痞子衡嵌入式:聊聊系统看门狗WDOG1在i.MXRT1xxx系统启动中的应用及影响


  大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是系统看门狗WDOG1在i.MXRT1xxx系统启动中的应用及影响

  软件看门狗模块(WDOG)在 MCU 应用里可以说是非常基础的功能模块。对于一个产品级的应用程序,如果它没有使能主控内部的看门狗模块,一般都不能算是一个合格的软件设计。有的时候,硬件工程师觉得软件看门狗不可靠,还会在板级设计里再加入外部看门狗电路。总之看门狗对于产品工作稳定性具有很重要的意义。

  最近有一个 i.MXRT 客户注意到了芯片手册 System Boot 章节里提及了 WDOG 应用,想使能这个功能,并且要确认该功能真实生效以及评估对后续应用程序的影响。借助客户的问题,我们来细聊下这个话题。

一、WDOG模块简介

  首先我们来了解一下 i.MXRT1xxx 系列内部的 WDOG 模块,在i.MXRT1xxx 内部 WDOG 模块一共有三个(WDOG1/2/3),虽然 WDOG 本质上就是个特殊功能定时器,但因为芯片设计时为其赋予的超时触发行为不同,所以其应用场合并不一样。

1.1 系统看门狗WDOG1/2

  WDOG1 和 WDOG2 属于系统看门狗,前者用于系统级复位(产生 WDOG_RESET_B_DEB 信号给 SRC 模块)防止系统发生异常,后者用于系统 SNVS 域安全警报(不会产生复位效果)。不过从模块寄存器角度,WDOG1 和 WDOG2 是一样的,因此除了超时触发行为外,它们其余方面特性是一样的:

1. 模块内部两个计数时钟源是固定的,来自 ipg_clk_32k 以及 anatop_xtal32k_clk 。
2. 模块内部 8bit 定时器(Time-Out Counter)用于产生 WDOG_RESET_B_DEB 复位信号,计时精度固定为 0.5 秒,超时可设范围为 0.5 秒到 128 秒。
3. 模块内部定时器(Power Down Counter)用于产生对外输出的复位信号 WDOG_B,其超时时间固定为 16 秒。
4. 模块对外输出的信号最多有三个: WDOG_RST_B_DEB、WDOG_B、WDOG_ANY(仅 WDOG1)。
5. 模块使能信号 WDOGx->WCR[WDE] 可多次设置(并不是一次复位期间仅可 write one once)。
6. 模块配置寄存器与定时器计数值可直接修改。
7. 模块 Time-Out Counter 默认是关闭的,Power Down Counter 默认是开启的。

1.2 内核看门狗WDOG3(4)

  WDOG3 有时候又叫 RTWDOG(对于 RT1170,还存在用于默认 CM4 从核的 WDOG4),属于内核看门狗,主要用于复位内核,防止程序陷入死循环。其模块寄存器跟 WDOG1/2 完全不同,更接近于一般的定时器模块设计:

1. 模块内部计数时钟源有四种选择,Bus clock / LPO clock / INTCLK / ERCLK 。
2. 模块内部 16bit 定时器(Time-Out Counter)用于产生内核复位信号。
3. 模块使能信号 WDOGx->CS[EN] 可多次设置(但是其属于 write-once 属性)。
4. 模块配置寄存器 write-once bits 与定时器计数值需要特殊 unlock 时序才可以修改。
5. 模块 Time-Out Counter 默认是开启的。

二、系统ROM里对WDOG的使用

  i.MXRT1xxx 系列芯片上电默认都是先执行系统 BootROM,在 BootROM 里会有对看门狗的处理。默认情况下 BootROM 是不启用看门狗做代码执行守护的,只有当用户烧写了指定的 eFuse 位,看门狗功能才会生效。BootROM 并没有使用默认开启的 WDOG3,而是将其关闭并打开了 WDOG1 作为看门狗。

2.1 看门狗使能

  i.MXRT10xx 系列芯片 BootROM 看门狗在 eFuse 里配置如下,包含 eFuse 0x460[21] 使能位与 eFuse 0x6D0[15:13] 超时时间设置。

  i.MXRT1160/1170 芯片 BootROM 看门狗在 eFuse 里配置如下,包含 eFuse 0x9A0[15] 使能位与 eFuse 0x9B0[2:0] 超时时间设置,以及多了 eFuse 0x9B0[5:3] 关于 WDOG_B 外部信号脚选择设置。

  当 Fuse 里使能了看门狗功能后,BootROM 对看门狗模块的配置如下:

void ROM_WDOG_init(void)
{
    uint16_t timeout = get_timeout_value_from_fuse();

    WDOG1->WCR = (uint16_t)(WDOG_WCR_WT(timeout)
                           | WDOG_WCR_WDW_MASK
                           | WDOG_WCR_SRE_MASK
                           | WDOG_WCR_WDA_MASK
                           | WDOG_WCR_WDBG_MASK
                           | WDOG_WCR_SRS_MASK);

    WDOG1->WCR |= (uint16_t)WDOG_WCR_WDE_MASK;
}

2.2 看门狗作用

  对于 i.MXRT10xx 系列,BootROM 看门狗主要用于 Serial Downloader 分支程序下(SDP 模式 BT_MODE = 2’b01,或者 Device Boot 模式 BT_MODE = 2’bx0 下启动失败进入了 Serial Downloader)检测与主机通讯情况,只要在设置的超时时间里没有通信交互行为,看门狗就会复位整个系统(并不是单次通信就可以的,任意超时时间内都得保持交互)。如果在 Device Boot 模式下能够正常启动程序,则看门狗不会被使能。

  对于 i.MXRT1160/1170 系列,BootROM 看门狗不仅在 Serial Downloader 分支程序中有效,其在 Device Boot 模式下(BT_MODE = 2’bx0)也同样被使能了,这样做主要有两个用意:

  • 用意1: 如果因板级电路干扰导致首次启动程序失败,BootROM 正常是直接跳转到了 SDP 模式不会再做启动程序行为。但是使能了看门狗,则在 SDP 模式下等待超时时间后系统复位会重新尝试启动程序,这样不断尝试直到板级干扰消失。
  • 用意2: 如果启动程序成功,BootROM 会直接跳转到目标应用程序,但无法检验目标程序是否能够正常执行。但是使能了看门狗,如果应用程序不对看门狗做有效处理,系统还是会复位回来,这样相当于做了应用程序是否执行的验证。

三、WDOG使能后对i.MXRT开发的影响

  现在回到文章开头提到的客户问题,如何判断 BootROM 中 WDOG 已经生效了,这个其实特别简单,在 SDP 模式下插上 USB 线,在资源管理器里观察是不是有 HID 设备每隔一段时间就会重新枚举一次,没错就是 WDOG 捣的鬼。

  那么对于应用程序的开发,有什么注意事项呢?对于 i.MXRT10xx 其实没有任何影响,而对于 i.MXRT1160/1170,则必须在应用程序里增加对 WDOG1 的处理。在恩智浦提供的头文件 system_MIMXRT1xxx.c 文件里 SystemInit() 函数中其实有关于看门狗相关代码,默认是将全部的看门狗都关一遍(DISABLE_WDOG=1),这部分代码对于 i.MXRT10xx 程序是可以不做的,但是对于 i.MXRT1160/1170 就必须要做了。

  至此,系统看门狗WDOG1在i.MXRT1xxx系统启动中的应用及影响痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~

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