Регистры SYSTIMER ESP32-S3

Регистры системного таймера ESP32-S3: два 52-битных счётчика UNIT0 и UNIT1 с частотой 16 МГц, три компаратора для разовых и периодических прерываний, загрузка нового значения, защёлкивание текущего и остановка счёта при остановке ядер.

Системный таймер по адресу 0x6002 3000 тактируется от XTAL_CLK 40 МГц через дробный делитель: один такт счётчика длится три такта кварца, следующий — два, в среднем f_XTAL / 2,5 = 16 МГц, шаг счёта — 1/16 мкс. Тактирование регистров включает бит SYSTEM_SYSTIMER_CLK_EN регистра SYSTEM_PERIP_CLK_EN0_REG.

Счётчик UNITn работает, если установлен TIMER_UNITn_WORK_EN регистра SYSTIMER_CONF_REG; биты TIMER_UNITn_CORE0_STALL_EN и CORE1_STALL_EN останавливают его, пока стоит соответствующее ядро. После сброса UNIT0 включён, UNIT1 выключен.

Компараторы COMP0…COMP2 сравнивают выбранный счётчик с 52-битным значением (разовый режим) или с началом плюс n периодов по 26 бит (периодический режим). Записанные значения компаратор получает после записи 1 в TIMER_COMPx_LOAD, счётчик — после TIMER_UNITn_LOAD.

Экземпляр	Базовый адрес
SYSTIMER	0x6002 3000

Пример на C

Чтение счётчика UNIT0 (soc/systimer_reg.h). Макросы доступа REG_WRITE, REG_READ, REG_SET_BIT, REG_CLR_BIT, REG_GET_BIT, REG_SET_FIELD и REG_GET_FIELD объявлены в soc/soc.h ESP-IDF; поле задаётся именем макроса без суффикса, маска и сдвиг берутся из его вариантов _V и _S.

#include "soc/systimer_reg.h"

REG_WRITE(SYSTIMER_UNIT0_OP_REG, SYSTIMER_TIMER_UNIT0_UPDATE);    // защёлкнуть значение
while (!REG_GET_BIT(SYSTIMER_UNIT0_OP_REG, SYSTIMER_TIMER_UNIT0_VALUE_VALID)) {}
uint64_t ticks = ((uint64_t)REG_READ(SYSTIMER_UNIT0_VALUE_HI_REG) << 32)
               | REG_READ(SYSTIMER_UNIT0_VALUE_LO_REG);          // 16 тактов на микросекунду

Регистры блока

Регистр (ESP-IDF)	Смещение	Назначение	После сброса
SYSTIMER_CONF_REG	0x0000	Включение счётчиков и компараторов, остановка при остановке ядер	0x4600 0000
SYSTIMER_UNITn_OP_REG	0x0004 + n · 0x0004	Счётчик n: защёлкнуть значение и признак готовности	0x0000 0000
SYSTIMER_UNITn_LOAD_HI_REG	0x000C + n · 0x0008	Счётчик n: загружаемое значение, старшие 20 бит	0x0000 0000
SYSTIMER_UNITn_LOAD_LO_REG	0x0010 + n · 0x0008	Счётчик n: загружаемое значение, младшие 32 бита	0x0000 0000
SYSTIMER_TARGETn_HI_REG	0x001C + n · 0x0008	Компаратор n: значение срабатывания, старшие 20 бит	0x0000 0000
SYSTIMER_TARGETn_LO_REG	0x0020 + n · 0x0008	Компаратор n: значение срабатывания, младшие 32 бита	0x0000 0000
SYSTIMER_TARGETn_CONF_REG	0x0034 + n · 0x0004	Компаратор n: период, режим, выбор счётчика	0x0000 0000
SYSTIMER_UNITn_VALUE_HI_REG	0x0040 + n · 0x0008	Счётчик n: защёлкнутое значение, старшие 20 бит	0x0000 0000
SYSTIMER_UNITn_VALUE_LO_REG	0x0044 + n · 0x0008	Счётчик n: защёлкнутое значение, младшие 32 бита	0x0000 0000
SYSTIMER_COMPn_LOAD_REG	0x0050 + n · 0x0004	Компаратор n: применить значение или период	0x0000 0000
SYSTIMER_UNITn_LOAD_REG	0x005C + n · 0x0004	Счётчик n: загрузить новое значение	0x0000 0000
SYSTIMER_INT_ENA_REG	0x0064	Разрешение прерываний	0x0000 0000
SYSTIMER_INT_RAW_REG	0x0068	Необработанные флаги прерываний	0x0000 0000
SYSTIMER_INT_CLR_REG	0x006C	Сброс флагов прерываний записью 1	0x0000 0000
SYSTIMER_INT_ST_REG	0x0070	Флаги прерываний после маски разрешения	0x0000 0000
SYSTIMER_REAL_TARGETn_LO_REG	0x0074 + n · 0x0008	Компаратор n: фактическое значение срабатывания, младшие 32 бита	0x0000 0000
SYSTIMER_REAL_TARGETn_HI_REG	0x0078 + n · 0x0008	Компаратор n: фактическое значение срабатывания, старшие 20 бит	0x0000 0000
SYSTIMER_DATE_REG	0x00FC	Версия блока: дата ревизии аппаратуры	0x0201 2251

