一文简析TC3xx Rest/Clock/Watch模块

前言

本文包括TC3xx MCU的复位系统，时钟系统和看门狗模块三部分内容。在复位系统部分主要介绍了各种复位类型。在时钟系统部分主要介绍时钟源选择，PLL倍频配置，时钟分发等内容。在看门狗模块部分主要介绍了开门狗复位的触发路径，看门狗模块的工作原理，CPU EndInit/Safe EndInit的实现原理等内容。

1.Reset

POST这个信号对于MCU来说是双向的，也就是说在上电过程中PORST是MCU的输出引脚，在完成上电过程后，PORST是MCU的输入引脚。ESR0是受PORST控制的，PORST输出低电平的时候，ESR0也会输出低电平。

从POST引脚引起的reset就叫Warm Power On Reset，Cold PORST复位的范围最大，基本上MCU所有的模块都会Reset。

刚上电的时候，MCU的电压是从0往上升的，所以刚开始的时候MCU处于一个under voltage的状态，MCU主要监控VEXT, VDDP3, VDD三个输入电源，在刚开始的时候只要这三个电源有一个处于under voltage状态，或门（OR）就会输出点平导通MOS管，PORST就会被拉低到地。

所以在电源上升的过程中这三个电源有一个处于LBD Reset Hold（电源监控阈值）以下，MOS管就会被导通，PORST就会被一直拉低到地（输出状态，输出低电平）。

电压起来后（大于监控阈值），MOS管关断，PORST变为输入状态，如果PORST外接了一个IC或者复位按钮给了一个低电平，也会对MCU产生Reset（Warm Power On Reset）。

电压没起来前的Reset叫做Cold Power On Reset。

System or Application Reset包含的种类比较多：

1）Software reset

2）来自于SMU的reset

3）来自ESR0的复位请求

一些模块可以单独Reset（SW Module reset，Debug Reset）。

复位原因寄存器

STM0-STM5代码STM compare match造成的Reset

EVRC, EVR33,SWD代表三个低电压引起的Reset

STBYR表示Standby regulator的under voltage detect

正常情况下Reset后这个寄存器的值应该是0x10010000，也就是PORS和STBYR会被置位。

Reset status register中的关于cold power on reset的Flag需要软件清除（RSTCON2.CLRC），不然就会一直为1 。

第四种的cold reset原因是：EVR previous regulator的输出/standby supply电压小于1.13V。

Warm power on reset就是在POST变为输入状态后，外部对POST产生一个低电平引起的复位（RAM数据是可以保持的）。

POSR和ESR0的复位时序：首先在POST(Input)上产生一个下降沿的负脉冲，通过MCU内部的一些逻辑电路产生延迟后ESR0被拉低，MCU内部的一些模块和电路（Pads/Port Reset）就会被Reset，在ESR0被拉下来以后，CPUx核、Peripheral、Flash、Clock就会发生复位，这些模块复位后ESR0就会被释放掉，从0变成1，从这个点开始，MCU的Firmware（Boot rom）开始执行（Execution）。

对于ESR0我们也可以配置一个ESR0的delay，当ESR0的delay大于Boot rom的执行时间后，Boot rom执行完准备跳转到User code前会去检测ESR0是不是被拉低，如果没有被拉低的话，就会等待ESR0被拉低后再跳转到User code。

2.Clock system

时钟选择部分：外部晶振接入作为MCU的source clock，SYSCLK这个Pin脚信号输入作为MCU的source clock，也可以使用fback这个100MHz的片内时钟作为source clock。

倍频PLL部分：在TC3xx里面有两个PLL:

1）System_PLL主要是倍频后给MCU的内核提供时钟。

2）Peripheral_PLL主要是倍频后通过一些分频给外设提供时钟。

时钟分配（Distribution）部分：System_PLL产生倍频时钟fPLL0，Peripheral_PLL产生倍频时钟fPLL1和fPLL2，他们通过Clock Distribution

后通过时钟分频器可以产生各种各样的时钟频率供外设使用。

TC3xx有两种内部晶振：

1）100MHz的 Back-up Clock

2）70MHz的 Standby Clock，精度比较低，给SCR提供时钟。

EXTCLK0和EXTCLK1可以配置输出上面各种时钟用来观测。

一般我们选择20MHz或者25MHz的外部晶振输入，通过System_PLL倍频后产生一个300MHz的fPLL0，fPLL0一般直接输出300MHz给CPU各个内核提供时钟。通过Peripheral_PLL产生160MHz的fPLL1和200MHz的fPLL2，再通过分配给各种外设提供时钟。

fsource0，fsource1，fsource2就是fPLL0，fPLL1，fPLL2通过各种xxxDIV分屏器产生时钟给各个模块使用，一般fCPUx是300MHz，fGETH为150MHz。

Note:fMCANH是给CAN模块的寄存器和RAM操作提供时钟的，fMCAN是给CAN波特率产生提供时钟的。

fSRI通过分频产生fCPUx给CPU提供时钟，三个CPU的时钟可以不同，CPU时钟的改变不会影响其他外设时钟。

但是注意系统时钟频率的改变会使得系统电流发生改变，影响系统的稳定性。

外接晶振有两种模式可以选择：

1）External Input Mode，这种模式下只需要用到输入的XTAL1就行了（XTAL2不需要），也就是在这种模式下需要接一个有源晶振。

2）External Crystal Mode，这种模式下XTAl1和XTAL2都会用到，外部接的无源晶振。

外部晶振频率范围是16MHz到40MHz。

在TC3xx里面还有有load capacitor（负载电容），也就是晶振的负载电容可以不用外部接，可以通过配置寄存器使用内部负载电容。

Oscillator Watchdog

在System_PLL里面有一块电路叫Oscillator Watchdog，这块电路主要用来检测输入的晶振在一定的范围里面。它的检测方法是通过内部的100MHz的fBAK通过1/40分频产生一个2.5MHz的Reference Clock，以这个Reference Clock对fosc经过1/(OSCVAL+1)分频后的时钟进行Monitor，如果对比后在一个Tolerance range范围外的话，就会置位OSCCON.PLLHV或者OSCCON.PLLLV两个寄存器位域。

