第7章-定时部件..电子教案.ppt
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1、v第第7 7章章-定定时部件部件.LOGO7.2看门狗定时器看门狗定时器vS3C2440芯片看门狗定时器的作用:当系芯片看门狗定时器的作用:当系统程序出现功能错乱,引起系统程序死循环统程序出现功能错乱,引起系统程序死循环时,能中断该系统程序的不正常运行,恢复时,能中断该系统程序的不正常运行,恢复系统程序的正常运行。系统程序的正常运行。v嵌入式系统由于运行环境的复杂,既所处环嵌入式系统由于运行环境的复杂,既所处环境中有较强的干扰信号,或者系统底层程序境中有较强的干扰信号,或者系统底层程序本身的不完善,因而,不能排除系统程序不本身的不完善,因而,不能排除系统程序不会出现死循环现象。会出现死循环现象
2、。v在农村,几乎每家每户都养狗,在农村,几乎每家每户都养狗,其主要是防止主人不在家的时候家里其主要是防止主人不在家的时候家里出现异常事故,比如被盗等。出现异常事故,比如被盗等。v同样,计算机中也有看门狗,其同样,计算机中也有看门狗,其作用是复位嵌入式系统在无人值守的作用是复位嵌入式系统在无人值守的时候出现异常导致时候出现异常导致“死机死机”现象。现象。人们为什么要养狗?计算机为什么需要看门狗?为什么需要看门狗狗看门狗来源于生活对象不同看门狗的作用v电源电源供电供电v干扰信干扰信号号v单片单片机机v正行运正行运行行v运行出运行出错错v看门狗复看门狗复位位v看门狗使单片机看门狗使单片机v从运行错误
3、状态从运行错误状态v恢复到正常运行恢复到正常运行v状态。状态。看门狗(WatchDog)是计算机引入的一种专门的复位监控电路。一旦MCU运行出现故障,就强制对MCU进行硬件复位,确保MCU可靠和安全运行。看门狗的应用场合vDVR视频监控视频监控系统系统v看门狗看门狗v嵌入式仪表嵌入式仪表v智能电饭智能电饭煲煲v智能电冰智能电冰箱箱v网络服务网络服务器器看门狗的工作原理v看门狗工作原理示意图看门狗工作原理示意图MCUMCU完成一次喂狗操作完成一次喂狗操作在看门狗在看门狗“饥饿饥饿”前等待下次喂狗前等待下次喂狗程序异常,喂狗超时,复位单片机程序异常,喂狗超时,复位单片机看门狗的工作流程123FD1
4、23FDFD1功能2执行故障1v复位信号复位信号v CPU CPUv执行顺序执行顺序v喂狗周期喂狗周期v喂狗周期小于看门狗等喂狗周期小于看门狗等v待时间,看门狗不动作待时间,看门狗不动作v程序出现异常程序出现异常v超过喂狗时间超过喂狗时间v 看门狗输看门狗输出出v 复位信号复位信号v功能功能n n执执v行耗时行耗时v喂喂狗狗v耗耗时时vCPUCPU复位后进入复位后进入v正常工作状态正常工作状态vt tvt t功能1功能2功能3喂狗喂狗超时复位MCUv微处理器程序流程微处理器程序流程v看门狗工作流程看门狗工作流程看门狗的种类及用法v看门狗的种类有两种,他们的使用方法也不同。看门狗的种类有两种,他
5、们的使用方法也不同。看门狗外置的独立看门狗控制器内置看门狗改变输入功能引脚的电平向看门狗寄存器写 入特定数据序列 v喂狗接口喂狗接口v通过此喂狗接口实现喂狗操作通过此喂狗接口实现喂狗操作v操作方式操作方式v操作方式操作方式看门狗的正确用法 一般情况下,看门狗主要是针对在实际应用环境中出现强烈干扰而导致程序跑飞的意外情况。v正行运正行运行行v运行出运行出错错v看门狗复看门狗复位位看门狗使用误区 有部分工程师,尤其是入门级水平的开发者,误将看门狗的使用作为解决程序本身存在bug导致程序跑飞的问题。v正行运正行运行行v运行出运行出错错v看门狗复看门狗复位位程序本身存在bugv误区误区v喂狗喂狗v不要
