MSP430單片機(jī)看門狗面面觀

以MSP430F2274為例。其中匯編實(shí)現(xiàn)采用的是IAR匯編，CCE匯編實(shí)現(xiàn)稍作修改即可。

1. 看門狗有三種工作模式：停止模式，計(jì)時(shí)器模式，看門狗模式。

2. 其中后兩種模式可以選擇的時(shí)鐘源有：SMCLK和ACLK。

3. 在使用后兩種模式時(shí)候要注意單片機(jī)所處的狀態(tài)下看門狗能否工作，如單片機(jī)處在LPM3時(shí)候只有ACLK時(shí)鐘，處在LPM4下，沒(méi)有時(shí)鐘可以使用。

4. 看門狗模式的使用方法：當(dāng)看門狗計(jì)數(shù)溢出時(shí)，程序復(fù)位。在程序中開啟看門狗，在計(jì)數(shù)溢出前清空看門狗，或重置看門狗，以使其重新計(jì)數(shù)。若程序跑飛，看門狗可能沒(méi)有被清空或重置，就會(huì)溢，使程序復(fù)位。

5. 在MSP430F2274中，看門狗模式下可以計(jì)時(shí)最長(zhǎng)為1s，若需要以更長(zhǎng)的時(shí)間復(fù)位，可采取的方法，使用其他計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)滿后執(zhí)行((void (*)())RESET_VECTOR)();或計(jì)數(shù)滿后往看門狗控制寄存器寫個(gè)錯(cuò)誤值或執(zhí)行一條無(wú)效命令：如((void (*)())0x170)();0x170是外圍模塊的一個(gè)地址，不可能是一個(gè)函數(shù)地址，所以執(zhí)行此句將使程序復(fù)位。

停止模式：關(guān)閉看門狗

C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)：WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD

匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)：mov.w #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL

計(jì)時(shí)器模式：作為一個(gè)計(jì)時(shí)器使用，計(jì)數(shù)器滿產(chǎn)生中斷時(shí)執(zhí)行看門狗中斷函數(shù)。

C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)：

主程序中：開啟看門狗計(jì)時(shí)器，如：WDTCTL = WDT_MDLY_8;或WDTCTL = WDT_ADLY_250;等

看門狗中斷函數(shù)為：

#pragma vector=WDT_VECTOR

__interrupt void wATchdog_timer(void)

{

//..................................

}

匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)：

開啟看門狗計(jì)時(shí)器，如：

mov.w #WDTPW+WDTTMSEL+WDTCNTCL+WDTIS0 ,&WDTCTL

或 mov.w #WDTPW+WDTTMSEL+WDTCNTCL+WDTSSEL+WDTIS0 ,&WDTCTL等

中斷向量表中的看門狗中斷向量：

ORG 0FFF4h ;msp430f2274的看門狗中斷地址

DW RESET ;程序開始處以REST作為標(biāo)號(hào)

看門狗中斷函數(shù)：

WDT_ISR

;....................

reti

看門狗模式：計(jì)數(shù)溢出時(shí)，執(zhí)行復(fù)位中斷函數(shù)。

C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)：

清看門狗：WDTCTL = WDTPW+WDTCNCTL;

設(shè)置看門狗：WDTCTL = WDT_MRST_0_5;

或WDTCTL = WDT_ARST_1000;等

匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)：

中斷向量表中的復(fù)位向量：

ORG 0FFFEh ;msp430f2274的復(fù)位地址

DW RESET ;程序開始處以REST作為標(biāo)號(hào)

