Watchdog Timers(WDT)

weixin_424381002024-10-02 21:02

文章目录

  • [1. 介绍](#1. 介绍)
  • [2. Feature List](#2. Feature List)
  • [3. 概述](#3. 概述)
    • [3.1. Safety Watchdog](#3.1. Safety Watchdog)
    • [3.2. CPU Watchdog](#3.2. CPU Watchdog)
  • [4. 看门狗定时器功能](#4. 看门狗定时器功能)
  • [5. Endinit Functions](#5. Endinit Functions)
    • [5.1 Password Access to WDTxCON0](#5.1 Password Access to WDTxCON0)
      • [5.1.1 Static Password](#5.1.1 Static Password)
      • [5.1.2 Automatic Password Sequencing](#5.1.2 Automatic Password Sequencing)
    • [5.2 Check Access to WDTxCON0](#5.2 Check Access to WDTxCON0)
    • [5.3 Modify Access to WDTxCON0](#5.3 Modify Access to WDTxCON0)
    • [5.4 总结](#5.4 总结)
      • [5.4.1 清除ENDINIT流程](#5.4.1 清除ENDINIT流程)
      • [5.4.2 设置ENDINIT流程](#5.4.2 设置ENDINIT流程)
  • [6. Timer](#6. Timer)
    • [6.1. Timer Modes](#6.1. Timer Modes)
      • [6.1.1 Time-Out Mode](#6.1.1 Time-Out Mode)
      • [6.1.2 Normal Mode](#6.1.2 Normal Mode)
      • [6.1.3 Disable Mode](#6.1.3 Disable Mode)
      • [6.1.4 WDT状态机](#6.1.4 WDT状态机)
      • [6.1.5 总结](#6.1.5 总结)
    • [6.2 WDT Alarm Request](#6.2 WDT Alarm Request)
    • [6.3 Servicing the Watchdog Timer](#6.3 Servicing the Watchdog Timer)
  • [7. Demo](#7. Demo)
    • [7.1 Watchdog_1_KIT_TC375_LK](#7.1 Watchdog_1_KIT_TC375_LK)

1. 介绍

Watchdog Timers (WDT)是Ifx System Control Units (SCU)六大模块之一。详细信息可以参考Infineon-AURIX_TC3xx_Part1-UserManual-v01_00-EN.pdf 文档"9.4Watchdog Timers (WDT)"章节。

2. Feature List

TC37x支持一个Safety Watchdog和三个CPU Watchdog（每个核一个）

每个看门狗定时器具有以下基本功能:

  • 可编程时基和重新加载值(Watchdog基本功能，超时复位)
  • 可编程密码保护与可配置的自动密码排序（访问一次后，下次访问密码支持特点规则变化）
  • 可编程时间戳检查与可编程窗口
  • 无效或缺失定时器刷新顺序导致安全警报
  • 可以在调试期间挂起看门狗操作
  • 关键寄存器写保护，只能在短时间内解除锁定（ENDINIT保护）

第一个和最后一个为主要功能。

3. 概述

WDT提供了一种高度可靠和安全的方式来检测和恢复软件或硬件故障。WDT有助于在用户指定的时间段内中止CPU或系统的意外故障。

除了这个标准的"看门狗"功能之外，每个WDTs都包含一个结束初始化(ENDINIT)特性，可以保护临界寄存器免受意外写操作的影响。为了保护这些功能，实现了一个复杂的方案，在访问WDT控制寄存器期间需要密码和保护位。

  • 任何写访问如果没有提供正确的密码或保护位的正确值，都被认为是系统故障，并导致看门狗报警。
  • 即使执行有效的访问和清除ENDINIT位（用于提供对关键寄存器的访问），Watchdog也会对该访问窗口施加时间限制。如果ENDINIT位在时间窗口内没有被正确设置，则假定系统出现故障。

这些严格的要求，虽然不能保证，但是为系统操作的健壮性提供了高度的保证。

3.1. Safety Watchdog

安全看门狗定时器提供了一个整体的系统级看门狗，它独立于CPU看门狗定时器，还提供了另一种防止意外写入安全关键系统寄存器的保护。当启用安全WDT时，如果在用户可编程的时间段内没有提供喂狗服务，则会引起SMU报警请求。CPU必须在此时间间隔内进行喂狗，以防止这种情况发生。对安全WDT超时的响应可以在SMU中配置。因此，定期对安全WDT进行喂狗可以确认系统运行正常。

在模块寄存器表中标记为"SE"的寄存器被认为是安全关键系统的静态属性，并且在初始化后都是开启写保护的。如果Safety ENDINIT位被清除，这个写保护可能会被暂时移除。