6、在定时器程序中周期喂狗!否则芯片将无法从死循环中恢复!不要在定时器程序中周期喂狗!否则芯片将无法从死循环中恢复!看门狗周期设置 看门狗定时器的周期值应大于功能模块的最长运行时间程序员应该在功能模块的前后均执行喂狗操作。v运行运行120msv的功能模块的功能模块v喂狗喂狗假设一个功能模块的运行时间为假设一个功能模块的运行时间为假设一个功能模块的运行时间为假设一个功能模块的运行时间为120ms120ms,看门狗定时器的周期值为,看门狗定时器的周期值为,看门狗定时器的周期值为,看门狗定时器的周期值为100ms100ms在功能模块运行100ms内插入喂狗指令温馨提示v历史的经验和教训历史的经验和教训v
7、 我们不能指望看门狗解决所有的问题,有时即使在软我们不能指望看门狗解决所有的问题,有时即使在软件中加了看门狗程序,软件仍然会死机。这原因是多方面件中加了看门狗程序,软件仍然会死机。这原因是多方面的,比如程序因为某些异常状况而触发死循环,而该死循的,比如程序因为某些异常状况而触发死循环,而该死循环中没有喂狗程序。因此,想要保住系统的稳定性,必须环中没有喂狗程序。因此,想要保住系统的稳定性,必须增强程序的健壮性,提高软硬件的抗干扰能力。增强程序的健壮性,提高软硬件的抗干扰能力。1.什么是看门狗?什么是看门狗?2.看门狗喂狗的描述?看门狗喂狗的描述?3.watchdog存在的意义是什么?存在的意义是
8、什么?4.s3c2440寄存器的三个寄存器编程操作及作用?寄存器的三个寄存器编程操作及作用?5.看门狗工作原理描述?看门狗工作原理描述?vwatchdogwatchdog本质上是一种定时器,那么普通定时器所拥有的特征它也应该本质上是一种定时器,那么普通定时器所拥有的特征它也应该具备,是的,当它记时超时时也会引起事件的发生,只是这个事件除了具备,是的,当它记时超时时也会引起事件的发生,只是这个事件除了可以是系统中断外,它也可以是一个系统重起信号可以是系统中断外,它也可以是一个系统重起信号(Reset Signal)(Reset Signal),可以这,可以这么说吧,能发送系统重起信号的定时器我们
9、就叫它么说吧,能发送系统重起信号的定时器我们就叫它watchdog.watchdog.vwatchdog,watchdog,中文名称叫做中文名称叫做“看门狗看门狗”,全称,全称watchdog timer,watchdog timer,从字面上我们可从字面上我们可以知道其实它属于一种定时器。然而它与我们平常所接触的定时器在作用以知道其实它属于一种定时器。然而它与我们平常所接触的定时器在作用上又有所不同。普通的定时器一般起记时作用,记时超时上又有所不同。普通的定时器一般起记时作用,记时超时(Timer Out)(Timer Out)则引则引起一个中断,例如触发一个系统时钟中断。起一个中断,例如触
10、发一个系统时钟中断。v1.什么是看门狗?什么是看门狗?v2.看门狗喂狗工作描述看门狗喂狗工作描述当一个硬件系统开启了当一个硬件系统开启了watchdog功能,那么运行功能,那么运行在这个硬件系统之上的软件必须在规定的时间间隔内向在这个硬件系统之上的软件必须在规定的时间间隔内向watchdog发送一个信号发送一个信号.这个行为简称为这个行为简称为喂狗喂狗(feeddog),以免,以免watchdog记时超时引发系统重记时超时引发系统重起。起。v3watchdog存在的意义是什么?存在的意义是什么?v你可能会问你可能会问watchdog存在的意义是什么?开启了存在的意义是什么?开启了watchdo
