PIC 单片机的窗口看门狗定时器 TB3123 作者 : Ashutosh Tiwari Microchip Technology Inc. 简介 窗口看门狗定时器 (Windowed Watchdog Timer, WWDT) 是 PIC 单片机的增强型看门狗定时器 该定时器是 PIC 单片机现有看门狗定时器 (Watchdog Timer, WDT) 的扩展 Microchip 的 WDT 具有可配置的时间阈值上限和固定的时间阈值下限 (0) WWDT 的时间阈值上限和下限均可通过软件配置 WWDT 概述 图 1: 外设框图 WWDT Armed 触发 WDT WDT Window 窗口超限 Violation Window 窗口关闭 Closed CLRWDT 窗口大小 Window Sizes Comparator 比较器 WINDOW 窗口 RESET MFINTOSC/16 LFINTOSC 111 110 101 100 011 010 001 000 R 18-bit 位预分频 Prescale Counter 计数器 E WDTCS WDTPS R 5 位 5-bit WDT WDT 计数器 Counter Overflow 上溢 Latch 锁存 WDT 超时 Time-out WDTE<1:0> = 01 SEN WDTE<1:0> = 11 WDTE<1:0> = 10 Sleep 休眠 DS90003123A_CN 第 1 页
图 1 给出了 WWDT 的框图 为确保在最坏情况下能够通过程序主循环, 需要为定时器设置延时 定时器可通过控制寄存器进行配置 在定时器达到其设定的最大计数值并发生上溢前, 用户的应用程序应定期发出 CLRWDT 指令 如果用户的应用程序未能成功通过 CLRWDT 指令复位定时器, 则看门狗将发生上溢并将程序执行复位至程序入口点 这会同时将 STATUS 寄存器中的 TO 位 ( 超时位 ) 和 PCON( 电源控制 ) 寄存器中的 RWDT 位复位为 0, 以指示看门狗发生了复位 WWDT 通常用于防止因无限循环 代码冻结或线程阻塞所导致的程序执行锁定或阻塞 它将用作用户代码的最终故障保护系统 表 1 列出了 PIC 单片机支持的看门狗模式 表 1: WWDT 模式 WWDT 模式 WWDT 始终使能 WWDT 在休眠模式下禁止 WWDT 由软件控制 WWDT 始终禁止 WWDT 是现有 WDT 的扩展, 具体如下 ( 见图 2): 1. WWDT 周期划分为两个更短的时隙 2. WWDT 周期的第一部分称为窗口关闭时间 如果在此期间执行了 CLRWDT 指令, 则程序执行将复位至程序入口点, 同时 PCON 寄存器中的 WDTWV(WWDT 窗口超限 ) 位将复位为 0 3. WWDT 周期的第二部分称为窗口打开时间 在此期间应执行 CLRWDT 指令, 否则 WWDT 将发生超时并复位程序执行 STATUS 寄存器中的 TO 位和 PCON 寄存器中的 RWDT 位将复位为 0 4. 窗口关闭时间与窗口打开时间一起组成完整的 WWDT 周期 5. 窗口大小可在 WDTCON1 寄存器中配置, 如表 2 所示 例如, 将 WDTCON1 窗口大小位设置为 101b 时, 窗口打开时间为整个 WWDT 周期的后 75%, 而窗口关闭时间为整个 WWDT 周期的前 25% 说明 WWDT 始终使能并处于工作状态, 包括休眠模式除了休眠模式之外,WWDT 始终使能 WWDT 操作 ( 即 WWDT 的使能和禁止状态由软件通过 WWDT 控制寄存器中的使能 / 禁止位来控制 ) 无论 CPU 状态为何,WWDT 始终禁止 DS90003123A_CN 第 2 页
触发 WWDT 可通过读取 WDTCON0 寄存器来触发 WWDT 执行 CLRWDT 指令之前, 必须先在窗口模式下触发 WWDT (WINDOW<2:0> = 111) 对于何时触发定时器以及执行 CLRWDT 指令, 没有时序要求 ( 即可在这两个事件之间执行任意数量的指令 ) 如果在未触发定时器的条件下执行 CLRWDT 指令, 将产生窗口超限复位 通过 WDTTMR 寄存器中的 STATE 位可确定 WWDT 是否已成功触发 注 : 如果在允许中断的情况下使用窗口模式, 请执行以下两个步骤之一 : 1. 在从 ISR 返回之前触发 WWDT 2. 在 ISR 外禁止全局中断, 触发 WWDT, 执行 CLRWDT 指令, 然后重新允许中断 图 2: WWDT 窗口关闭和打开时间 看门狗计数器 Watchdog Counter 上溢 Overflow 下溢 Underflow 时间 Time (t) (t) 25% 窗口关闭时 window close 间 time,, 不允许发出 CLRWDT CLRWDT 指令, 否则 instruction not 会发生系统复位 allowed or else system Reset 75% 窗口打开时间 window open, time, 允许发出 CLRWDT CLRWDT instruction 指令以复位看门狗 is allowed to reset watchdog 表 2: WWDT 的窗口大小 WDTCON1(WINDOW<2:0>) 窗口延时 / 窗口关闭时间 (%) 窗口打开时间 (%) 111 --- 100 110 12.5 87.5 101 25 75 100 37.5 62.5 011 50 50 010 62.5 37.5 001 75 25 000 87.5 12.5 DS90003123A_CN 第 3 页
