MCU看門狗應(yīng)用注意事項(xiàng)

一、前言

最近因?yàn)轫?xiàng)目產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)有問題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的一款產(chǎn)品把硬件電源開關(guān)，以及硬件系統(tǒng)復(fù)位功能去掉了。更嚴(yán)重的是，這產(chǎn)品已經(jīng)開始生產(chǎn)了，硬件已經(jīng)無法修改，所以軟件必須上看門狗，否則設(shè)備死機(jī)或是異常后就只能拆設(shè)備拔電池復(fù)位了。

我們使用的MCU是普冉的PY32F030，這顆芯片在低功耗應(yīng)用場景下，使用看門狗會(huì)有很多的問題和缺陷，需要非常注意，稍有不慎，就會(huì)出問題。

關(guān)于看門狗在低功耗場景下的應(yīng)用，幾個(gè)問題點(diǎn)可以提前思考一下：

1.看門狗是在中斷中喂狗還是在主程序中喂狗比較好？

2.看門狗初始化可以放到時(shí)鐘初始化之前么？

3.如果時(shí)鐘死掉了，看門狗還能正常工作么？

4.低功耗深度休眠后還需要喂狗么？如果需要，要怎么設(shè)計(jì)？使用什么喚醒設(shè)備喂狗？

5.軟件獨(dú)立看門狗與硬件獨(dú)立看門狗它們有什么區(qū)別？

6.在看門狗初始化之前系統(tǒng)異常了會(huì)怎樣？

7.選項(xiàng)字節(jié)里開啟硬件看門狗與軟件代碼開啟有什么區(qū)別？

8.如果異常不可避免，有沒有一個(gè)地方可以緩存設(shè)備狀態(tài)，系統(tǒng)異常復(fù)位后狀態(tài)不被清除？

二、看門狗分類

看門狗的分類，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，可以分為軟件看門狗和硬件看門狗：

軟件看門狗：通過軟件實(shí)現(xiàn)的一種機(jī)制，通常由系統(tǒng)中的軟件來設(shè)置和管理

硬件看門狗: 嵌入在處理器或芯片中的專用硬件模塊

根據(jù)使用方式的不同，又可以區(qū)分為獨(dú)立看門狗和窗口看門狗：

獨(dú)立看門狗: 獨(dú)立看門狗通常用于監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，而不特定于某個(gè)任務(wù)或進(jìn)程,當(dāng)系統(tǒng)故障，死鎖，無響應(yīng)的時(shí)候，應(yīng)用程序無法進(jìn)行正常喂狗，看門狗超時(shí)從而產(chǎn)生復(fù)位。

窗口看門狗: 窗口看門狗更專注于監(jiān)控特定任務(wù)或進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)，并在特定的時(shí)間窗口內(nèi)完成。比如在某個(gè)任務(wù)中，它的執(zhí)行時(shí)間要求非常高，可以使用窗口看門狗，它有一個(gè)時(shí)間窗口，如果太早喂狗和太晚喂狗，都會(huì)產(chǎn)生異常，正因?yàn)樗构窌r(shí)間有個(gè)時(shí)間窗口，所以才叫窗口看門狗。

我使用的普冉PY32F030系列MCU，它是32位Cortex-M0+的內(nèi)核，里面帶有一個(gè)獨(dú)立看門狗IWDG和一個(gè)窗口看門狗WWDG。

其中，獨(dú)立看門狗和窗口看門狗，還有軟件和硬件的區(qū)別，主要差異是在看門狗的啟動(dòng)方式上不同。下面我們的介紹，主要針對獨(dú)立看門狗。

三、啟動(dòng)看門狗

看門狗的啟動(dòng)有多種方式：

通過接口設(shè)置啟動(dòng)

直接設(shè)置寄存器啟動(dòng)

設(shè)置選項(xiàng)字節(jié)啟動(dòng)

1、通過接口設(shè)置

這里可以直接參考官方sample進(jìn)行初始化：

IWDG_HandleTypeDef ? IwdgHandle; ? ?HAL_Init(); ? ?/*##-3- Configure & Start the IWDG peripheral #########################################*/ ? ?IwdgHandle.Instance = IWDG; ? ?IwdgHandle.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_32;//T=1MS ? ?IwdgHandle.Init.Reload = (1000); ? ? ? ? ? ? ?//1ms*1000=1s ? ?IwdgHandle.Init.Window = IWDG_WINDOW_DISABLE; ? ?if(HAL_IWDG_Init(&IwdgHandle) != HAL_OK) ? ?{ ? ? ? ?/* Initialization Error */ ? ? ? ?Error_Handler(); ? ?}

