타이머 개념 — 카운터, 오버플로, 프리스케일러

# 타이머 개념 — 카운터, 오버플로, 프리스케일러

## 타이머란?

타이머는 클럭 신호를 세는 **카운터**입니다.  
시간 측정, 주기적 이벤트 발생, PWM 신호 생성, 입력 캡처 등에 사용됩니다.

```
클럭 소스 (예: 100 MHz)
    ↓
[프리스케일러] → 클럭 분주 (속도 줄이기)
    ↓
[카운터 레지스터] → 매 클럭마다 +1 또는 -1
    ↓
[비교값 또는 오버플로] → 인터럽트 발생
```

---

## 업/다운 카운터

### 업 카운터 (Up Counter)

```
값:  0 → 1 → 2 → ... → MAX → (오버플로 → 0으로 리셋)
                                    ↑
                               인터럽트 발생
```

### 다운 카운터 (Down Counter)

```
값:  MAX → MAX-1 → ... → 1 → 0 → (언더플로 → MAX로 리셋)
                                        ↑
                                   인터럽트 발생
```

### 업/다운 카운터 (Center-Aligned, PWM에서 자주 사용)

```
값:  0 → 1 → ... → MAX → MAX-1 → ... → 0 → (반복)
                     ↑                   ↑
                  방향 전환            방향 전환
```

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## 오버플로 (Overflow)

카운터가 최댓값에 도달해 0으로 되돌아가는 현상입니다.  
이 시점에 **오버플로 인터럽트**를 발생시켜 주기적 작업에 활용합니다.

```
16비트 카운터, 클럭 1 MHz 예시:

최댓값 = 65535
오버플로 주기 = 65536 / 1,000,000 Hz = 65.536 ms
```

원하는 주기를 만들려면 **비교(Compare) 레지스터**를 사용합니다.

---

## 프리스케일러 (Prescaler)

입력 클럭을 나눠서 카운터에 공급하는 분주기입니다.  
클럭이 너무 빠를 때 타이머 주기를 늘리기 위해 사용합니다.

```
시스템 클럭: 100 MHz

프리스케일러 1   → 카운터 클럭 100 MHz  (10 ns 분해능)
프리스케일러 8   → 카운터 클럭  12.5 MHz (80 ns 분해능)
프리스케일러 64  → 카운터 클럭  1.5625 MHz (640 ns 분해능)
프리스케일러 256 → 카운터 클럭  390 kHz  (2.56 μs 분해능)

분해능 ↔ 최대 측정 시간 간의 트레이드오프
```

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## TC37x 타이머 모듈 개요

TC37x는 용도에 따라 여러 타이머 모듈을 제공합니다.

### STM — System Timer Module

```
+-----------------------------------+
|           STM (64비트)             |
|  +-----------+  +-----------+     |
|  | TIM0 (하위32비트)| TIM1 (상위32비트)|     |
|  +-----------+  +-----------+     |
|  +----------+  +----------+      |
|  | CMP0      |  | CMP1     |      |
|  | 비교레지스터|  | 비교레지스터|      |
|  +----------+  +----------+      |
+-----------------------------------+
```

- **64비트 자유 실행 카운터** (Free-running, 리셋 없음)
- 시스템 클럭 그대로 증가 (TC37x에서 최대 300 MHz)
- 오버플로까지 시간: 약 1958년 (300 MHz 기준) → 실질적으로 무한
- 주기적 인터럽트 생성에 최적
- **절대 시간 측정**에도 활용 (두 시점의 STM 값 차이)

```c
// STM 기반 1ms 주기 인터럽트 설정 예
void initStm0(void)
{
    IfxStm_CompareConfig cmpConfig;
    IfxStm_initCompareConfig(&cmpConfig);

cmpConfig.comparator          = IfxStm_Comparator_0;
    cmpConfig.compareOffset       = IfxStm_ComparatorOffset_0;
    cmpConfig.compareSize         = IfxStm_ComparatorSize_32Bits;
    cmpConfig.ticks               = IfxStm_getTicksFromMilliseconds(BSP_DEFAULT_TIMER, 1); // 1ms
    cmpConfig.triggerPriority     = ISR_PRIORITY_STM0_SR0;
    cmpConfig.typeOfService       = IfxSrc_Tos_cpu0;

IfxStm_initCompare(&MODULE_STM0, &cmpConfig);
}
```

### GPT12 — General Purpose Timer 12

- 5개의 16비트 타이머 (T2~T6)
- 업/다운/업다운 카운터, 외부 클럭 입력 지원
- 타이머 체이닝(연결) 가능 → 32비트 타이머로 확장
- 주파수 측정, 인코더 신호 처리에 적합

```
GPT12 타이머 체이닝 예:
T3 (상위 16비트) ← T2 (하위 16비트, 오버플로 시 T3 증가)
→ 32비트 타이머로 동작
```

### GTM — Generic Timer Module

- 매우 강력한 복합 타이머 모듈 (별도 섹션에서 상세 설명)
- TOM: Timer Output Module → PWM 생성
- TIM: Timer Input Module → 입력 캡처
- ATOM: Advanced Timer Output Module → 고해상도 PWM

---

## 타이머 주기 계산

```
타이머 틱 수 = 목표 시간(초) × 타이머 클럭(Hz)

예: 1ms 주기, 타이머 클럭 100 MHz
틱 수 = 0.001 × 100,000,000 = 100,000 틱

STM 비교값 설정:
  현재 STM 값 + 100,000 → 비교 레지스터
  매 인터럽트마다 비교값을 100,000씩 증가
```

iLLD에서는 `IfxStm_getTicksFromMilliseconds()` 같은  
헬퍼 함수로 계산을 자동화할 수 있습니다.

---

## 다른 MCU와의 비교

STM32의 TIMx는 업/다운 카운터, ARR(Auto-Reload Register), PSC(Prescaler)로  
구성된 전형적인 타이머입니다.  
TC37x의 STM은 이와 달리 **자유 실행 카운터**에 비교값을 추가하는 방식으로,  
오버플로 걱정 없이 절대 시간 기반 스케줄링을 구현하기 편리합니다.  
GTM은 STM32의 TIM 여러 개를 하나의 모듈에 통합한 수준의 복잡도를 가집니다.

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## 정리

| 용어 | 설명 |
|------|------|
| 업 카운터 | 0부터 증가, 최댓값에서 오버플로 |
| 다운 카운터 | 최댓값에서 감소, 0에서 언더플로 |
| 프리스케일러 | 입력 클럭 분주, 분해능과 주기 조절 |
| STM | TC37x 64비트 자유 실행 타이머, 비교 레지스터로 주기 인터럽트 |
| GPT12 | 범용 16비트 타이머, 체이닝으로 32비트 확장 가능 |
| GTM | 복합 타이머, TOM(PWM출력) + TIM(입력캡처) 포함 |

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