图 3: 窗口看门狗定时器窗口上溢和下溢 / 窗口超限 *Overflow 上溢复位区 Reset Zone 100% 揝安全 afe?zone 区上溢 Overflow (87.5)% Underflow 下溢 12.5% *Underflow * 下溢复位区 Reset Zone 时间 Time -> 图 3 所示为上溢复位和下溢复位条件的三种情形 : 情形 1:WWDT 超时导致上溢复位 如果未在 WWDT 窗口打开期间执行 CLRWDT 指令, 则将发生上溢复位 WWDT 周期上方的区域为上溢复位区 情形 2 和情形 3: 看门狗窗口超限导致下溢复位 ( 即在 WWDT 窗口关闭期间执行了 CLRWDT 指令 ) WWDT 可用于下列安全关键型应用或实时应用 : 1. 软件执行阻塞或停顿 2. 线程 ( 例如, 循环死锁或阻塞的子线程 ) 导致的资源锁定使 CPU 主循环执行过快 3. 外设诊断函数或关键系统函数等实时函数, 这类函数必须确定问题源 是进入函数后看门狗便发生复位 ( 下溢 ), 还是未复位看门狗 ( 上溢 ) 0% 4. B 类安全标准实现 根据 IEC60730 标准定义的 H.2.18.10.4 所述,WWDT 可用于监视时隙 以下为部分适用场景 : a) 易失性存储器测试 ( 采用 CRC) 和非易失性存储器破坏性测试, 其中每种测试都要花费一段预先确定的时间, 可使用 WWDT 的窗口设置测试这段时间 b) 定时器 CPU 寄存器和程序计数器的中断测试 c) PCON 中的 WDTWV 位将在发生 WWDT 窗口超限时复位 WWDT 上溢时,STATUS 寄存器和 PCON 寄存器中的位都将复位 出现 B 类测试故障条件时, 可在程序重新启动后检查上述位 在所有上述场景中,WWDT 可作为最终故障保护工具来复位系统, 或者用于故障恢复 DS90003123A_CN 第 4 页
外设配置方法 附录 A: WWDT 寄存器 给出了 WWDT 配置特殊功能寄存器和配置字 例 1 中的代码为 WWDT 配置示例 例 1: WDTCON0bits.WDTPS = 0b01011 //WWDT set for 2s interval, upper limit WDTCON0bits.SEN = 1 //WWDT is enabled WDTCON1bits.WDTCS = 0b000 //LFINTOSC at 31 khz as clock source for WWDT WDTCON1bits.WINDOW = 0b000 //WWDT lower time limit for WWDT window is set for last 12.5% of 2s WDTPS 位用于选择 WWDT 计满返回的时间上限或阈值 SEN 位是 WWDT 的软件使能位 WDTCS 位用于选择 WWDT 的时钟源 WINDOW 位用于选择时间占总时间间隔的百分比或时间阈值上限, 达到上述百分比或限值时,WWDT 定时器清零窗口将打开 ( 即发出 CLRWDT 指令 ) WWDT 也可通过 CONFIG3 寄存器中的配置位 ( 如表 A-2 所示 ) 进行配置 表 1 中介绍的 WWDT 模式由 CONFIG3 寄存器的 WDTE<1:0> 位配置 只有 WDTE 设置为 01 时, 用户应用程序才能使用 WDTCON 寄存器在软件中编程 WWDT( 即,WWDT 由软件控制 ) 如果将 WDTE 设置为任意其他模式, 则 WDTCON 的位设置对 WWDT 将不起任何作用,WWDT 将根据 CONFIG 中的位设置工作 结论 本技术摘要介绍了 WDT 和 WWDT 操作间的差异, 说明了二者在应用中的不同用途 本技术摘要还提供了 WWDT 配置的代码片段和寄存器定义 WWDT 外设可用作最终故障保护, 也可用于故障恢复, 这对于应用而言非常有用, 尤其是对于可从此特性获益的实时应用 WWDT 还可用于安全关键型应用和诊断测试, 例如 IEC 60730 中所述的 B 类测试 对其他外设的依赖性 WWDT 不直接依赖于内部振荡器以外的任何片上外设 WWDT 使用低频内部振荡器 (Low-Frequency Internal Oscillator,LFINTOSC) 进行计数, 系统时钟用于执行 CLRWDT 指令以清零 WWDT LFINTOSC 的容差和系统时钟的精度将直接影响 WWDT 的精度 有关 LFINTOSC 的容差值和系统时钟的信息, 请参见具体器件的数据手册 DS90003123A_CN 第 5 页
附录 A: WWDT 寄存器 表 A-1 列出了用于设置 WWDT 的寄存器, 表 A-2 列出了配置位 表 A-1: WWDT 的特殊功能寄存器汇总 寄存器名称 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 OSCCON SPLLEN IRCF<3:0> SCS<1:0> PCON STKOVF STKUNF WDTWV RWDT RMCLR RI POR BOR STATUS TO PD Z DC C WDTCON0 WDTPS<4:0> SEN WDTCON1 WDTCS<2:0> WINDOW<2:0> WDTPSL WDTPSH PSCNT<7:0> PSCNT<15:8> WDTTMR WDTTMR<4:0> STATE PSCNT<17:16> 表 A-2: WWDT 配置位 配置寄存器 Bit Bit -/7 Bit -/6 Bit 13/5 Bit 12/4 Bit 11/3 Bit 10/2 Bit 9/1 Bit 8/0 CONFIG 1 13:8 CLKOUTEN BOREN<1:0> 7:0 CP MCLRE PWRTE FOSC<1:0> CONFIG 3 13:8 WDTCCS<2:0> WDTCWS<2:0> 7:0 WDTE<1:0> WDTCPS<4:0> DS90003123A_CN 第 6 页
