一文簡析TC3xx Rest/Clock/Watch模塊

前言

本文包括TC3xx MCU的復(fù)位系統(tǒng)，時(shí)鐘系統(tǒng)和看門狗模塊三部分內(nèi)容。在復(fù)位系統(tǒng)部分主要介紹了各種復(fù)位類型。在時(shí)鐘系統(tǒng)部分主要介紹時(shí)鐘源選擇，PLL倍頻配置，時(shí)鐘分發(fā)等內(nèi)容。在看門狗模塊部分主要介紹了開門狗復(fù)位的觸發(fā)路徑，看門狗模塊的工作原理，CPU EndInit/Safe EndInit的實(shí)現(xiàn)原理等內(nèi)容。

1.Reset

POST這個(gè)信號(hào)對(duì)于MCU來說是雙向的，也就是說在上電過程中PORST是MCU的輸出引腳，在完成上電過程后，PORST是MCU的輸入引腳。ESR0是受PORST控制的，PORST輸出低電平的時(shí)候，ESR0也會(huì)輸出低電平。

從POST引腳引起的reset就叫Warm Power On Reset，Cold PORST復(fù)位的范圍最大，基本上MCU所有的模塊都會(huì)Reset。

剛上電的時(shí)候，MCU的電壓是從0往上升的，所以剛開始的時(shí)候MCU處于一個(gè)under voltage的狀態(tài)，MCU主要監(jiān)控VEXT, VDDP3, VDD三個(gè)輸入電源，在剛開始的時(shí)候只要這三個(gè)電源有一個(gè)處于under voltage狀態(tài)，或門（OR）就會(huì)輸出點(diǎn)平導(dǎo)通MOS管，PORST就會(huì)被拉低到地。

所以在電源上升的過程中這三個(gè)電源有一個(gè)處于LBD Reset Hold（電源監(jiān)控閾值）以下，MOS管就會(huì)被導(dǎo)通，PORST就會(huì)被一直拉低到地（輸出狀態(tài)，輸出低電平）。

電壓起來后（大于監(jiān)控閾值），MOS管關(guān)斷，PORST變?yōu)檩斎霠顟B(tài)，如果PORST外接了一個(gè)IC或者復(fù)位按鈕給了一個(gè)低電平，也會(huì)對(duì)MCU產(chǎn)生Reset（Warm Power On Reset）。

電壓沒起來前的Reset叫做Cold Power On Reset。

System or Application Reset包含的種類比較多：

1）Software reset

2）來自于SMU的reset

3）來自ESR0的復(fù)位請(qǐng)求

一些模塊可以單獨(dú)Reset（SW Module reset，Debug Reset）。

復(fù)位原因寄存器

STM0-STM5代碼STM compare match造成的Reset

EVRC, EVR33,SWD代表三個(gè)低電壓引起的Reset

STBYR表示Standby regulator的under voltage detect

正常情況下Reset后這個(gè)寄存器的值應(yīng)該是0x10010000，也就是PORS和STBYR會(huì)被置位。

Reset status register中的關(guān)于cold power on reset的Flag需要軟件清除（RSTCON2.CLRC），不然就會(huì)一直為1 。

第四種的cold reset原因是：EVR previous regulator的輸出/standby supply電壓小于1.13V。

Warm power on reset就是在POST變?yōu)檩斎霠顟B(tài)后，外部對(duì)POST產(chǎn)生一個(gè)低電平引起的復(fù)位（RAM數(shù)據(jù)是可以保持的）。

POSR和ESR0的復(fù)位時(shí)序：首先在POST(Input)上產(chǎn)生一個(gè)下降沿的負(fù)脈沖，通過MCU內(nèi)部的一些邏輯電路產(chǎn)生延遲后ESR0被拉低，MCU內(nèi)部的一些模塊和電路（Pads/Port Reset）就會(huì)被Reset，在ESR0被拉下來以后，CPUx核、Peripheral、Flash、Clock就會(huì)發(fā)生復(fù)位，這些模塊復(fù)位后ESR0就會(huì)被釋放掉，從0變成1，從這個(gè)點(diǎn)開始，MCU的Firmware（Boot rom）開始執(zhí)行（Execution）。

對(duì)于ESR0我們也可以配置一個(gè)ESR0的delay，當(dāng)ESR0的delay大于Boot rom的執(zhí)行時(shí)間后，Boot rom執(zhí)行完準(zhǔn)備跳轉(zhuǎn)到User code前會(huì)去檢測(cè)ESR0是不是被拉低，如果沒有被拉低的話，就會(huì)等待ESR0被拉低后再跳轉(zhuǎn)到User code。

2.Clock system

時(shí)鐘選擇部分：外部晶振接入作為MCU的source clock，SYSCLK這個(gè)Pin腳信號(hào)輸入作為MCU的source clock，也可以使用fback這個(gè)100MHz的片內(nèi)時(shí)鐘作為source clock。

