浅析DSP28035的看门狗模块

背景

嵌入式系统通常会使用DSP来实现控制功能，比如开关电源的数字控制。试想如果DSP中程序出现Bug、崩溃、跑飞了怎么办？如果不及时处理，这对整个嵌入式系统的危害将是不可预料的。

这时，我们就需要DSP具有一种保护机制：检测程序是否正常运行，如果不正常，就要采取某种保护措施。

其实，不止DSP具有这种机制，大多数嵌入式系统的微处理器为了保证产品的可靠性，都具备这种功能。这种保护机制就是看门狗(Watch Dog)。

接下来就来聊聊TI 的TMS320F28035 芯片。

工作原理

鉴于程序跑飞时，CPU已经不再受控制了。那么，看门狗(Watch Dog)肯定是要独立于CPU模块的，而事实上也确实如此，并且看门狗的时钟信号也是通过晶振时钟进行预分频得到的。这就保证了看门狗可以完全不受CPU的影响。

当CPU死机、跑飞、或者运行到一个不明的程序陷阱时，看门狗能识别到这种状况，并产生中断或者复位信号。复位信号将CPU复位，使得CPU重新开始运行；中断信号使得CPU进入中断服务子程序，执行一系列操作。

那么，关键的问题来了：看门狗如何判断CPU是否跑飞了？

其实原理很简单，看门狗嘛，通俗点，从狗狗的角度来看，当主人每日按时给自己狗粮时，主人肯定没问题；但是，如果有一天主人突然没有给它喂饭了，那肯定出问题了啊。

看门狗机制就是如此，CPU要定期向看门狗发送特定信号，表示程序工作正常。具体来讲，看门狗内部有一个8位计数器WDCNTR，每个看门狗时钟周期都会进行加一增计数，当计数溢出时就产生中断或者复位信号；在计数溢出之前，若看门狗接收到CPU发送的特定信号后，就会把计数器清零，重新开始计数，也就不会产生复位或者中断。

CPU发送特定信号给看门狗的这种动作，也就是俗称的“喂狗”。只有定时有效地“喂狗”，才能保证看门狗不会错误地发送复位或中断指令。

结构与寄存器

看门狗模块的结构图如下：

上面提到了特定信号，定时有效地喂狗，那什么是特定信号？，何为定时？何为有效？

特定信号： 0x55+0xAA。

定时：在8位计数器溢出之前进行喂狗。

有效：当且仅当对WDKEY写入0x55 + 0xAA，才会清零计数器。

当计数器溢出时，根据工作模式，看门狗模块会产生复位信号或中断信号，该信号是一个有效电平为低电平，脉冲宽度为512个晶振时钟周期OSCCLK的脉冲信号，注意不是系统时钟信号SYSCLKOUT。

接下来，再看看与看门狗相关的寄存器。

• SCSR: 系统控制状态寄存器。主要配置看门狗的模式，包括复位模式和中断模式

• WDCNTR: 看门狗计数寄存器。8位计数器，(当外接10MHz晶振时，最大喂狗时间: 512 / 10 e 6 ∗ 255 ≈ 13 m s ) 512 / 10e^{6} * 255 \approx 13ms) 512/10e6∗255≈13ms)​​

• WDKEY: 看门狗键值寄存器。写入0x55 + 0xAA 计数器复位。

• WDCR: 看门狗控制寄存器,。WDDIS看门狗屏蔽位，WDPS看门狗时钟预分配位。写入0x0068，关闭看门狗；写入0x0028 开启看门狗，复位后自动使能看门狗（所以在初始化之前，通常先要关闭看门狗，等一切配置好以后，才开启看门狗）

注意：看门狗的时钟WDCLK是晶振(10MHz，具体视硬件而定)频率经过512分频得到，而不是主频SYSCLKOUT！

代码

#include "DSP28x_Project.h"       // Device Header file and Examples Include File

int flg_ServiceDog = 0;           // 喂狗标志，这里选择不喂狗
long int loop_cnt = 0;            // 主循环次数
long int wake_cnt = 0;            // 看门狗中断次数


// 看门狗中断服务子函数
__interrupt void wakeint_isr(void)
{
    wake_cnt++;
    // 允许ACK位，准备迎接下一个看门狗中断；看门狗属于 PIE group 1
    PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;
}


/**
 * main.c
 */
int main(void)
{
    InitSysCtrl();       // 系统控制初始化,关闭看门狗,使能外设时钟等
    DINT;                // 关闭CPU级总中断
    InitPieCtrl();       // 初始化外设中断扩展配置
    IER = 0x0000;        // 清除CPU级中断使能位，标志位
    IFR = 0x0000;
    InitPieVectTable();  // 初始化中断外设向量表，并使能PIE控制器

    //********************* code start here ****************************//
    EALLOW;
    PieVectTable.WAKEINT = &wakeint_isr;    // 加载看门狗中断服务子程序入口地址到中断向量表
    EDIS;

    EALLOW;
    SysCtrlRegs.SCSR = 0X0002;              // 设置看门狗工作模式，中断模式: 0x0002 ,复位模式: 0x0000
    EDIS;

    PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx8 = 1;      // 使能看门狗外设中断，看门狗中断是group1 第8位
    IER |= 0x0001;      // 使能CPU级 group 1
    
    EINT;               // 前面关了，这里开启CPU总中断
    
    ServiceDog();       // 喂狗，清零看门狗计数器 
    EALLOW;
    SysCtrlRegs.WDCR = 0x0028;     // 开启看门狗模块
    EDIS;

    while(1)
    {
        loop_cnt++;
        if(flg_ServiceDog)  // flg_ServiceDog = 0 ，不喂狗
        {
            ServiceDog();   // 喂狗，该函数在官方提供，其实就是向WDKEY写0x0055 + 0x00AA
        }
    }
    //********************* code end here ******************************//
}

实验结果

将CCS编写的程序通过仿真器，编译、烧写到开发板，然后Debug，全速仿真运行，菜单面板【Window->show view->expressions】添加表示式，并查看表达式的值，选中连续刷新，即可看到，在不喂狗的情况下，就会触发看门狗中断，进入中断服务子程序，实时增加wake_cnt的值。

总结

看门狗非常简单，但却非常实用，是嵌入式系统微处理器必备的一种保护机制。另外，代码中涉及到PIE模块，该模块是28035关于外设中断的一些配置，主要包括中断的开启，关闭，清除，以及中断服务子函数地址的管理等。