清看門狗：mov.w #WDTPW+WDTCNCTL,&WDTCTL

設(shè)置看門狗：

mov.w # WDTPW+WDTCNTCL+WDTIS1 ,&WDTCTL

mov.w # WDTPW+WDTCNTCL+WDTSSEL,&WDTCTL;等

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關(guān)于喂狗

喂狗，也就是在看門狗定時(shí)器溢出之前對(duì)其進(jìn)行清零的操作。

網(wǎng)上和書里對(duì)喂狗的介紹不多，大部分都只說(shuō)使用“WDTCTL = WDTPW + WDTCNTCL;”即可。一般使用起來(lái)沒(méi)什么問(wèn)題，但是當(dāng)不使用默認(rèn)的看門狗時(shí)鐘源和分頻系數(shù)之后，問(wèn)題就來(lái)了。(以G2XXX系列，SMCLK=1M，ACLK=32K為例)直接使用“WDTCTL = WDTPW + WDTCNTCL;”喂狗之后，看門狗就被重置成復(fù)位狀態(tài)，看門狗復(fù)位時(shí)間就變成了32ms，如果遠(yuǎn)小于你的喂狗時(shí)間，程序就沒(méi)法正常工作了，典型表現(xiàn)為定時(shí)重新啟動(dòng)。仔細(xì)查看WDTCTL寄存器之后，就能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

要正確喂狗最好的辦法就是不改變?cè)锌撮T狗配置的情況下將WDTCNTCL置1。這樣看來(lái)，簡(jiǎn)單的就是“WDTCTL |= WDTPW + WDTCNTCL;”,其中需要注意的是WDTPW位讀出來(lái)是0x69，而需要寫入的是0x5A，實(shí)際上0x69|0x5A=0x7B，這就造成了在喂狗的時(shí)候，密碼錯(cuò)誤造成單片機(jī)重啟。所以正確的喂狗語(yǔ)句就初始化看門狗的語(yǔ)句。當(dāng)然如果想使用通用的喂狗語(yǔ)句，“WDTCTL = WDTPW + WDTCNTCL + (WDTCTL & 0x00FF);”應(yīng)該是最正確的(其中(WDTCTL & 0x00FF)是用來(lái)獲取看門狗配置的)。

不過(guò)430頭文件已經(jīng)很清新了，喂狗一般直接加上時(shí)間(頭文件里面都處理過(guò)了)。

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MSP430單片機(jī)之看門狗的作用

看門狗定時(shí)器是一個(gè)計(jì)數(shù)器，基本功能是在發(fā)生軟件問(wèn)題和程序跑飛后使系統(tǒng)重新啟動(dòng)。看門狗計(jì)數(shù)器正常工作時(shí)自動(dòng)計(jì)數(shù)，程序流程定期將其復(fù)位清零，如果系統(tǒng)在某處卡死或跑飛，該定時(shí)器將溢出，并將進(jìn)入中斷。在定時(shí)器中斷中執(zhí)行一些復(fù)位操作，使系統(tǒng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，即在程序沒(méi)有正常運(yùn)行期間，如期復(fù)位看門狗以保證所選擇的定時(shí)溢出歸零，使處理器重新啟動(dòng)。

1. 看門狗問(wèn)題及相關(guān)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)今市面上流行的一些單片機(jī)，多嵌有內(nèi)部WDT，如TI的MSP430系列，Philips的P87XXX和P89XXX系列，Microchip的PIC列，Atmel的AT89SXX系列和Holtek公司的Htxxx系列。但是這些內(nèi)部看門狗在工作時(shí)，多存在一定的誤差。一些工程師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于忽略了這一點(diǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)異常。MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器公司(TI)近幾年開發(fā)的新一代單片機(jī)，該系列是一款16位、具有精簡(jiǎn)指令集、超低功耗的全新概念混合型單片機(jī)。在眾多單片機(jī)系列中，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為一顆耀眼的新星。其內(nèi)部自帶看門狗及復(fù)位電路，理論上如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。但在實(shí)際使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)看門狗的作用并非萬(wàn)無(wú)一失，以下實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)程序清單：

#include

void main(void){

P1DIR l=0x07; //設(shè)置P1.0～P1.2為輸出

for(;;){

volatile unsigned int i;

WDTCTL = WDTPW + WDTCNTCL; //復(fù)位WDT計(jì)數(shù)器

P1OUT ^= 0x07; //P1.0～P1.2相互異或

i=5000; //延時(shí)

do(i--);

while(i != 0);