Доступ — обозначения TRM: R/W — чтение и запись, RO — только чтение, WO — только запись, WT — запись 1 запускает действие, SS и SC — бит ставится и сбрасывается аппаратно, WTC — сбрасывается записью 1.

SYSTIMER_CONF_REG — включение счётчиков и компараторов, остановка при остановке ядер

Смещение 0x0000, адрес 0x6002 3000, после сброса 0x4600 0000. TRM: регистр 11.1.

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
CLK_EN	TIMER_UNIT0_WORK_EN	TIMER_UNIT1_WORK_EN	TIMER_UNIT0_CORE0_STALL_EN	TIMER_UNIT0_CORE1_STALL_EN	TIMER_UNIT1_CORE0_STALL_EN	TIMER_UNIT1_CORE1_STALL_EN	TARGET0_WORK_EN	TARGET1_WORK_EN	TARGET2_WORK_EN	—
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
—

Поле	Биты	Доступ	Сброс	Назначение
CLK_EN	31	R/W	0	1 — такт регистров всегда включён
TIMER_UNIT0_WORK_EN	30	R/W	1	1 — счётчик UNIT0 работает
TIMER_UNIT1_WORK_EN	29	R/W	0	1 — счётчик UNIT1 работает
TIMER_UNIT0_CORE0_STALL_EN	28	R/W	0	1 — UNIT0 стоит, пока остановлено ядро 0
TIMER_UNIT0_CORE1_STALL_EN	27	R/W	0	1 — UNIT0 стоит, пока остановлено ядро 1
TIMER_UNIT1_CORE0_STALL_EN	26	R/W	1	1 — UNIT1 стоит, пока остановлено ядро 0
TIMER_UNIT1_CORE1_STALL_EN	25	R/W	1	1 — UNIT1 стоит, пока остановлено ядро 1
TARGET0_WORK_EN	24	R/W	0	1 — компаратор COMP0 работает
TARGET1_WORK_EN	23	R/W	0	1 — компаратор COMP1 работает
TARGET2_WORK_EN	22	R/W	0	1 — компаратор COMP2 работает

SYSTIMER_UNITn_OP_REG — счётчик n: защёлкнуть значение и признак готовности

2 копии, n = 0, 1: смещение 0x0004 + n · 0x0004, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.2.

