保即便主CPU忙于其他任务，定时器也能在预设时间准确触发相应操作。 而软件定时器，则是通过操作系统或软件库模拟实现的定时功能。这类定时器的性能受系统当前负载和任务调度策略制约，因此在精度上较硬件定时器稍逊一筹。然而，软件定时器在灵活性方面更胜一筹，允许创建大量定时器，适用于对时间控制要求不那么严格的场景。
值得注意的是，软件定时器在某些情况下可能面临定时精度问题，特别是在系统负载较重或存在众多高优先级任务时。不过，对于简单的非高精度延时需求，软件定时器通常已经足够应对。
3，ESP32-S3的定时器整体框架介绍
下面先来简单了解一下系统定时器结构图，通过学习系统定时器结构图会有一个很好的整体掌握，同时对之后的编程也会有一个清晰的思路。
图14.1.1系统定时器结构图
系统定时器内置两个计数器UNIT0和UNIT1(如图14.1.1中①所示)以及三个比较器COMP0、COMP1、COMP2(如图14.1.1中②所示)。比较器用于监控计数器的计数值是否达到报警值。
（1）计数器
UNIT0、UNIT1均为ESP32-S3系统定时器内置的52位计数器。计数器使用XTAL_CLK作为时钟源(40MHz)。XTAL_CLK经分频后，在一个计数周期生成频率为fXTAL_CLK/3的时钟信号，然后在另一个计数周期生成频率为fXTAL_CLK/2的时钟信号。因此，计数器使用的时钟CNT_CLK，其实际平均频率为fXTAL_CLK/2.5，即16MHz，见图14.1.2。每个CNT_CLK时钟周期，计数递增1/16µs，即16个周期递增1µs。
用户可以通过配置寄存器SYSTIMER_CONF_REG中下面三个位来控制计数器UNITn，这三个位分别是：
①：SYSTIMER_TIMER_UNITn_WORK_EN
②：SYSTIMER_TIMER_UNITn_CORE0_STALL_EN
③：SYSTIMER_TIMER_UNITn_CORE1_STALL_EN
关于这三位的配置请参考《esp32-s3_technical_reference_manual_cn》。
（2）比较器
COMP0、COMP1、COMP2均为ESP32-S3系统定时器内置的52位比较器。比较器同样使用XTAL_CLK作为时钟源(40MHz)。
图14.1.2系统定时器生成报警
图14.1.2展示了系统定时器生成报警的过程。在上述过程中用到一个计数器(Timer Countern)和一个比较器(Timer Comparatorx)，比较器将根据比较结果，生成报警中断。
14.2 硬件设计
14.2.1 例程功能
实验现象：程序运行后配置高分辨率定时器，并开启中断，在中断回调函数中翻转LED的状态。
14.2.2 硬件资源
1. LED
LED - IO1
2. 高分辨率定时器(ESP定时器)
14.2.3 原理图
本章实验使用的ESP定时器为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。
14.3 程序设计
14.3.1 程序流程图
程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：
图14.3.1.1 ESPTIMER实验程序流程图
14.3.2 ESPTIMER函数解析
ESP-IDF提供了一套API来配置高精度定时器。要使用此功能，需要导入必要的头文件：
#include "esp_timer.h"
接下来，作者将介绍一些常用的ESPTIMER函数，这些函数的描述及其作用如下：
1，创建一个事件
该函数用于创建ESPTIMER实例，其函数原型如下所示：
esp_err_t esp_timer_create(const esp_timer_create_args_t* create_args,
esp_timer_handle_t* out_handle);
该函数的形参描述如下表所示：
表14.3.2.1 函数esp_timer_create()形参描述
返回值：ESP_OK表示创建成功。其他表示创建失败。
下面是esp_timer_create_args_t结构体的成员变量描述。
| 参数1 | |
| | |
void* arg：一个指针类型，将参数传递给回调函数。 | |
dispatch_method：从task或ISR调用回调。 | |
constchar* name： 定时器名称，用于ESPTIMER转储功能。 | |
skip_unhandled_events：跳过周期计时器的未处理事件。 | |
表14.3.2.2 结构体tim_periodic_arg描述
2，每个周期内触发一次
该函数用于使能定时器的指定中断，其函数原型如下所示：
esp_err_t IRAM_ATTR esp_timer_start_periodic(esp_timer_handle_t timer,
uint64_t period_us);
该函数的形参描述，如下表所示：
| |
| 使用esp_timer_create创建的定时器句柄 |
| |
表14.3.2.3 函数esp_timer_start_periodict()形参描述
返回值：ESP_OK表示开启定时器成功。其他表示开启失败。
14.3.3 ESPTIMER驱动解析