11、g之后软件必须定时向它发信息,这不是麻之后软件必须定时向它发信息,这不是麻烦又耗费资源的行为吗?其实这个行为很重要,这个行烦又耗费资源的行为吗?其实这个行为很重要,这个行为是软件向硬件报告自身运行状态的一中手法。一个软为是软件向硬件报告自身运行状态的一中手法。一个软件运行良好,那么它应该可以在规定的时间间隔内向件运行良好,那么它应该可以在规定的时间间隔内向watchdog发送信息发送信息.v若软件由于某个不当的操作而进入死循环若软件由于某个不当的操作而进入死循环(也就是俗称也就是俗称的死机的死机),则他无法向,则他无法向watchdog发送信息了,发送信息了,watchdog将发生记时超时,从
12、而引起硬件重起。将发生记时超时,从而引起硬件重起。4s3c2410watchdog的操作v4.s3c2440寄存器的三个寄存器编程操作及作用寄存器的三个寄存器编程操作及作用vWTCON:watchdog控制寄存器控制寄存器vWTDAT:watchdog数据寄存器数据寄存器vWTCNT:watchdog记数寄存器记数寄存器v5.看门狗工作原理描述看门狗工作原理描述v.在开启在开启watchdog之前,我们必需在寄存器之前,我们必需在寄存器WTDAT里面存有一个值,在里面存有一个值,在watchdog开启之后开启之后这个值会被自动加载进寄存器这个值会被自动加载进寄存器WTCNT中,中,WTCNT的
13、作用将在下面进行讲解,现在你只需要知的作用将在下面进行讲解,现在你只需要知道道WTDAT必须有一个值,这个值将被自动装进必须有一个值,这个值将被自动装进WTCNT中中。.Watchdog根据根据PCLK,PrescalerValue,ClockSelect会产生一个会产生一个watchdog自己的工作周期,自己的工作周期,我们把这个工作周期记为我们把这个工作周期记为t_watchdog(注(注2),),watchdog在一个在一个t_watchdog周期结束时会产生一周期结束时会产生一个记数递减信号,每当这个信号产生时,个记数递减信号,每当这个信号产生时,WTCNT中的中的值便减值便减1,若在
14、,若在WTCNT递减为递减为0(TimerOut)的时候的时候软件层还没有重新往软件层还没有重新往WTCNT中写入数值中写入数值(这个行为便是这个行为便是我上文提到的喂狗我上文提到的喂狗),则,则watchdog触发触发ResetSignal,系统重起。,系统重起。根据上述的描述,我们可以更形象地描述根据上述的描述,我们可以更形象地描述watchdog的工作原理和的工作原理和3个寄存器之间的相互关系:个寄存器之间的相互关系:WTCNT通过通过WTDAT得到一个值,得到一个值,watchdog在每个在每个t_watchdog周期里向周期里向WTCNT发送一个递减信号,当发送一个递减信号,当WTC
15、NT的值递的值递减到减到0的时候则发生的时候则发生timeout,重而重起系统。,重而重起系统。LOGOvS3C2440芯片的看门狗定时器有芯片的看门狗定时器有2种工作模式:种工作模式:带中断请求信号的常规时隙定时器。带中断请求信号的常规时隙定时器。产生内部复位信号的定时器,即当定时器中的计数器值变产生内部复位信号的定时器,即当定时器中的计数器值变为为0时,产生一个宽度为时,产生一个宽度为128个个PCLK(系统时钟周期)(系统时钟周期)的复位脉冲信号。的复位脉冲信号。看门狗定时器逻辑功能框图如下:看门狗定时器逻辑功能框图如下:LOGOvS3C2440芯片的看门狗定时器逻辑中含有芯片的看门狗定
