單芯片解決方案，開啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個(gè)獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN68和QFN100。

W55MH32Q采用QFN68封裝版本，尺寸為8x8mm，它擁有36個(gè)GPIO、3個(gè)ADC、12通道DMA、17個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、3個(gè)串口、2個(gè)SPI接口（其中1個(gè)帶I2S接口復(fù)用）、1個(gè)CAN以及1個(gè)USB2.0。在保持與同系列其他版本一致的核心性能基礎(chǔ)上，僅減少了部分GPIO以及SDIO接口，其他參數(shù)保持一致，性價(jià)比優(yōu)勢顯著，尤其適合網(wǎng)關(guān)模組等對空間布局要求較高的場景。緊湊的尺寸和精簡化外設(shè)配置，使其能夠在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)交互，成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)等緊湊型設(shè)備的理想選擇。 同系列還有QFN100封裝的W55MH32L版本，該版本擁有更豐富的外設(shè)資源，適用于需要多接口擴(kuò)展的復(fù)雜工控場景，軟件使用方法一致。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開發(fā)者快速上手與深入開發(fā)，基于W55MH32Q這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發(fā)板。開發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發(fā)者全面評估芯片性能。

第九章 窗口看門狗（WWDG）

本章分為如下幾個(gè)小節(jié)：

1 IWDG 簡介

2 IWDG 寄存器描述

3 程序設(shè)計(jì)

4 下載驗(yàn)證

1 WWDG簡介

窗口看門狗通常被用來監(jiān)測，由外部干擾或不可預(yù)見的邏輯條件造成的應(yīng)用程序背離正常的運(yùn)行序列而產(chǎn)生的軟件故障。除非遞減計(jì)數(shù)器的值在 T6 位變成 0 前被刷新，看門狗電路在達(dá)到預(yù)置的時(shí)間周期時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè) MCU 復(fù)位。在遞減計(jì)數(shù)器達(dá)到窗口寄存器數(shù)值之前，如果 7 位的遞減計(jì)數(shù)器數(shù)值(在控制寄存器中)被刷新，那么也將產(chǎn)生一個(gè) MCU 復(fù)位。這表明遞減計(jì)數(shù)器需要在一個(gè)有限的時(shí)間窗口中被刷新。

1.1 WWDG主要特性

?可編程的自由運(yùn)行遞減計(jì)數(shù)器

?條件復(fù)位

······當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器的值小于 0x40，(若看門狗被啟動(dòng))則產(chǎn)生復(fù)位。

······當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器在窗口外被重新裝載，(若看門狗被啟動(dòng))則產(chǎn)生復(fù)位。

?如果啟動(dòng)了看門狗并且允許中斷，當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器等于 0x40 時(shí)產(chǎn)生早期喚醒中斷(EWI)，它可以被用于重裝載計(jì)數(shù)器以避免 WWDG 復(fù)位。

1.2 WWDG功能描述

如果看門狗被啟動(dòng)(WWDG_CR 寄存器中的 WDGA 位被置'1')，并且當(dāng) 7 位(T[6:0])遞減計(jì)數(shù)器從0x40 翻轉(zhuǎn)到 0x3F(T6 位清零)時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位。如果軟件在計(jì)數(shù)器值大于窗口寄存器中的數(shù)值時(shí)重新裝載計(jì)數(shù)器，將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位。

看門狗框圖

應(yīng)用程序在正常運(yùn)行過程中必須定期地寫入 WWDG_CR 寄存器以防止 MCU 發(fā)生復(fù)位。只有當(dāng)計(jì)數(shù)器值小于窗口寄存器的值時(shí)，才能進(jìn)行寫操作。儲存在 WWDG_CR 寄存器中的數(shù)值必須在 0xFF 和0xC0 之間：

• ?啟動(dòng)看門狗

在系統(tǒng)復(fù)位后，看門狗總是處于關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)置 WWDG_CR 寄存器的 WDGA 位能夠開啟看門狗，隨后它不能再被關(guān)閉，除非發(fā)生復(fù)位。

• ?控制遞減計(jì)數(shù)器

遞減計(jì)數(shù)器處于自由運(yùn)行狀態(tài)，即使看門狗被禁止，遞減計(jì)數(shù)器仍繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)看門狗被啟用時(shí)，T6 位必須被設(shè)置，以防止立即產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位。T[5:0]位包含了看門狗產(chǎn)生復(fù)位之前的計(jì)時(shí)數(shù)目；復(fù)位前的延時(shí)時(shí)間在一個(gè)最小值和一個(gè)最大值之間變化，這是因?yàn)閷懭?WWDG_CR 寄存器時(shí)，預(yù)分頻值是未知的。配置寄存器(WWDG_CFR)中包含窗口的上限值：要避免產(chǎn)生復(fù)位，遞減計(jì)數(shù)器必須在其值小于窗口寄存器的數(shù)值并且大于 0x3F 時(shí)被重新裝載，0 描述了窗口寄存器的工作過程。另一個(gè)重裝載計(jì)數(shù)器的方法是利用早期喚醒中斷(EWI)。設(shè)置 WWDG_CFR 寄存器中的 WEI 位開啟該中斷。當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器到達(dá) 0x40 時(shí)，則產(chǎn)生此中斷，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序(ISR)可以用 來加載計(jì)數(shù)器以防止 WWDG 復(fù)位。在 WWDG_SR 寄存器中寫'0'可以清除該中斷。

