《DNESP32S3使用指南-IDF版_V1.6》第十六章 WATCH_DOG实验

正点原子

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第十六章 WATCH_DOG实验

       本章，我们将学习看门狗，基于定时器功能，教大家如何用定时器模拟看门狗功能。
       本章分为如下几个小节：
       16.1 看门狗简介
       16.2 硬件设计
       16.3 程序设计
       16.4 下载验证

       16.1 看门狗简介
       MCU可能工作在一些复杂环境，可能受到某些电磁干扰出现程序跑飞，导致死循环无法继续执行工作，看门狗的作用就是为了避免这种情况。看门狗的本质也是一个定时器，在程序启动后，需要在一定的时间内再给它一个信号，俗称“喂狗”。如果没有按时“喂狗”，说明系统或软件出现了不可预知的问题(比如软件卡在某个循环或逾期事件中)，这时看门狗就向系统发送个复位信号，使整个系统重启，重新进入正常的工作状态。看门狗有助于检测、处理系统或软件的错误行为。
       ESP32-S3中有三个数字看门狗定时器、1个模拟看门狗定时器和一个XTAL32K看门狗定时器，他们在各自有特定条件运行。本实验主要用是通用定时器模拟看门狗功能。
本实验用到的函数跟第十四章ESPTIMER实验用到的函数是一致的。

       16.2 硬件设计

       16.2.1 例程功能
       程序运行后，开发板板载的LED因不停的复位而闪烁，但如果按下BOOT按键进行喂狗，那么就不会产生复位，LED也就保持常亮，一旦超过看门狗的溢出时间（Tout=1000毫秒）没有按下BOOT按键进行喂狗，那么就会进行复位，LED也就会熄灭一次。

       16.2.2 硬件资源
       1. LED
              LED - IO1

       2. 按键
              BOOT - IO0

       3. ESPTIMER

       16.2.3 原理图
       本章实验使用的定时器为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。

       16.3 程序设计

       16.3.1 程序流程图
       程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：

图16.3.1.1 WATCH_DOG实验程序流程图

       16.3.2 WATCH_DOG函数解析
       本实验用到的函数跟第十四章ESPTIMER实验使用的定时器是一致的，在此不作出赘述，请读者们参考第十四章的内容。

       16.3.3 WATCH_DOG驱动解析
       在IDF版的07_wdt例程中，作者在07_wdt \components\BSP路径下新增了一个WDT文件夹，用于存放wdt.c和wdt.h这两个文件。其中，wdt.h文件负责声明WDT相关的函数和变量，而wdt.c文件则实现了WDT的驱动代码。下面，我们将详细解析这两个文件的实现内容。

       1，wdt.h文件

1. /* 引脚定义 */
   
2. #define BOOT_INT_GPIO_PIN   GPIO_NUM_0
   
3. 
   
4. /*IO操作*/
   
5. #define BOOT                gpio_get_level(BOOT_INT_GPIO_PIN)
   
6. 
   
7. /* 函数声明 */
   
8. void exit_init(void);   /* 外部中断初始化程序 */

复制代码

       2，wdt.c文件

1. /**
   
2. * @brief       初始化任务看门狗计时器
   
3. * @param       tps: 定时器周期
   
4. */
   
5. void esptim_int_init(uint64_t tps)
   
6. {
   
7.     esp_timer_handle_t esp_tim_handle;                            /* 定时器回调函数句柄 */
   
8. 
   
9.     /* 定义一个定时器结构体 */
   
10.     esp_timer_create_args_t tim_periodic_arg = {
    
11.         .callback = &esptim_callback,                             /* 设置回调函数 */
    
12.         .arg = NULL,                                              /* 不携带参数 */
    
13.     };
    
14. 
    
15.     esp_timer_create(&tim_periodic_arg, &esp_tim_handle);        /* 创建一个事件 */
    
16. esp_timer_start_periodic(esp_tim_handle, tps);                /* 每周期内触发一次 */
    
17. }
    
18. 
    
19. /**
    
20. * @brief       重新启动当前运行的计时器
    
21. * @param       timeout: 定时器超时时间，该超时时间以微妙作为基本计算单位，
    
22. 故而设置超时时间为1s，则需要转换为微妙（μs），
    
23. 即timeout = 1s = 1000000μs
    
24. * @retval      无
    
25. */
    
26. void restart_timer(uint64_t timeout)
    
27. {
    
28. /* 重新启动当前运行的计时器，用以模拟喂狗过程 */
    
29.     esp_timer_restart(esp_tim_handle, timeout);
    
30. }
    
31. 
    