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
—	TIMER_UNITn_UPDATE	TIMER_UNITn_VALUE_VALID	—
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
—

Поле	Биты	Доступ	Сброс	Назначение
TIMER_UNITn_UPDATE	30	WT	0	Запись 1 защёлкивает значение счётчика в VALUE_HI и VALUE_LO
TIMER_UNITn_VALUE_VALID	29	R/SS/WTC	0	1 — защёлкнутое значение готово

SYSTIMER_UNITn_LOAD_HI_REG — счётчик n: загружаемое значение, старшие 20 бит

2 копии, n = 0, 1: смещение 0x000C + n · 0x0008, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.3.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
TIMER_UNITn_LOAD_HI	19:0	R/W	0x00000

SYSTIMER_UNITn_LOAD_LO_REG — счётчик n: загружаемое значение, младшие 32 бита

2 копии, n = 0, 1: смещение 0x0010 + n · 0x0008, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.4.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
TIMER_UNITn_LOAD_LO	31:0	R/W	0x0000 0000

SYSTIMER_TARGETn_HI_REG — компаратор n: значение срабатывания, старшие 20 бит

3 копии, n = 0…2: смещение 0x001C + n · 0x0008, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.14.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
TIMER_TARGETn_HI	19:0	R/W	0x00000

SYSTIMER_TARGETn_LO_REG — компаратор n: значение срабатывания, младшие 32 бита

3 копии, n = 0…2: смещение 0x0020 + n · 0x0008, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.15.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
TIMER_TARGETn_LO	31:0	R/W	0x0000 0000

SYSTIMER_TARGETn_CONF_REG — компаратор n: период, режим, выбор счётчика

3 копии, n = 0…2: смещение 0x0034 + n · 0x0004, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.16.

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
TARGETn_TIMER_UNIT_SEL	TARGETn_PERIOD_MODE	—				TARGETn_PERIOD
15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
TARGETn_PERIOD

Поле	Биты	Доступ	Сброс	Назначение
TARGETn_TIMER_UNIT_SEL	31	R/W	0	Счётчик для компаратора: 1 — UNIT1, 0 — UNIT0
TARGETn_PERIOD_MODE	30	R/W	0	1 — периодический режим, 0 — разовый
TARGETn_PERIOD	25:0	R/W	0x0000000	Период в тактах 16 МГц, 26 бит

SYSTIMER_UNITn_VALUE_HI_REG — счётчик n: защёлкнутое значение, старшие 20 бит

2 копии, n = 0, 1: смещение 0x0040 + n · 0x0008, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.5.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
TIMER_UNITn_VALUE_HI	19:0	RO	0x00000

SYSTIMER_UNITn_VALUE_LO_REG — счётчик n: защёлкнутое значение, младшие 32 бита

2 копии, n = 0, 1: смещение 0x0044 + n · 0x0008, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.6.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
TIMER_UNITn_VALUE_LO	31:0	RO	0x0000 0000

SYSTIMER_COMPn_LOAD_REG — компаратор n: применить значение или период

3 копии, n = 0…2: смещение 0x0050 + n · 0x0004, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.17.

Поле	Биты	Доступ	Сброс	Назначение
TIMER_COMPn_LOAD	0	WT	0	Запись 1 передаёт компаратору значение или период

SYSTIMER_UNITn_LOAD_REG — счётчик n: загрузить новое значение

2 копии, n = 0, 1: смещение 0x005C + n · 0x0004, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.7.

Поле	Биты	Доступ	Сброс	Назначение
TIMER_UNITn_LOAD	0	WT	0	Запись 1 загружает в счётчик LOAD_HI и LOAD_LO

SYSTIMER_INT_ENA_REG — разрешение прерываний

Смещение 0x0064, адрес 0x6002 3064, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.26.

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
—													TARGET2_INT_ENA	TARGET1_INT_ENA	TARGET0_INT_ENA

Поле	Биты	Доступ	Назначение
TARGET2_INT_ENA	2	R/W	Сработал компаратор COMP2
TARGET1_INT_ENA	1	R/W	Сработал компаратор COMP1
TARGET0_INT_ENA	0	R/W	Сработал компаратор COMP0

SYSTIMER_INT_RAW_REG — необработанные флаги прерываний

Смещение 0x0068, адрес 0x6002 3068, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.27.