16、时器逻辑中含有3个控个控制其操作的专用寄存器:制其操作的专用寄存器:n看门狗控制寄存器(WTCON)n计数常数寄存器(WTDAT)n看门狗计数器寄存器(WTCNT)LOGO(1)看门狗控制寄存器()看门狗控制寄存器(WTCON)用来控制看门狗定时器是否允许工作。其内容是可读用来控制看门狗定时器是否允许工作。其内容是可读/写的写的LOGO(2)计数常数寄存器()计数常数寄存器(WTDAT)v计数常数寄存器用来存储看门狗定时器的溢出时计数常数寄存器用来存储看门狗定时器的溢出时间间隔值,既从定时器的计数器开始工作,到计间间隔值,既从定时器的计数器开始工作,到计数器值变为数器值变为0的时间间隔。的时间
17、间隔。v计数常数通过下面公式计算求得:计数常数通过下面公式计算求得:计数常数计数常数=所需时间间隔所需时间间隔/计数时钟周期计数时钟周期=所需时间间隔所需时间间隔(PCLK/(预分频器值预分频器值+1)/分割因子分割因子)LOGO(3)看门狗计数器寄存器)看门狗计数器寄存器(WTCNT)v看门狗计数器寄存器正常情况下用作减看门狗计数器寄存器正常情况下用作减1计数器,计数器,它对计数时钟信号进行减它对计数时钟信号进行减1计数,既每来一个计计数,既每来一个计数时钟脉冲,计数器内的值减数时钟脉冲,计数器内的值减1。vWTCNT寄存器在看门狗定时器工作时存储当前寄存器在看门狗定时器工作时存储当前计数值
18、。计数值。LOGO示例示例7-1v若一个采用若一个采用S3C2440芯片为核心开发的嵌入式芯片为核心开发的嵌入式系统需要看门狗功能,监测系统程序的周期不大系统需要看门狗功能,监测系统程序的周期不大于于40us,PCLK=50MHz。那么,我们需要使。那么,我们需要使用下面一段程序来完成初始化看门狗:用下面一段程序来完成初始化看门狗:ldr r0,=WTDAT;WTDAT寄存器对应的地址赋给寄存器对应的地址赋给R0ldr r1,=0 x7d;计数器初始值计数器初始值str r1,r0ldr r0,=WTCON;WTCON寄存器对应的地址赋给寄存器对应的地址赋给R0ldr r1,=0 x0021;
19、使能看门狗及其复位功能,分割器值设为使能看门狗及其复位功能,分割器值设为16str r1,r0LOGO7.3RTC部件部件v实时时钟部件实时时钟部件RTC是用于提供年、月、日、时、是用于提供年、月、日、时、分、秒、星期等实时时间信息的定时部件。它通分、秒、星期等实时时间信息的定时部件。它通常在系统电源关闭后,由后备电池供电。常在系统电源关闭后,由后备电池供电。vRTC部件的主要特点有:部件的主要特点有:年、月、日、时、分、秒、星期等信息采用年、月、日、时、分、秒、星期等信息采用BCDBCD码表示。码表示。闰年发生器。闰年发生器。具有报警功能,能提供报警中断或者系统在节电模式下的唤醒。具有报警功
20、能,能提供报警中断或者系统在节电模式下的唤醒。拥有独立的电源引脚(拥有独立的电源引脚(RTCVDDRTCVDD)。)。支持支持RTOSRTOS内核时间片所需的毫秒计时中断。内核时间片所需的毫秒计时中断。进位复位功能。进位复位功能。LOGOLOGOvRTC的时间片计时器用于产生一个中断请求,TICNT 寄存器有一个中断使能位,和计数器中的值一起用来控制中断。当计数器的值变为0时,引起时间片计时中断。中断信号的周期用下列公司计算:周期=(n+1)/128sv上式中,n代表时间片计数器中的值,范围是1127。RTC的时间片计时器可以用来产生实时操作系统内核所需的时间片。LOGOvRTC部件内部有许多
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