32. /**
    
33. * @brief       看门狗回调函数
    
34. * @param       arg: 无参数传入
    
35. * @retval      无
    
36. */
    
37. void IRAM_ATTR wdt_isr_handler(void *arg)
    
38. {
    
39.     esp_restart();  /* 若没有及时进行喂狗，那么芯片将一直进行复位 */
    
40. }

复制代码

       WDT的初始化函数中调用了看门狗回调函数，用以模拟当定时器溢出时产生的复位现象。
       同时，我们在restart_timer()函数中调用了esp_timer_restart()。该函数的主要作用在于：当函数在调用时重新启动当前所运行的定时器，用以模拟喂狗过程。对于该函数而言，我们假设给定的计时器为一次性计时器，那么计时器将立即重启，并在timeout_us微秒内超时一次。当假设给定的计时器为周期性计时器，那么立即以新的timeout_us微秒周期重新启动计时器。
       另外，在wdt_isr_handler()中调用了esp_restart()。该函数的主要作用在于将芯片复位，用以模拟程序在没有“喂狗”的情况下跑飞。此函数既可以从PRO中调用，也可以从APPCPU调用。成功重启后，CPU重置原因将为SW_CPU_reset。外设如Wi-Fi、BT、UART0、SPI1和传统定时器除外）不会重置。此函数不会返回。

       16.3.4 CMakeLists.txt文件
       打开本实验BSP下的CMakeLists.txt文件，其内容如下所示：

1. set(src_dirs            
   
2.             KEY
   
3.             LED
   
4.             WDT)
   
5. 
   
6. set(include_dirs
   
7.             KEY
   
8.             LED
   
9.             WDT)
   
10. 
    
11. set(requires
    
12.             driver
    
13. esp_timer)
    
14. 
    
15. idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs}
    
16. INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
    
17. 
    
18. component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)

复制代码

       上述的红色KEY、WDT驱动需要由开发者自行添加，以确保WDT驱动能够顺利集成到构建系统中。需要注意的是我们的依赖库（requires）需要添加上ESP32-S3定时器定时器的库，这些步骤是必不可少的，它确保了WDT驱动的正确性和可用性，为后续的开发工作提供了坚实的基础。

       16.3.5 实验应用代码
       打开main/main.c文件，该文件定义了工程入口函数，名为app_main。该函数代码如下。

1. /**
   
2. * @brief       程序入口
   
3. * @param       无
   
4. * @retval      无
   
5. */
   
6. void app_main(void)
   
7. {
   
8.     esp_err_t rets;
   
9.    
   
10.     ret = nvs_flash_init();                             /* 初始化NVS */
    
11. 
    
12. if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||
    
13.             ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
    
14.     {
    
15.         ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
    
16.         ret = nvs_flash_init();
    
17.     }
    
18.    
    
19.     led_init();                                                         /* 初始化LED */
    
20.     key_init();                                 /* 初始化按键 */
    
21.     wdt_init(1000000);                                   /* 初始化定时器 */
    
22.     LED(0);                                     /* LED灯常亮 */
    
23. 
    
24.     while (1)
    
25.     {
    
26.         if (key_scan(0) == BOOT_PRES)           /* 如果BOOT按下则喂狗 */
    
27.         {
    
28.             restart_timer(1000000);             /* 喂狗 */
    
29.         }
    
30. 
    
31.         vTaskDelay(10);                         /* LED闪烁 */
    
32.     }
    
33. }

复制代码

       可以看到应用代码中，LED初始化后，LED会处于常亮状态，随后初始化WDT模拟定时器溢出过程，会看见LED在不断闪烁，此时的ESP32-S3芯片处于一直复位状态。接着在while循环中重复判断BOOT按键是否被按下，若按下则进行“喂狗”操作，若在WDT溢出前都为按下BOOT按键，那么就不会产生复位，LED也就保持常亮。

       16.4 下载验证
       在完成编译和烧录操作后，可以看到板子上的LED每间隔一段时间（大约1秒）就闪烁一次，这是因为WDT不断地对芯片进行复位。接下来若以时间间隔小于1秒（大约）的速度频繁地按下BOOT按键，则可以在芯片复位前及时“喂狗”，具体的现象为LED常亮。