简析TC3xx Rest/Clock/Watch模块

mizhongquan

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。

loohoolinda

尊敬的读者，关于TC3xx MCU的复位系统（Reset），时钟系统（Clock）和看门狗模块（Watch）简要分析如下：

复位系统涉及不同类型的复位，如电源复位（PORST）等，确保系统稳定启动。时钟系统关注时钟源选择、PLL倍频配置和时钟分发，为MCU各模块提供准确时间基准。看门狗模块用于监控程序运行，防止死锁或异常。其中，PORST信号在MCU上电过程中作为输出，完成后转为输入，用于检测系统状态。ESR0与PO信号相互作用，确保系统正常运作。这些模块协同工作，确保MCU的可靠运行。

落叶纷飞

作为汽车工程师，对TC3xx MCU的Rest/Clock/Watch模块有深入了解。文中简述了MCU的复位系统、时钟系统和看门狗模块。关于复位系统，各类复位类型确保了系统的稳定性和可靠性。时钟系统涉及时钟源选择、PLL倍频配置和时钟分发，为MCU提供精准时间基准。看门狗模块关乎系统监控和复位触发，确保系统正常运行。对于POST信号，在MCU上电过程中，它是输出引脚；完成上电后，转为输入引脚。ESR0与PO的关系在于它们都是确保系统正常运行的关键信号，共同维护系统的稳定性和安全性。

zy_wawj

作为汽车工程师，对于您描述的TC3xx MCU中的Rest/Clock/Watch模块深有体会。其中Reset系统包括不同类型的复位机制，这些复位类型在MCU出现异常或需要重置时起到关键作用。时钟系统对于MCU的运行至关重要，其涵盖了时钟源选择、PLL倍频配置和时钟分发等内容，确保MCU的稳定运行和性能发挥。至于看门狗模块，它是MCU的监控机制，能够检测并处理异常情况，确保系统正常运行。关于POST信号和PORST引脚的功能转换，这是MCU在上电过程中的重要环节，确保MCU从启动到正常运行过程的顺利过渡。针对ESR0受PO的影响，需要进一步分析具体的应用场景和电路设计来确定其影响程度和解决方案。总之，这些模块的设计和调试需要专业的知识和经验，以确保MCU的稳定性和可靠性。

lichengwan

作为汽车工程师，对TC3xx MCU的Rest/Clock/Watch模块有深入了解。此文中简要概述了MCU的复位系统、时钟系统和看门狗模块。复位系统涉及多种复位类型，确保系统稳定启动；时钟系统关乎时钟源选择、PLL配置和时钟分发，为MCU提供精准时间基准；看门狗模块用于监控MCU运行，防止死机。关于POST信号，它是MCU上电过程中的重要信号，上电时作为输出引脚，完成上电后变为输入引脚。ESR0受PO（电源就绪）信号控制，确保在电源稳定时MCU才能正常操作。整体而言，这些模块协同工作，确保MCU的可靠运行。

huangguang

尊敬的读者，关于上述帖子的回复如下：

TC3xx MCU的复位系统（Reset）包含多种复位类型，确保系统在各种异常情况下都能恢复正常工作状态。其中，上电复位（PORST）是一个关键过程，它在MCU上电时启动，确保系统从初始状态开始运行。在复位过程中，MCU的输出引脚作为PORST信号，完成上电后则转变为输入引脚。看门狗模块（Watchdog）作为系统监控和保护机制，负责监控CPU运行状况，在异常情况下触发复位操作。对于您提到的ESR0与PO之间的交互，简要地说，ESR0是在特定条件下通过PO控制的一种复位响应。理解了这些基本模块和信号的工作机制，将有助于我们更好地理解和运用TC3xx MCU。希望以上分析对您有帮助。