這里需要特別注意，因?yàn)镮WDG是依賴于LSI時(shí)鐘的，也就是在HAL_IWDG_Init 函數(shù)調(diào)用之前，必須先打開LSI時(shí)鐘。

官方給的sample中，是在HAL_Init()中把LSI時(shí)鐘打開了。當(dāng)你把上面這段代碼移植到你自己工程上，如果你LSI沒有開啟，或者是在HAL_IWDG_Init后面才開LSI時(shí)鐘，你調(diào)用HAL_IWDG_Init就會(huì)一直失敗，系統(tǒng)一直ERROR，整個(gè)MCU會(huì)啟動(dòng)不了。

2、通過寄存器直接設(shè)置

直接往 IWDG_SR，IWDG_RLR，IWDG_KR三個(gè)寄存器地址寫入對應(yīng)的參數(shù)，使能IWDG

void init_wtd(void) { volatileu int32_t *IWDG_KR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003000UL; volatileu int32_t *IWDG_PR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003004UL; volatileu int32_t *IWDG_RLR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003008UL; *IWDG_KR_ADDR = 0x5555; *IWDG_PR_ADDR = 0x03; *IWDG_RLR_ADDR = 0xF40; }

實(shí)際IWDG是有四個(gè)寄存器，還有一個(gè)IWDG_PR，它與前面一樣，如果不初始化時(shí)鐘，看門狗會(huì)啟動(dòng)不了，就算是設(shè)置了，看門狗也是不會(huì)啟動(dòng)。

如果要使能時(shí)鐘，可以添加時(shí)鐘設(shè)置語句：

SET_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_LSION);

直接設(shè)置寄存器有一個(gè)好處，就是在boot中， 因?yàn)閷Υa量要求比較高，可以比較精簡的實(shí)現(xiàn)功能。

3、通過選項(xiàng)字節(jié)配置

MCU上內(nèi)部有一個(gè)小的flash，里面有個(gè)FLASH user option，在這里面可以設(shè)置MCU的一些配置參數(shù)。

這個(gè)參數(shù)是可以通過燒錄器在燒錄的時(shí)候就把參數(shù)配置進(jìn)去，對于已經(jīng)燒錄的設(shè)備，可以通過寫選項(xiàng)字節(jié)的方式把IWDG_SW置位或是清零。

void Option_config_NRST_to_gpio_hwwdg(void) { FLASH_OBProgramInitTypeDef OBInitCfg; /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ /* 初始化flash擦寫時(shí)間參數(shù) */ HAL_FLASH_Init(FLASH_PROGRAM_ERASE_CLOCK_8MHZ); /* 獲取option bytes數(shù)據(jù) */ HAL_FLASHEx_OBGetConfig(&OBInitCfg); //配置Nreset為GPIO if(((OBInitCfg.USERConfig & OB_RESET_MODE_GPIO) != OB_RESET_MODE_GPIO)||((OBInitCfg.USERConfig & OB_IWDG_SW) == OB_IWDG_SW)) { /* 修改 USER(RESET , WWDG, IWDG) 配置值 , 注意一定要3個(gè)一起配置*/ OBInitCfg.OptionType = OPTIONBYTE_USER; MODIFY_REG(OBInitCfg.USERConfig, (OB_RESET_MODE_GPIO|OB_WWDG_SW|OB_IWDG_SW), (OB_RESET_MODE_GPIO | OB_WWDG_SW | OB_IWDG_HW)); /* 啟動(dòng)option byte編程 */ HAL_FLASHEx_OBProgram(&OBInitCfg); /* 產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位，option byte裝載 */ HAL_FLASH_OB_Launch(); } }

通過選項(xiàng)字節(jié)配置了硬件看門狗之后，芯片會(huì)自動(dòng)開啟LSI時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)候，軟件要關(guān)閉LSI時(shí)鐘是關(guān)閉不了的。