请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一 目前, 仍存在着恶意 甚至是非法破坏代码保护功能的行为 就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的操作规范来使用 Microchip 产品的 这样做的人极可能侵犯了知识产权 Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作 Microchip 或任何其他半导体厂商均无法保证其代码的安全性 代码保护并不意味着我们保证产品是 牢不可破 的 代码保护功能处于持续发展中 Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能 任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视为违反了 数字器件千年版权法案 (Digital Millennium Copyright Act) 如果这种行为导致他人在未经授权的情况下, 能访问您的软件或其他受版权保护的成果, 您有权依据该法案提起诉讼, 从而制止这种行为 提供本文档的中文版本仅为了便于理解 请勿忽视文档中包含的英文部分, 因为其中提供了有关 Microchip 产品性能和使用情况的有用信息 Microchip Technology Inc. 及其分公司和相关公司 各级主管与员工及事务代理机构对译文中可能存在的任何差错不承担任何责任 建议参考 Microchip Technology Inc. 的英文原版文档 本出版物中所述的器件应用信息及其他类似内容仅为您提供便利, 它们可能由更新之信息所替代 确保应用符合技术规范, 是您自身应负的责任 Microchip 对这些信息不作任何明示或暗示 书面或口头 法定或其他形式的声明或担保, 包括但不限于针对其使用情况 质量 性能 适销性或特定用途的适用性的声明或担保 Microchip 对因这些信息及使用这些信息而引起的后果不承担任何责任 如果将 Microchip 器件用于生命维持和 / 或生命安全应用, 一切风险由买方自负 买方同意在由此引发任何一切伤害 索赔 诉讼或费用时, 会维护和保障 Microchip 免于承担法律责任, 并加以赔偿 除非另外声明, 在 Microchip 知识产权保护下, 不得暗中或以其他方式转让任何许可证 商标 Microchip 的名称和徽标组合 Microchip 徽标 dspic FlashFlex flexpwr JukeBlox KEELOQ KEELOQ 徽标 Kleer LANCheck MediaLB MOST MOST 徽标 MPLAB OptoLyzer PIC PICSTART PIC 32 徽标 RightTouch SpyNIC SST SST 徽标 SuperFlash 及 UNI/O 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的注册商标 The Embedded Control Solutions Company 和 mtouch 为 Microchip Technology Inc. 在美国的注册商标 Analog-for-the-Digital Age BodyCom chipkit chipkit 徽标 CodeGuard dspicdem dspicdem.net ECAN In-Circuit Serial Programming ICSP Inter-Chip Connectivity KleerNet KleerNet 徽标 MiWi MPASM MPF MPLAB Certified 徽标 MPLIB MPLINK MultiTRAK NetDetach Omniscient Code Generation PICDEM PICDEM.net PICkit PICtail RightTouch 徽标 REAL ICE SQI Serial Quad I/O Total Endurance TSHARC USBCheck VariSense ViewSpan WiperLock Wireless DNA 和 ZENA 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的商标 SQTP 为 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记 Silicon Storage Technology 为 Microchip Technology Inc. 在除美国外的国家或地区的注册商标 GestIC 为 Microchip Technology Inc. 的子公司 Microchip Technology Germany II GmbH & Co. & KG 在除美国外的国家或地区的注册商标 在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有 2015, Microchip Technology Inc. 版权所有 ISBN:978-1-63277-527-6 QUALITY MANAGEMENT SYSTEM CERTIFIED BY DNV == ISO/TS 16949 == Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 与位于俄勒冈州 Gresham 的全球总部 设计和晶圆生产厂及位于美国加利福尼亚州和印度的设计中心均通过了 ISO/TS-16949:2009 认证 Microchip 的 PIC MCU 与 dspic DSC KEELOQ 跳码器件 串行 EEPROM 单片机外设 非易失性存储器和模拟产品严格遵守公司的质量体系流程 此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体系也已通过了 ISO 9001:2000 认证 DS90003123A_CN 第 7 页
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