3.2. CPU Watchdog

单独的CPU看门狗计时器提供了监视单独的CPU执行线程的能力，而不需要软件来协调公共看门狗的共享使用。当CPU WDT使能时，如果在用户可编程的时间段内没有提供喂狗服务，则会引起SMU告警请求。SMU可以配置对每个cpu看门狗超时的响应。因此，对CPU WDT的定期维护可以确认相应的CPU正在按预期执行软件序列。复位后，CPU0运行，CPU0 Watchdog Timer自动启动。其他cpu最初处于HALT状态，因此它们对应的看门狗定时器被禁用。其他CPU Watchdog Timers默认不配置为生成超时重置，但可以启用。CPU看门狗只能由相应的CPU配置、启用或禁用。

在模块寄存器表中

  • 标记为"CEy"(y= CPU编号)的寄存器是与CPU相关的关键寄存器，它们在初始化后开启写保护的。如果清除对应的cpu (y-CPU号)Watchdog ENDINIT位，该写保护可能会暂时取消。
  • 标记为"E"的寄存器是关键系统寄存器，它们在初始化后开启写保护的。如果任何CPU Watchdog ENDINIT位被清除，这个写保护可能会被暂时移除。

Eg:

具体含义可见"1.1.6 Register Access Modes"章节

4. 看门狗定时器功能

  • 16位看门狗定时器
  • 可选输入频率:fSPB/64, fSPB/ 256或fSPB/16384
  • 16位用户自定义加载值正常看门狗定时器操作，固定加载值超时模式
  • 结合相应的ENDINIT位并监控其修改复杂的密码访问机制与用户可定义的密码字段
  • 访问错误检测:密码无效(第一次访问时)或保护位无效(第二次访问时)触发告警请求SMU
  • 时间和逻辑监控功能:
  • 可选的代码序列检查。码序签名识别错误会触发向SMU发送告警请求
  • 可选的代码执行时间检查。代码执行时间超出预期限制将触发向SMU发出警报请求。
  • 溢出错误检测:当WDT计数器溢出时，向SMU发出告警
  • 可禁用看门狗功能;访问保护和ENDINIT位监控功能保持开启状态

5. Endinit Functions

部分寄存器（CLC\KRST0\KRST1等）通常情况下只会在程序运行时修改一次，为避免在正常运行期间寄存器值被篡改，导致系统崩溃，Ifx提供了ENDINT（"初始化结束"）保护，仅清除对应ENDINIT标志位后，才能修改对应寄存器值，修改完成后，重新设置ENDINIT，完成一次修改。

注意：清除到设置ENDINIT标志位的时间不能过长，否则会触发Alarm信号，上报错误到SMU（Safety Management Unit）模块。

根据寄存器类型不同，Ifx细分以下三种类型的ENDINIT。

  • "CEy"-CPU临界寄存器。CPU WDT ENDINIT=0 (y=CPU编号)时可写
  • "E"-系统关键寄存器，当任何(一个或多个)CPU看门狗定时器ENDINIT= 0或EICONO.ENDINIT =0(Global ENDINT，前者依赖硬件，后者可以理解为存软件控制)时可写
  • "SE"-安全关键寄存器-只有当安全看门狗定时器ENDINIT=0或SEICON0.ENDINIT=0 (Global Safety ENDINT)时才可写

框图如下：

总结：

CEy：只能通过WDTCON0.ENDINIT清除

E：可以通过每个CPU的ENDINIT标志位位清除，也可以用全局的EICON0.ENDINIT清除

SE:可以通过WDTSCON0.ENDINIT标志位清除，也可以用全局的SEICON0.ENDINIT清除

注意:清除ENDINIT位需要一些时间。在清除ENDINIT位之后访问受ENDINIT保护的寄存器必须在真正清除ENDINIT位时才进行。所以，ENDINIT位应该在ENDINIT位被清除后第一次访问受ENDINIT保护的寄存器之前回读一次。

为保证整个系统的稳定，清除、设置ENDINIT等操作也有严格时序，对WDTxCON0寄存器的访问分为Password Access，Check Access，Modify Access三种操作。

5.1 Password Access to WDTxCON0

必须使用正确的密码写入WDTxCON0 (x=CPU, y=CPU number，或S)，才能解锁并进行修改。软件必须事先知道正确的密码（上电后默认密码为0x3C）。为了提供独立的看门狗功能，每个看门狗定时器的密码可以不同，程序流具有独立的看门狗功能。

  • Safety WDG的WDTSCON0由通用SCU保护方案保护，该方案只允许配置的Master具有写访问(参见ACCEN10)。
  • CPU WDG的WDTCPUyCON0被单独保护，因此它们只能由相应的CPU写入。