軟件獨(dú)立看門狗與硬件獨(dú)立看門狗的區(qū)別：

1.軟件獨(dú)立看門狗通過軟件初始化，可以通過關(guān)閉時(shí)鐘的方式把它關(guān)閉了。

2.如果在設(shè)備上電到看門狗初始化之前系統(tǒng)異常了，看門狗是不生效的，這種情況比較多的出現(xiàn)在軟件初始化的時(shí)候異常卡死。

3.硬件獨(dú)立看門狗通過燒錄器燒錄的時(shí)候配置，或者是通過軟件程序，修改選項(xiàng)字節(jié)里面參數(shù)進(jìn)行修改。

4.硬件獨(dú)立看門狗一但配置上，它從上電的時(shí)候就會(huì)開始生效，停止不了，除非重新修改配置項(xiàng)參數(shù)。

5.硬件獨(dú)立看門狗開啟之后，LSI時(shí)鐘會(huì)自動(dòng)開啟，并且關(guān)閉不了。

四、休眠喚醒喂狗

在低功耗設(shè)備中，MCU更加多的時(shí)候是在深度睡眠的模式，以達(dá)到省功耗的目的。在深度休眠模式下，看門狗還是在正常運(yùn)行的。

也就是說，在深度休眠模式下，還是需要定時(shí)喚醒設(shè)備進(jìn)行喂狗，喂完狗之后，設(shè)備再重新進(jìn)入休眠。

1、常規(guī)方式

官方補(bǔ)充文檔上有介紹，在PY32F030、PY32F003、PY32F002A系列上，在休眠前，需要進(jìn)行下面幾個(gè)操作:

1.關(guān)閉非喚醒源中斷

2.關(guān)閉系統(tǒng)滴答 HAL_SuspendTick();

3.保證RTC穩(wěn)定 while(RTC->DIVL<2);

實(shí)際在使用的時(shí)候，我們比較常用的方式是，使用RTC的秒中斷，在休眠的時(shí)候，每秒喚醒一下設(shè)備，然后進(jìn)行喂狗操作，最后再休眠下去。

2、異常情況

實(shí)際測試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，在普冉030使用RTC喚醒喂狗的方式，隨著時(shí)間的推移，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)異常導(dǎo)致看門狗復(fù)位。

我們升級五百臺(tái)設(shè)備，24小時(shí)內(nèi)，會(huì)有幾臺(tái)設(shè)備偶爾出現(xiàn)該問題，36小時(shí)后，大部分的設(shè)備基本上都會(huì)出現(xiàn)這個(gè)異常。

普冉官方的解釋是，它們RTC作為喚醒源確實(shí)是會(huì)存在這個(gè)問題，沒有好的解決方案，只能是改用LPTIM來做喚醒源。出現(xiàn)這類問題的根本原因是如果休眠的stop指令與喚醒源中斷同一時(shí)間觸發(fā)，那么他們芯片就會(huì)掛死。

實(shí)際使用的時(shí)候，使用LPTIM的方式，還是會(huì)存在上面的內(nèi)容，只是出現(xiàn)的概率會(huì)比較低而已。

3、補(bǔ)救方案

上面的異常情況，是設(shè)備在產(chǎn)線上才發(fā)現(xiàn)的，那要怎么解？客戶肯定也是接受不了這種頻繁重啟的情況，特別是在低功耗設(shè)備上。

最后的方式是將RAM進(jìn)行分區(qū)，分出一個(gè)IRAM2區(qū)，將一些狀態(tài)位保存在IRAM2區(qū)，該區(qū)啟動(dòng)的時(shí)候不進(jìn)行初始化，看門狗復(fù)位的時(shí)候，該區(qū)的數(shù)據(jù)也不會(huì)被清除掉。

如果是檢測到看門狗異常導(dǎo)致的復(fù)位，可以通過保存在狀態(tài)位信息恢復(fù)到復(fù)位前的狀態(tài)。

使用IRAM2區(qū)不初始化的方式需要注意一點(diǎn)：如果程序分為boot和app兩個(gè)部分，需要在boot和app上同時(shí)設(shè)置該區(qū)域，否則可能在boot運(yùn)行階段，IRAM2區(qū)的數(shù)據(jù)就被清除掉了。

將變量定義到IRAM2分區(qū)可以使用下面這種方式指定地址：

uint8_t myVariable? __attribute__((at(0x20000FFC)))??;

五、結(jié)尾

針對普冉PY32F030 MCU，如果要使用獨(dú)立看門狗，需要注意幾點(diǎn)：

1.最好是在燒錄的時(shí)候就直接配置啟動(dòng)硬件看門狗

2.不要使用RTC作為休眠喚醒源進(jìn)行喂狗

3.最好預(yù)留一個(gè)IRAM分區(qū)，以備不時(shí)之需

有些坑，沒踩之前并不知道這是一個(gè)坑，對于做嵌入式應(yīng)用軟件的工程師而言，他并不知道芯片設(shè)計(jì)上會(huì)存在什么樣的缺陷。

如果一顆芯片，價(jià)格比別人便宜很多倍，那么在使用的時(shí)候就需要特別注意了，為啥它可以做到這么便宜？是不是哪里有坑我們不清楚？就算時(shí)間再緊急，最好也要小批量試產(chǎn)之后才能批量使用。

審核編輯：黃飛

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