}

}

上述實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)后，如果程序正常運(yùn)行，LED會(huì)閃爍。缺省時(shí)，MSP430的看門狗是允許狀態(tài)，所運(yùn)行的程序會(huì)不斷地訪問(wèn)看門狗。理論上，這個(gè)系統(tǒng)是不會(huì)發(fā)生啟動(dòng)失敗的，因?yàn)榧词箚?dòng)失敗，看門狗也應(yīng)該在數(shù)百毫秒內(nèi)啟動(dòng)，復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)。基于這種思想，對(duì)單片機(jī)的復(fù)位進(jìn)行測(cè)試。K2斷開，用K1連續(xù)產(chǎn)生。Reset信號(hào)，測(cè)試看門狗使系統(tǒng)重啟的成功率。K2閉合，則reset端高電平，理論上K1不能有效產(chǎn)生復(fù)位脈沖，觀察看門狗是否起作用。

2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：K2斷開，連續(xù)開關(guān)K1，上電重啟系統(tǒng)，平均155次失敗1次(LED不閃)，即看門狗失效概率0.6%;K2閉合，連續(xù)開關(guān)K1，平均18次失敗1次(LED不閃)，且一旦失敗，將連續(xù)失敗下去，看門狗無(wú)效率占到了約5.5%。

另外，當(dāng)采用同樣具有內(nèi)置看門狗的其他系列單片機(jī)替代實(shí)驗(yàn)中的MSP430，啟動(dòng)程序段作相應(yīng)修改時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍大致相同，這說(shuō)明具有內(nèi)置看門狗的單片機(jī)面臨的問(wèn)題是相同的。經(jīng)分析可能有如下原因：

① 由于看門狗的時(shí)鐘不獨(dú)立，計(jì)數(shù)時(shí)鐘與系統(tǒng)為同一分頻鏈路，因此看門狗不能在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)有效運(yùn)作。

② 由于時(shí)鐘可用軟件設(shè)置，啟動(dòng)失敗時(shí)，開機(jī)時(shí)鐘可能處于空檔，沒(méi)有時(shí)鐘看門狗不能生效。

③ 有些看門狗需要用軟件設(shè)置或啟動(dòng)，因此啟動(dòng)失敗后,初始化程序沒(méi)有激活，CPU可能跳轉(zhuǎn)到隨機(jī)代碼，使看門狗被禁止。這樣的看門狗是需要有可靠的上電復(fù)位作保證的，因此，從理論上講，原設(shè)計(jì)存在著不合理性?；谏鲜龇治觯捎闷饪撮T狗專用芯片TPS3823由獨(dú)立的分頻振蕩電路提供計(jì)數(shù)脈沖。實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示。

上述電路中，TPS3823輸出定時(shí)溢出信號(hào)給Reset端。程序段中，CPU要不斷地通過(guò)I/O口輸出喂狗信號(hào)，使看門狗計(jì)數(shù)器清零。在此電路中重復(fù)上述試驗(yàn)中K1、K2的相同動(dòng)作，系統(tǒng)重啟成功率達(dá)到100%。

結(jié) 語(yǔ)

未來(lái)的內(nèi)置看門狗必須有獨(dú)立可靠的時(shí)鐘。系統(tǒng)上電后，看門狗即為允許狀態(tài)，無(wú)需軟件設(shè)置，它只能被外部硬件跳線或內(nèi)部熔絲(fuse)所禁止。目前，如果要求設(shè)計(jì)可靠性較高的嵌入式系統(tǒng)，外置看門狗是必須考慮的。內(nèi)置看門狗的另一問(wèn)題是系統(tǒng)復(fù)位后，程序應(yīng)判斷是由Reset端正常上電復(fù)位，還是程序跑飛看門狗所致，由此確定現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)是否應(yīng)該保留。這也是在看門狗應(yīng)用中所應(yīng)考慮的。

擴(kuò)展閱讀:看門狗定時(shí)器是什么？