密码有效且SMU状态满足WDTxSR的要求。那么一旦密码访问完成，WDTxCON0将被解锁

(WDTxCON0.LCK = 0)。为了确保正确的服务顺序，只有在访问之前设置了WDTxCON0.LCK位时才允许密码访问。如果在密码访问过程中，WDTxCON0写入了不正确的密码值，触发看门狗访问错误。设置WDTxSR.AE位，并向SMU 发送Alam请求。

14位用户自定义密码，WDTxCON0.PW提供了根据应用程序需要调整密码要求的额外选项。例如，它可以用来检测意外的软件循环，或者监视例程的执行顺序。密码要求如下表所示：PAS: Password Auto-sequence Status Flag, 用于控制下次访问秘钥时是否需要改变，具体见Automatic Password Sequencing章节。

5.1.1 Static Password

在静态密码模式下(WDTxSR.PAS=0)，密码只能通过有效的修改权限进行修改。密码访问的设计使得不能简单地读取寄存器并重新写入它。某些密码读取位在被重写之前必须反转(切换)。这可以防止简单的故障通过简单的读/写序列意外解锁WDT。

5.1.2 Automatic Password Sequencing

启用了自动密码排序(WDTxSR.PAS=1)，每次密码检查(Password Access or Check Access)后密码自动更改。下一个密码期望值遵循基于14位斐波那契LFSR(线性反馈移位寄存器)的伪随机序列，其特征多项式为x14+x13+x12+x2+1。

5.2 Check Access to WDTxCON0

Check Access与Password Access相同，只是锁位不被清除，因此不允许后续的修改访问。在满足写数据要求的情况下，Check Access不会触发SMU告警请求。Check Access只能在LCK位被设置的情况下执行。

这种类型的访问用于WDT服务之间的中间检查点。这可以用(例如在与时间戳计数检查特性(或序列密码)结合使用，用于任务序列或执行时间监视。

如果在Check Access过程中，WDTxCON0上写了不正确的值（秘钥错误），则触发Watchdog Access Error。设置WDTxSR.AE，并向SMU (Safety Management Unit)发送告警请求。

个人理解：启用PAS后，秘钥序列是固定的，例如秘钥序列为0x12->0x34->0x56，正常情况下依次使用三个秘钥发起Check Access，若正确访问，则访问序列正确，若在中断或其他任务中，使用其他秘钥发起Check Access，则WDT报错。

5.3 Modify Access to WDTxCON0

如果WDTxCON0 通过Password Access成功解锁，下面对WDTxCON0的写访问可以修改它。但是，这种访问还必须满足某些要求，才能被接受并被视为有效。表265列出了所需的位模式。如果访问不遵循这些规则，则检测到看门狗访问错误条件，设置位WDTxSR.AE，向SMU (Safety Management Unit)发送告警请求。修改访问完成后，再次设置WDTxCONO.LCK，自动重新锁定WDTxCON0。在可以再次修改寄存器之前，必须再次执行有效的Password Access。

只有bit1必须为1，其他32bit可以用户自定义。

对该寄存器执行写操作后，该寄存器重新被lock住，在次经过Check Access操作后，才可以重新写入。

5.4 总结

进行Password Access（解锁CON0寄存器）后，必须在较短的时间写进行Modify Access，否则会触发Alarm报警。

若Password Access时写入错误的密码，CON0寄存器值保持不变，看门口定时器进入预警模式，并最终触发复位。

5.4.1 清除ENDINIT流程

5.4.2 设置ENDINIT流程

喂狗流程也是这样，Modify Access时会重新写入REL(加载值)

6. Timer

Safety Watchdog 和CPU0的定时器在应用程序复位后自动激活。每个实现定时器功能的16位计数器由fspb/ 64、fspb/256或fspb/16384触发。三种配置通过位WDTxCON1.IRx 控制。如表266所示:

每个WDT前的时钟分频器提供三个WDT计数器频率，fSPB / 64,fSPB / 256和fSPB / 16384。看门狗超时时间的一般计算公式为:

参数startvalue表示计算超时时间的固定值FFFCH，用户可编程的重新加载值WDTxCON0.REL用于计算正常周期。

divider 参数表示IRx选择的用户可编程源时钟分频，可以是64、256或16384。

6.1. Timer Modes

每个看门狗定时器可以在三种不同的工作模式之一:

  • 超时模式（time-out mode）
  • 正常模式
  • 禁用模式
    下面概述了这些模式，以及WDT如何从一种模式切换到另一种模式。

6.1.1 Time-Out Mode

CPU0应用复位后进入WDT超时模式。"应用复位"后会禁用其他CPU。当对WDTxCON0执行有效的Password Access时，也会进入超时模式。Time-Out Mode用WDTxSR.TO = 1表示。计时器设置为0xFFFCH并开始向上计数。只有设置ENDINIT = 1并设置正确的访问顺序，"超时模式"才能正常退出。如果对WDT进行了错误的访问，或者在设置ENDINIT之前定时器溢出，则向SMU (Safety Management Unit)发送告警请求。

