《ESP32-S3使用指南—IDF版 V1.6》第十六章 WATCH_DOG实验

第十六章 WATCH_DOG实验

1）实验平台：正点原子DNESP32S3开发板

2）章节摘自【正点原子】ESP32-S3使用指南—IDF版 V1.6

3）购买链接：https://detail.tmall.com/item.htm?&id=768499342659

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/esp32/ATK-DNESP32S3.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子DNESP32S3开发板技术交流群：132780729

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

/* 引脚定义 */
#define BOOT_INT_GPIO_PIN   GPIO_NUM_0
/*IO操作*/
#define BOOT               gpio_get_level(BOOT_INT_GPIO_PIN)
/* 函数声明 */
void exit_init(void);   /* 外部中断初始化程序 */

2，wdt.c文件

/**
*@brief       初始化任务看门狗计时器
*@param       tps: 定时器周期
*/
voidesptim_int_init(uint64_t tps)
{
   esp_timer_handle_t esp_tim_handle;                     /* 定时器回调函数句柄 */
    /* 定义一个定时器结构体 */
   esp_timer_create_args_t tim_periodic_arg = {
       .callback = &esptim_callback,                      /* 设置回调函数 */
       .arg = NULL,                                       /* 不携带参数 */
    };
   esp_timer_create(&tim_periodic_arg, &esp_tim_handle);  /* 创建一个事件 */
esp_timer_start_periodic(esp_tim_handle, tps);          /* 每周期内触发一次 */
}
/**
*@brief       重新启动当前运行的计时器
*@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，
故而设置超时时间为1s，则需要转换为微妙（μs），
即timeout = 1s= 1000000μs
*@retval      无
*/
voidrestart_timer(uint64_t timeout)
{
/* 重新启动当前运行的计时器，用以模拟喂狗过程 */
   esp_timer_restart(esp_tim_handle, timeout);
}
/**
*@brief       看门狗回调函数
*@param       arg: 无参数传入
*@retval      无
*/
void IRAM_ATTRwdt_isr_handler(void *arg)
{
   esp_restart();  /* 若没有及时进行喂狗，那么芯片将一直进行复位 */
}

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：

set(src_dirs           
           KEY
            LED
           WDT)
set(include_dirs
           KEY
            LED
           WDT)
set(requires
           driver
esp_timer)
idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs}
INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)

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。

/**
*@brief       程序入口
*@param       无
*@retval      无
*/
void app_main(void)
{
   esp_err_t rets;
   
    ret=nvs_flash_init();              /* 初始化NVS */
if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||
        ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
    {
       ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
       ret =nvs_flash_init();
    }
   
   led_init();                         /* 初始化LED */
   key_init();                             /* 初始化按键 */
   wdt_init(1000000);                    /* 初始化定时器 */
    LED(0);                              /* LED灯常亮 */
    while (1)
    {
       if (key_scan(0) == BOOT_PRES)    /* 如果BOOT按下则喂狗 */
       {
           restart_timer(1000000);       /* 喂狗 */
       }
       vTaskDelay(10);                    /* LED闪烁 */
    }
}

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。