注： 可以用 T6 位產(chǎn)生一個(gè)軟件復(fù)位(設(shè)置 WDGA 位為'1'，T6 位為'0')。

1.3 如何編寫看門狗超時(shí)程序

可以使用 0 提供的公式計(jì)算窗口看門狗的超時(shí)時(shí)間。

警告：當(dāng)寫入 WWDG_CR 寄存器時(shí)，始終置 T6 位為'1'以避免立即產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位。

窗口看門狗時(shí)序圖

1.4 調(diào)試模式

當(dāng)微控制器進(jìn)入調(diào)試模式時(shí)(Cortex-M3 核心停止)，根據(jù)調(diào)試模塊中的 DBG_WWDG_STOP 配置位的狀態(tài)，WWDG 的計(jì)數(shù)器能夠繼續(xù)工作或停止。

2 寄存器描述

可以用半字(16 位)或字(32 位)的方式操作這些外設(shè)寄存器。

2.1 控制寄存器(WWDG_CR)

地址偏移量：0x00

復(fù)位值：0x0000 007F

2.2 配置寄存器(WWDG_CFR)

地址偏移量：0x04

復(fù)位值：0x0000 007F

2.3 狀態(tài)寄存器(WWDG_SR)

地址偏移量：0x08

復(fù)位值：0x0000 0000

2.4 WWDG寄存器映像

WWDG 寄存器映像和復(fù)位值

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 WWDG_Int例程

這段代碼是基于 W55MH32 微控制器編寫的，主要用于演示窗口看門狗（WWDG）的中斷喂狗功能。窗口看門狗是一種特殊的看門狗，它有一個(gè)上窗口值和下窗口值，只有在計(jì)數(shù)器的值處于這兩個(gè)窗口值之間時(shí)喂狗才有效。該程序通過配置窗口看門狗和中斷，在窗口看門狗產(chǎn)生中斷時(shí)進(jìn)行喂狗操作，以防止系統(tǒng)復(fù)位。

1. 系統(tǒng)啟動(dòng)階段

系統(tǒng)上電或復(fù)位后，程序開始執(zhí)行。首先會(huì)初始化各種外設(shè)和窗口看門狗，然后通過串口輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息和提示信息。

2.正常運(yùn)行階段

// 窗口看門狗配置（在main函數(shù)中）
WWDG_SetPrescaler(WWDG_Prescaler_8);      // 設(shè)置預(yù)分頻值
WWDG_SetWindowValue(0x5F);                // 設(shè)置窗口上限值
WWDG_Enable(0x7f);                        // 使能看門狗并設(shè)置初始值

// 中斷配置
WWDG_ClearFlag();                         // 清除早期喚醒中斷標(biāo)志
NVIC_Configuration();                     // 配置NVIC中斷優(yōu)先級
WWDG_EnableIT();                          // 使能窗口看門狗中斷

// 窗口看門狗中斷處理函數(shù)
void WWDG_IRQHandler(void)
{
    WWDG_SetCounter(0x7f);                // 重置計(jì)數(shù)器值為0x7F（喂狗操作）
    WWDG_ClearFlag();                     // 清除中斷標(biāo)志
    printf("[WWDG] Feed dog! Counter reset to 0x7Fn"); 
}

窗口看門狗開始工作，計(jì)數(shù)器從初始值 0x7F 開始遞減。

當(dāng)計(jì)數(shù)器的值遞減到窗口值 0x5F 時(shí)，會(huì)觸發(fā)窗口看門狗中斷，進(jìn)入中斷處理函數(shù)WWDG_IRQHandler()。

在中斷處理函數(shù)中，計(jì)數(shù)器被重置為 0x7F，中斷標(biāo)志位被清除，然后繼續(xù)正常運(yùn)行。

只要中斷處理函數(shù)能夠及時(shí)響應(yīng)并進(jìn)行喂狗操作，系統(tǒng)將不會(huì)因?yàn)榇翱诳撮T狗超時(shí)而復(fù)位，會(huì)一直保持正常運(yùn)行狀態(tài)。