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
—													TARGET2_INT_RAW	TARGET1_INT_RAW	TARGET0_INT_RAW

Поле	Биты	Доступ	Назначение
TARGET2_INT_RAW	2	R/WTC/SS	Сработал компаратор COMP2
TARGET1_INT_RAW	1	R/WTC/SS	Сработал компаратор COMP1
TARGET0_INT_RAW	0	R/WTC/SS	Сработал компаратор COMP0

SYSTIMER_INT_CLR_REG — сброс флагов прерываний записью 1

Смещение 0x006C, адрес 0x6002 306C, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.28.

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
—													TARGET2_INT_CLR	TARGET1_INT_CLR	TARGET0_INT_CLR

Поле	Биты	Доступ	Назначение
TARGET2_INT_CLR	2	WT	Сработал компаратор COMP2
TARGET1_INT_CLR	1	WT	Сработал компаратор COMP1
TARGET0_INT_CLR	0	WT	Сработал компаратор COMP0

SYSTIMER_INT_ST_REG — флаги прерываний после маски разрешения

Смещение 0x0070, адрес 0x6002 3070, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.29.

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
—													TARGET2_INT_ST	TARGET1_INT_ST	TARGET0_INT_ST

Поле	Биты	Доступ	Назначение
TARGET2_INT_ST	2	RO	Сработал компаратор COMP2
TARGET1_INT_ST	1	RO	Сработал компаратор COMP1
TARGET0_INT_ST	0	RO	Сработал компаратор COMP0

SYSTIMER_REAL_TARGETn_LO_REG — компаратор n: фактическое значение срабатывания, младшие 32 бита

3 копии, n = 0…2: смещение 0x0074 + n · 0x0008, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.30.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
TARGETn_LO_RO	31:0	RO	0x0000 0000

SYSTIMER_REAL_TARGETn_HI_REG — компаратор n: фактическое значение срабатывания, старшие 20 бит

3 копии, n = 0…2: смещение 0x0078 + n · 0x0008, после сброса 0x0000 0000. TRM: регистр 11.31.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
TARGETn_HI_RO	19:0	RO	0x00000

SYSTIMER_DATE_REG — версия блока: дата ревизии аппаратуры

Смещение 0x00FC, адрес 0x6002 30FC, после сброса 0x0201 2251. TRM: регистр 11.36.

Поле	Биты	Доступ	Сброс
DATE	31:0	R/W	0x0201 2251

Частые вопросы

С какой частотой считает системный таймер ESP32-S3?

В среднем 16 МГц: счётчики тактируются от кварца 40 МГц через делитель, который чередует деление на 3 и на 2, то есть в среднем на 2,5. Шаг счёта — 1/16 мкс; 52-битного счётчика при этой частоте хватает примерно на 8,9 года.

Как настроить периодическое прерывание системного таймера ESP32-S3?

По разделу 11.5.3 TRM: выбрать счётчик битом TARGETx_TIMER_UNIT_SEL, записать период в TARGETx_PERIOD, установить TIMER_COMPx_LOAD, сбросить и снова установить TARGETx_PERIOD_MODE, включить компаратор битом TARGETx_WORK_EN регистра SYSTIMER_CONF_REG и прерывание битом TARGETx_INT_ENA. Прерывания пойдут через каждые TARGETx_PERIOD тактов.

Источники

Espressif. ESP32-S3 Technical Reference Manual, версия 1.8 — глава 11: таблица Register Summary и рисунки регистров — смещения, поля, тип доступа и значения после сброса
Espressif. SVD svd/esp32s3.svd, версия 21 (espressif/svd, коммит be20aa1) — базовые адреса периферии, список регистров и полей; лицензия Apache-2.0
Espressif. ESP-IDF v6.1: заголовки components/soc/esp32s3/register/soc/*_reg.h (коммит fff9895) — имена макросов регистров и полей, сверка положения полей и значений по умолчанию; лицензия Apache-2.0 OR MIT

Нашли ошибку в регистрах?