。

一般都是使用外部20MHz的输入晶振以及分频/倍频参数来参数CPU和外设时钟。

PLL配置流程：

1）使能使用外部晶振

2）Clock Control Unit的Input Clock选择fBAK，Clock Control Unit已经属于Clock Distribution了，没有选择fPLL而是选择fBAK作为它的输入时钟，所以这个时候CPU和Peripheral都是基于fBACK的。

3）选择fosc作为PLL的输入时钟。

4）设置一个初始的PLL配置参数，比如我们先把System_PLL倍频到100MHz，Peripheral_PLL可以直接倍频到最终频率，比如Peripheral_PLL1到320MHz，Peripheral_PLL2到200MHz。

5）设置分频寄存器。

6）把Clock Control Unit的Input Clock选择从fBAK切换到PLL。

7）System_PLL也就是fPLL0慢慢从100MHz倍频到300MHz，是的系统的电流平稳上升。

CPU时钟慢慢倍频上去，让电流的变化平滑上升。

3.Watchdog

TC3xx芯片的Watchdog在SCU模块里面，Watchdog分为两种，一种是CPU Watchdog，一种是Safety Watchdog，每一个CPU都有自己的CPU Watchdog。

每个Watchdog有三个Register，WDTxCon0，WDTxCon1，WDTxSR。

Watchdog一般情况下如果Watchdog time溢出了就会产生一个watch dog reset，在TC3xx中Watchdog的Timeout并不会直接触发Reset，而是经过配置SMU后会触发SMU里面的一个Recovery Timer启动，Recovery Timer的Timeout时间可以配置，单Recovery Timerout后就会产生一个Alarm，如果这个Alarm配置为Reset信号的话，就会触发Reset。

EndInit的保护有三种：

1)“CE”保护，只有把每一个CPU的ENDINIT设为0后，这个CPU的critical registers保护才被解除（可写）。

2)“E”保护，任意一个CPU的ENDINIT设为0后，所有CPU的system critical registers保护就解除了。

3)“SE”保护，Safety Watchdog的ENDINIT设为0后，Safety EndInit的保护就解除了。

ENDINIT设置为0的操作，需要一套较为复杂的操作序列。

ENDINIT置为0需要一段时间，只有等到ENDINIT真的为0后才能执行往下的操作，不然可能会产生异常。

EICON0和SEICON0是两个Global的ENDINIT保护寄存器，如果不想改变Watchdog CPUx或者Safety Watchdog的ENDINIT值，但是又想解除保护，就可以使用Global的EICON0和SEICON0（前提是EndInit的保护等级是“E”或者“SE”）。

对于保护等级为“E”或者“SE”的寄存器，在操作它之前需要先解除EndInit保护。

fsys类似fspb，类似于外设总线频率。

复位以后CPU的Watchdog默认是处在Time-Out Mode下的，WDT在Time-Out Mode下就会从0xFFFC开始往上计数，如果计数到0xFFFF就会溢出，如果在计数到0xFFFF之前对WDT_CON0进行了password access后对WDT_CON0进行了Modify access，重新对WDT进了reload value到REL_1值（写寄存器前ENDINIT值改为1了，也就是先要介绍ENDINIT保护），这样WDT从Time-Out模式切换到了Normal Mode，这个时候WDT开始从REL_1值晚上计数。

Note: 后面会介绍password access和Modify access

在上图中的3）的地方对WDT_CON0进行了password access，WDT就会切换到Time-Out Mode，WDT又从0xFFFC开始计数，如果在4）这个点，又对WDT_CON0做了password access就会切换WDT到Normal Mode，同时对WDT_CON0做了一次Modify access后，WDT从REL_2开始计数。

计数到0xFFFF后WDT就溢出了，触发SMU的Timeout的Alarm，这个Alarm会触发SMU里面的一个Recovery time进行计数，Recovery time也timeout后就会产生一个SMU的reset。

Password access的条件是LCK为0，ENDINIT为1。WDTxCON0.PW[7:2]写入当前WDTxCON0.PW[7:2]值的反转值，WDTxCON0.PW[15:8]写入当前WDTxCON0.PW[15:8]值，这样Password access就解锁了。

如果Password成功以后，就相当于这个寄存器被解锁了，然后就可以在PW中填入新的Password，REL和ENDINIT也可以写入新的值，当完成Modify access后，这个寄存器就又被lock住了，如果要改它就需要再来一次password access。

当WDT_CON0进行了一次Password Access之后WDT的状态会切换为Time-Out mode，也就是说接下来操作这个寄存器的时间必须要比较短，就是要在Watchdog Timeout之前完成操作。

Set EndInit的Modify Access动作会设置WDT_CON0.INIT为1，WDT的Reload timer会重新Reload一次，也就是和Watchdog的喂狗操作是一样的。

审核编辑：刘清