在IDF版的05_esp_timer例程中，作者在05_esp_timer \components\BSP路径下新增了一个ESPTIM文件夹，用于存放esptim.c和esptim.h这两个文件。其中，esptim.h文件负责声明ESPTIMER相关的函数和变量，而esptim.c文件则实现了ESPTIMER的驱动代码。下面，我们将详细解析这两个文件的实现内容。
1，esptim.h文件
/* 函数声明 */
void esptim_int_init(uint64_t tps); /* 初始化初始化高分辨率定时器 */
void esptim_callback(void *arg); /* 定时器回调函数 */
2，esptim.c文件
/**
* @param tps: 定时器周期，以微妙为单位（μs），以一秒为定时器周期来执行一次定时器中断，那此处tps = 1s = 1000000μs * @retval 无
*/
void esptim_int_init(uint64_t tps)
{
esp_timer_handle_t esp_tim_handle; /* 定时器回调函数句柄 */
/* 定义一个定时器结构体 */
esp_timer_create_args_t tim_periodic_arg = {
.callback = &esptim_callback, /* 设置回调函数 */
.arg = NULL, /* 不携带参数 */
};
esp_timer_create(&tim_periodic_arg, &esp_tim_handle); /* 创建一个事件 */
esp_timer_start_periodic(esp_tim_handle, tps); /* 每周期内触发一次 */
}
/**
* @brief 定时器回调函数
* @param arg: 不携带参数
* @retval 无
*/
void esptim_callback(void *arg)
{
LED_TOGGLE();
}
从ESPTIMER的初始化代码中可以看到，结构体esp_timer_create_args_t通过其中两个结构体成员，以指针的形式调用定时器回调函数。传入的参数tim_periodic_arg，目的在于方便后续的调用，而esp_timer_create()函数便是通过指针的方式完成对该结构体的调用，之后再通过esp_timer_start_periodic()函数设定周期，最终完成ESPTIMER的初始化配置。
在定时器回调函数中，我们调用了LED状态翻转函数，并设定，定时器的每一次计数溢出都会翻转一次LED的状态。关于ESPTIMER结构体的介绍，请读者回顾本章节的14.3.2小节内容。
14.3.4 CMakeLists.txt文件
打开本实验BSP下的CMakeLists.txt文件，其内容如下所示：
set(src_dirs
ESPTIM
LED)
set(include_dirs
ESPTIM
LED)
set(requires
driver
esp_timer)
idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs}
INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)
上述的红色ESPTIM驱动需要由开发者自行添加，以确保ESPTIM驱动能够顺利集成到构建系统中，需要注意的是我们的依赖库（requires）需要添加上ESP32-S3定时器的库。这一步骤是必不可少的，它确保了ESPTIM驱动的正确性和可用性，为后续的开发工作提供了坚实的基础。
14.3.5 实验应用代码
打开main/main.c文件，该文件定义了工程入口函数，名为app_main。该函数代码如下。
/**
* @brief 程序入口
* @param 无
* @retval 无
*/
void app_main(void)
{
esp_err_t ret;
uint8_t len = 0;
uint16_t times = 0;
unsigned char data[RX_BUF_SIZE] = {0};
ret = nvs_flash_init(); /* 初始化NVS */
if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||
ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
{
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
ret = nvs_flash_init();
}
led_init(); /* 初始化LED */
esptim_int_init(1000000); /* 初始化高分辨率定时器，此处设置定时器周期为1秒，
但该函数以微秒为单位进行计算，
故而1秒钟换算为1000000微秒 */
}
从上面的代码中可以看到，ESP定时器的周期值配置为1000000，因为ESP32-S3高分辨率定时器的计数周期是以微秒作为基础单位进行运算，所以当我们设定计数周期为1秒时需要将单位换算为微秒。因此LED的闪烁周期为1秒。
14.4 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到板子上的LED在闪烁，LED在ESP定时器的中断回调函数中被改变状态，LED每间隔1000毫秒改变一次状态。