根据禁用请求位WDTxCON1.DR的状态，退出超时模式可以是正常模式，也可以是禁用模式。

6.1.2 Normal Mode

在正常模式下(DR = 0)， WDT以标准看门狗方式工作。定时器设置为WDTxCON0.REL，并开始计数。必须在计数器溢出之前进行喂狗。喂狗是通过对控制寄存器WDTxCON0的适当访问顺序进行的。

如果WDT在计时器溢出之前没有得到喂狗，则假定系统发生故障。Normal Mode终止，并向安全管理单元(SMU)发送报警请求。

6.1.3 Disable Mode

应用复位后，除CPU0外，所有CPU WDT都处于禁用状态。为不需要WDT功能的应用程序提供了禁用模式。当设置了禁用请求位WDTxCON1.DR时，可以从"超时模式"中请求。当请求时进入禁用模式，并且设置了位WDTxCON0.ENDINIT。定时器在此模式下停止。但是，关闭WDT只会使其停止执行标准的看门狗功能，不需要对WDT进行喂狗服务。它不会禁用超时模式。如果以禁用模式访问WDTxCON0寄存器，如果访问有效，则进入超时模式，如果访问无效，则向SMU (Safety Management Unit)发送告警请求。因此，ENDINIT监视器功能以及(一部分)系统故障检测仍将处于活动状态。

6.1.4 WDT状态机

  • 进入Time Out模式条件：复位后进入，在Normal、Disable模式下执行Password Access也会进入
  • 进入Normal mode条件：执行Password Access（解锁写保护），写入新的密码和重载值，清除-ENINIT，设置DR=0(请求使能WDTx模块)，设置ENINIT标志
  • 进入Disable mode条件，执行Password Access（解锁写保护），写入新的密码和重载值，清除ENINIT，设置DR=1(请求禁用WDTx模块)，设置ENINIT标志
  • SMU Alarm：超时或者写入无效的访问都会进入

6.1.5 总结

1）上电复位后自动进入"Time out mode"，计数器按照最慢的时钟进行计数

2）超时模式中止后，进入"Normal mode"，进入方式如下

  • 正确的密码访问WDT_CON0（对应上面的Check Access）
  • 对WDT_CON0寄存器进行Modify Access访问，将重载值设置为REL_1, ENDINIT设置为1

3）正确的密码访问WDT_CON0。会终止Normal mode，进入Time out mode

4）重复2的过程，从新设置ENDINIT为1，设置重载值为REL_2，结束Time out mode，进入Normal Mode

5）定时器一直计数到0xFFFF，触发一个Alarm请求，启动SMU内部的Recovery Timer开始计数，Recovery Timer超时后，触发复位信号，复位WDT模块。

备注：

1、Time out mode永远都是从0xFFFC开始计数。

2、Clear ENDINIT会进入Time out mode, Set ENDINIT进入Normal mode

3、启动Watchdog后，WDG模块内部会定时喂狗，用户不用关心

6.2 WDT Alarm Request

SMU alarm 请求包含以下三种情况：

  • 无效的数据写入 WDTxCON0 (x=CPUy and y=CPU number, or S) , SEICON0 or EICON0寄存器（例如密码错误）
  • 在任何WDT、ENDINIT超时计数器或Safety ENDINIT超时计数器的超时模式中，定时器溢出之前不执行Password Access（喂狗操作）
  • 在正常模式下定时器溢出之前不提供任何WDT喂狗操作

由此产生的报警响应(Trap, Reset等)可在安全管理单元(SMU)内编程。

注意:WDT本身通过Application Reset来重置。

6.3 Servicing the Watchdog Timer

如果在应用程序中使用WDT并且WDTxSR.DS = 0，则必须定期维护(喂狗)，防止超时溢出。喂狗分两个步骤执行，一个是有效的Password Access，然后是有效的Modify Access。有效的密码访问WDTxCON0会自动将WDT切换为超时模式。因此，Modify Access必须在超时时间之前执行，否则会向SMU (Safety Management Unit)发送告警请求。

注意:为了执行正确的服务，必须将ENDINIT写入为1，即使它已经设置为1。

7. Demo

7.1 Watchdog_1_KIT_TC375_LK

使用CPU0看门狗，演示喂狗功能，正常情况下，1.3s内进行喂狗，CPU正常工作。可修改71行函数，延时周期时间乘2，修改为2s，MCPU会不断复位。

71行wait函数可参考STM模块，相关链接如下：
System Timer (STM)

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