痞子衡嵌入式：聊聊系統看門狗WDOG1在i.MXRT1xxx系統啟動中的應用及影響

痞子衡發表於2022-04-21

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是系統看門狗WDOG1在i.MXRT1xxx系統啟動中的應用及影響。

　　軟體看門狗模組（WDOG）在 MCU 應用裡可以說是非常基礎的功能模組。對於一個產品級的應用程式，如果它沒有使能主控內部的看門狗模組，一般都不能算是一個合格的軟體設計。有的時候，硬體工程師覺得軟體看門狗不可靠，還會在板級設計裡再加入外部看門狗電路。總之看門狗對於產品工作穩定性具有很重要的意義。

　　最近有一個 i.MXRT 客戶注意到了晶片手冊 System Boot 章節裡提及了 WDOG 應用，想使能這個功能，並且要確認該功能真實生效以及評估對後續應用程式的影響。藉助客戶的問題，我們來細聊下這個話題。

一、WDOG模組簡介

　　首先我們來了解一下 i.MXRT1xxx 系列內部的 WDOG 模組，在i.MXRT1xxx 內部 WDOG 模組一共有三個（WDOG1/2/3），雖然 WDOG 本質上就是個特殊功能定時器，但因為晶片設計時為其賦予的超時觸發行為不同，所以其應用場合並不一樣。

1.1 系統看門狗WDOG1/2

　　WDOG1 和 WDOG2 屬於系統看門狗，前者用於系統級復位（產生 WDOG_RESET_B_DEB 訊號給 SRC 模組）防止系統發生異常，後者用於系統 SNVS 域安全警報（不會產生復位效果）。不過從模組暫存器角度，WDOG1 和 WDOG2 是一樣的，因此除了超時觸發行為外，它們其餘方面特性是一樣的：

1. 模組內部兩個計數時鐘源是固定的，來自 ipg_clk_32k 以及 anatop_xtal32k_clk 。
2. 模組內部 8bit 定時器（Time-Out Counter）用於產生 WDOG_RESET_B_DEB 復位訊號，計時精度固定為 0.5 秒，超時可設範圍為 0.5 秒到 128 秒。
3. 模組內部定時器（Power Down Counter）用於產生對外輸出的復位訊號 WDOG_B，其超時時間固定為 16 秒。
4. 模組對外輸出的訊號最多有三個: WDOG_RST_B_DEB、WDOG_B、WDOG_ANY（僅 WDOG1）。
5. 模組使能訊號 WDOGx->WCR[WDE] 可多次設定（並不是一次復位期間僅可 write one once）。
6. 模組配置暫存器與定時器計數值可直接修改。
7. 模組 Time-Out Counter 預設是關閉的，Power Down Counter 預設是開啟的。

1.2 核心看門狗WDOG3(4)

　　WDOG3 有時候又叫 RTWDOG（對於 RT1170，還存在用於預設 CM4 從核的 WDOG4），屬於核心看門狗，主要用於復位核心，防止程式陷入死迴圈。其模組暫存器跟 WDOG1/2 完全不同，更接近於一般的定時器模組設計：

1. 模組內部計數時鐘源有四種選擇，Bus clock / LPO clock / INTCLK / ERCLK 。
2. 模組內部 16bit 定時器（Time-Out Counter）用於產生核心復位訊號。
3. 模組使能訊號 WDOGx->CS[EN] 可多次設定（但是其屬於 write-once 屬性）。
4. 模組配置暫存器 write-once bits 與定時器計數值需要特殊 unlock 時序才可以修改。
5. 模組 Time-Out Counter 預設是開啟的。

二、系統ROM裡對WDOG的使用

　　i.MXRT1xxx 系列晶片上電預設都是先執行系統 BootROM，在 BootROM 裡會有對看門狗的處理。預設情況下 BootROM 是不啟用看門狗做程式碼執行守護的，只有當使用者燒寫了指定的 eFuse 位，看門狗功能才會生效。BootROM 並沒有使用預設開啟的 WDOG3，而是將其關閉並開啟了 WDOG1 作為看門狗。

2.1 看門狗使能

　　i.MXRT10xx 系列晶片 BootROM 看門狗在 eFuse 裡配置如下，包含 eFuse 0x460[21] 使能位與 eFuse 0x6D0[15:13] 超時時間設定。

　　i.MXRT1160/1170 晶片 BootROM 看門狗在 eFuse 裡配置如下，包含 eFuse 0x9A0[15] 使能位與 eFuse 0x9B0[2:0] 超時時間設定，以及多了 eFuse 0x9B0[5:3] 關於 WDOG_B 外部訊號腳選擇設定。

　　當 Fuse 裡使能了看門狗功能後，BootROM 對看門狗模組的配置如下：

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 看門狗作用

　　對於 i.MXRT10xx 系列，BootROM 看門狗主要用於 Serial Downloader 分支程式下（SDP 模式 BT_MODE = 2'b01，或者 Device Boot 模式 BT_MODE = 2'bx0 下啟動失敗進入了 Serial Downloader）檢測與主機通訊情況，只要在設定的超時時間裡沒有通訊互動行為，看門狗就會復位整個系統（並不是單次通訊就可以的，任意超時時間內都得保持互動）。如果在 Device Boot 模式下能夠正常啟動程式，則看門狗不會被使能。

　　對於 i.MXRT1160/1170 系列，BootROM 看門狗不僅在 Serial Downloader 分支程式中有效，其在 Device Boot 模式下（BT_MODE = 2'bx0）也同樣被使能了，這樣做主要有兩個用意：

  • 用意1: 如果因板級電路干擾導致首次啟動程式失敗，BootROM 正常是直接跳轉到了 SDP 模式不會再做啟動程式行為。但是使能了看門狗，則在 SDP 模式下等待超時時間後系統復位會重新嘗試啟動程式，這樣不斷嘗試直到板級干擾消失。
  • 用意2: 如果啟動程式成功，BootROM 會直接跳轉到目標應用程式，但無法檢驗目標程式是否能夠正常執行。但是使能了看門狗，如果應用程式不對看門狗做有效處理，系統還是會復位回來，這樣相當於做了應用程式是否執行的驗證。

三、WDOG使能後對i.MXRT開發的影響

　　現在回到文章開頭提到的客戶問題，如何判斷 BootROM 中 WDOG 已經生效了，這個其實特別簡單，在 SDP 模式下插上 USB 線，在資源管理器裡觀察是不是有 HID 裝置每隔一段時間就會重新列舉一次，沒錯就是 WDOG 搗的鬼。

　　那麼對於應用程式的開發，有什麼注意事項呢？對於 i.MXRT10xx 其實沒有任何影響，而對於 i.MXRT1160/1170，則必須在應用程式裡增加對 WDOG1 的處理。在恩智浦提供的標頭檔案 system_MIMXRT1xxx.c 檔案裡 SystemInit() 函式中其實有關於看門狗相關程式碼，預設是將全部的看門狗都關一遍（DISABLE_WDOG=1），這部分程式碼對於 i.MXRT10xx 程式是可以不做的，但是對於 i.MXRT1160/1170 就必須要做了。

　　至此，系統看門狗WDOG1在i.MXRT1xxx系統啟動中的應用及影響痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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