3. 異常情況

如果由于某種原因（如中斷處理函數(shù)被阻塞、系統(tǒng)死機(jī)等）導(dǎo)致中斷處理函數(shù)不能及時(shí)響應(yīng)，計(jì)數(shù)器會(huì)繼續(xù)遞減到 0，此時(shí)窗口看門狗會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號，使系統(tǒng)重新啟動(dòng)，再次輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息和提示信息。

3.1.1 下載驗(yàn)證

在燒錄完成后，串口會(huì)輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息及“WWDG Int Test.”和“Interrupt Feed Dog”提示，窗口看門狗會(huì)周期性觸發(fā)中斷，在中斷處理函數(shù)中重新設(shè)置計(jì)數(shù)器和清除標(biāo)志以防止系統(tǒng)復(fù)位，而主函數(shù)進(jìn)入無限循環(huán)，無其他明顯現(xiàn)象。

3.2 WWDG_Reset例程

此程序是基于 W55MH32 單片機(jī)開發(fā)的，其主要目的是開展窗口看門狗（WWDG）的復(fù)位測試，同時(shí)配置了串口通信用于輸出系統(tǒng)信息。

1.主函數(shù)main()

RCC_ClocksTypeDef clocks;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE);
    delay_init();
    UART_Configuration(115200);
    RCC_GetClocksFreq(&clocks);

    printf("n");
    printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn",
           (float)clocks.SYSCLK_Frequency / 1000000, (float)clocks.HCLK_Frequency / 1000000,
           (float)clocks.PCLK1_Frequency / 1000000, (float)clocks.PCLK2_Frequency / 1000000, (float)clocks.ADCCLK_Frequency / 1000000);

    printf("WWDG Reset Test.n");

    WWDG_SetPrescaler(WWDG_Prescaler_8);
    WWDG_SetWindowValue(0x5F);
    WWDG_Enable(0x7f);

定義了RCC_ClocksTypeDef類型的變量clocks，用于存儲系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息。

使能窗口看門狗（WWDG）的時(shí)鐘。

調(diào)用delay_init函數(shù)進(jìn)行延時(shí)初始化。

調(diào)用UART_Configuration()函數(shù)，以 115200 的波特率配置串口。

獲取系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，并通過printf函數(shù)將系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息打印輸出。

打印 “WWDG Reset Test.” 信息。

對窗口看門狗進(jìn)行配置，設(shè)置預(yù)分頻器和窗口值，然后使能窗口看門狗。

進(jìn)入無限循環(huán)。

2. 串口配置函數(shù)UART_Configuration()

定義了GPIO_InitTypeDef和USART_InitTypeDef類型的結(jié)構(gòu)體變量。

使能USART1和GPIOA的時(shí)鐘。

對GPIOA的引腳 9 進(jìn)行配置，使其作為USART1的發(fā)送引腳（復(fù)用推挽輸出）。

對GPIOA的引腳 10 進(jìn)行配置，使其作為USART1的接收引腳（浮空輸入）。

對USART1進(jìn)行配置，設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位、硬件流控制和工作模式。

使能USART1。

3. 獲取串口數(shù)據(jù)函數(shù)GetCmd()

定義了一個(gè)無符號 8 位整型變量tmp。

檢查USART1的接收緩沖區(qū)是否非空，如果非空則讀取接收到的數(shù)據(jù)并賦值給tmp。

返回接收到的數(shù)據(jù)。

uint8_t GetCmd(void)
{
    uint8_t tmp = 0;

    if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE))
    {
        tmp = USART_ReceiveData(USART1);
    }
    return tmp;
}

4. 串口發(fā)送字符函數(shù)SER_PutChar()

等待USART_TEST的發(fā)送完成標(biāo)志位被置位。

發(fā)送一個(gè)字符到USART_TEST。

返回發(fā)送的字符。

5. 標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向函數(shù)fputc()

若要輸出的字符是換行符n，則先發(fā)送回車符r。

調(diào)用SER_PutChar函數(shù)發(fā)送字符。

返回發(fā)送的字符。

3.2.1 下載驗(yàn)證

1. 正常下載情況

?串口輸出信息：程序下載到單片機(jī)后，若一切正常，通過串口調(diào)試助手可以看到系統(tǒng)時(shí)鐘信息以及 WWDG Reset Test. 提示信息。

?窗口看門狗復(fù)位：由于程序中沒有對窗口看門狗進(jìn)行喂狗操作，窗口看門狗計(jì)數(shù)器會(huì)不斷遞減。當(dāng)計(jì)數(shù)器值減到 0x3F 以下時(shí)，單片機(jī)就會(huì)復(fù)位，然后重新開始執(zhí)行程序，串口會(huì)再次輸出系統(tǒng)時(shí)鐘信息和提示信息。

審核編輯 黃宇