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

/* 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
 */
void esptim_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
 */
void restart_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_ATTR wdt_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 、 W DT 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 L ED 在不断闪烁，此时的 ESP32-S3 芯片处于一直复位状态。接着在 w hile 循环中重复判断 B OOT 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。