倍頻PLL部分：在TC3xx里面有兩個(gè)PLL:

1）System_PLL主要是倍頻后給MCU的內(nèi)核提供時(shí)鐘。

2）Peripheral_PLL主要是倍頻后通過一些分頻給外設(shè)提供時(shí)鐘。

時(shí)鐘分配（Distribution）部分：System_PLL產(chǎn)生倍頻時(shí)鐘fPLL0，Peripheral_PLL產(chǎn)生倍頻時(shí)鐘fPLL1和fPLL2，他們通過Clock Distribution

后通過時(shí)鐘分頻器可以產(chǎn)生各種各樣的時(shí)鐘頻率供外設(shè)使用。

TC3xx有兩種內(nèi)部晶振：

1）100MHz的 Back-up Clock

2）70MHz的 Standby Clock，精度比較低，給SCR提供時(shí)鐘。

EXTCLK0和EXTCLK1可以配置輸出上面各種時(shí)鐘用來觀測(cè)。

一般我們選擇20MHz或者25MHz的外部晶振輸入，通過System_PLL倍頻后產(chǎn)生一個(gè)300MHz的fPLL0，fPLL0一般直接輸出300MHz給CPU各個(gè)內(nèi)核提供時(shí)鐘。通過Peripheral_PLL產(chǎn)生160MHz的fPLL1和200MHz的fPLL2，再通過分配給各種外設(shè)提供時(shí)鐘。

fsource0，fsource1，fsource2就是fPLL0，fPLL1，fPLL2通過各種xxxDIV分屏器產(chǎn)生時(shí)鐘給各個(gè)模塊使用，一般fCPUx是300MHz，fGETH為150MHz。

Note:fMCANH是給CAN模塊的寄存器和RAM操作提供時(shí)鐘的，fMCAN是給CAN波特率產(chǎn)生提供時(shí)鐘的。

fSRI通過分頻產(chǎn)生fCPUx給CPU提供時(shí)鐘，三個(gè)CPU的時(shí)鐘可以不同，CPU時(shí)鐘的改變不會(huì)影響其他外設(shè)時(shí)鐘。

但是注意系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的改變會(huì)使得系統(tǒng)電流發(fā)生改變，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

外接晶振有兩種模式可以選擇：

1）External Input Mode，這種模式下只需要用到輸入的XTAL1就行了（XTAL2不需要），也就是在這種模式下需要接一個(gè)有源晶振。

2）External Crystal Mode，這種模式下XTAl1和XTAL2都會(huì)用到，外部接的無源晶振。

外部晶振頻率范圍是16MHz到40MHz。

在TC3xx里面還有有l(wèi)oad capacitor（負(fù)載電容），也就是晶振的負(fù)載電容可以不用外部接，可以通過配置寄存器使用內(nèi)部負(fù)載電容。

Oscillator Watchdog

在System_PLL里面有一塊電路叫Oscillator Watchdog，這塊電路主要用來檢測(cè)輸入的晶振在一定的范圍里面。它的檢測(cè)方法是通過內(nèi)部的100MHz的fBAK通過1/40分頻產(chǎn)生一個(gè)2.5MHz的Reference Clock，以這個(gè)Reference Clock對(duì)fosc經(jīng)過1/(OSCVAL+1)分頻后的時(shí)鐘進(jìn)行Monitor，如果對(duì)比后在一個(gè)Tolerance range范圍外的話，就會(huì)置位OSCCON.PLLHV或者OSCCON.PLLLV兩個(gè)寄存器位域。

。

一般都是使用外部20MHz的輸入晶振以及分頻/倍頻參數(shù)來參數(shù)CPU和外設(shè)時(shí)鐘。

PLL配置流程：

1）使能使用外部晶振

2）Clock Control Unit的Input Clock選擇fBAK，Clock Control Unit已經(jīng)屬于Clock Distribution了，沒有選擇fPLL而是選擇fBAK作為它的輸入時(shí)鐘，所以這個(gè)時(shí)候CPU和Peripheral都是基于fBACK的。

3）選擇fosc作為PLL的輸入時(shí)鐘。

4）設(shè)置一個(gè)初始的PLL配置參數(shù)，比如我們先把System_PLL倍頻到100MHz，Peripheral_PLL可以直接倍頻到最終頻率，比如Peripheral_PLL1到320MHz，Peripheral_PLL2到200MHz。

5）設(shè)置分頻寄存器。

6）把Clock Control Unit的Input Clock選擇從fBAK切換到PLL。

7）System_PLL也就是fPLL0慢慢從100MHz倍頻到300MHz，是的系統(tǒng)的電流平穩(wěn)上升。

CPU時(shí)鐘慢慢倍頻上去，讓電流的變化平滑上升。

3.Watchdog

TC3xx芯片的Watchdog在SCU模塊里面，Watchdog分為兩種，一種是CPU Watchdog，一種是Safety Watchdog，每一個(gè)CPU都有自己的CPU Watchdog。

每個(gè)Watchdog有三個(gè)Register，WDTxCon0，WDTxCon1，WDTxSR。

Watchdog一般情況下如果Watchdog time溢出了就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)watch dog reset，在TC3xx中Watchdog的Timeout并不會(huì)直接觸發(fā)Reset，而是經(jīng)過配置SMU后會(huì)觸發(fā)SMU里面的一個(gè)Recovery Timer啟動(dòng)，Recovery Timer的Timeout時(shí)間可以配置，單Recovery Timerout后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Alarm，如果這個(gè)Alarm配置為Reset信號(hào)的話，就會(huì)觸發(fā)Reset。

EndInit的保護(hù)有三種：

1)“CE”保護(hù)，只有把每一個(gè)CPU的ENDINIT設(shè)為0后，這個(gè)CPU的critical registers保護(hù)才被解除（可寫）。

2)“E”保護(hù)，任意一個(gè)CPU的ENDINIT設(shè)為0后，所有CPU的system critical registers保護(hù)就解除了。

3)“SE”保護(hù)，Safety Watchdog的ENDINIT設(shè)為0后，Safety EndInit的保護(hù)就解除了。

ENDINIT設(shè)置為0的操作，需要一套較為復(fù)雜的操作序列。

ENDINIT置為0需要一段時(shí)間，只有等到ENDINIT真的為0后才能執(zhí)行往下的操作，不然可能會(huì)產(chǎn)生異常。

EICON0和SEICON0是兩個(gè)Global的ENDINIT保護(hù)寄存器，如果不想改變Watchdog CPUx或者Safety Watchdog的ENDINIT值，但是又想解除保護(hù)，就可以使用Global的EICON0和SEICON0（前提是EndInit的保護(hù)等級(jí)是“E”或者“SE”）。

對(duì)于保護(hù)等級(jí)為“E”或者“SE”的寄存器，在操作它之前需要先解除EndInit保護(hù)。

fsys類似fspb，類似于外設(shè)總線頻率。

復(fù)位以后CPU的Watchdog默認(rèn)是處在Time-Out Mode下的，WDT在Time-Out Mode下就會(huì)從0xFFFC開始往上計(jì)數(shù)，如果計(jì)數(shù)到0xFFFF就會(huì)溢出，如果在計(jì)數(shù)到0xFFFF之前對(duì)WDT_CON0進(jìn)行了password access后對(duì)WDT_CON0進(jìn)行了Modify access，重新對(duì)WDT進(jìn)了reload value到REL_1值（寫寄存器前ENDINIT值改為1了，也就是先要介紹ENDINIT保護(hù)），這樣WDT從Time-Out模式切換到了Normal Mode，這個(gè)時(shí)候WDT開始從REL_1值晚上計(jì)數(shù)。

Note: 后面會(huì)介紹password access和Modify access

在上圖中的3）的地方對(duì)WDT_CON0進(jìn)行了password access，WDT就會(huì)切換到Time-Out Mode，WDT又從0xFFFC開始計(jì)數(shù)，如果在4）這個(gè)點(diǎn)，又對(duì)WDT_CON0做了password access就會(huì)切換WDT到Normal Mode，同時(shí)對(duì)WDT_CON0做了一次Modify access后，WDT從REL_2開始計(jì)數(shù)。

計(jì)數(shù)到0xFFFF后WDT就溢出了，觸發(fā)SMU的Timeout的Alarm，這個(gè)Alarm會(huì)觸發(fā)SMU里面的一個(gè)Recovery time進(jìn)行計(jì)數(shù)，Recovery time也timeout后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)SMU的reset。

Password access的條件是LCK為0，ENDINIT為1。WDTxCON0.PW[7:2]寫入當(dāng)前WDTxCON0.PW[7:2]值的反轉(zhuǎn)值，WDTxCON0.PW[15:8]寫入當(dāng)前WDTxCON0.PW[15:8]值，這樣Password access就解鎖了。

如果Password成功以后，就相當(dāng)于這個(gè)寄存器被解鎖了，然后就可以在PW中填入新的Password，REL和ENDINIT也可以寫入新的值，當(dāng)完成Modify access后，這個(gè)寄存器就又被lock住了，如果要改它就需要再來一次password access。

當(dāng)WDT_CON0進(jìn)行了一次Password Access之后WDT的狀態(tài)會(huì)切換為Time-Out mode，也就是說接下來操作這個(gè)寄存器的時(shí)間必須要比較短，就是要在Watchdog Timeout之前完成操作。

Set EndInit的Modify Access動(dòng)作會(huì)設(shè)置WDT_CON0.INIT為1，WDT的Reload timer會(huì)重新Reload一次，也就是和Watchdog的喂狗操作是一樣的。

審核編輯：劉清