MCU復(fù)位和程序啟動(dòng)那些事
大家好，這篇文章轉(zhuǎn)自電源漫談，文章從專業(yè)的角度說(shuō)明了MCU復(fù)位經(jīng)過(guò)的過(guò)程，對(duì)大家學(xué)習(xí)很有幫助。
MCU通常會(huì)在工作之前，先經(jīng)歷復(fù)位和啟動(dòng)的一個(gè)過(guò)程，在用戶使用過(guò)程中往往在這個(gè)階段的工作不是那么的清楚，這里我們就這一話題進(jìn)行一個(gè)討論。
一.MCU的復(fù)位問題
圖1 16bit MCU和dsPIC33復(fù)位源的種類
一般來(lái)說(shuō)，16位MCU包括dsPIC33的復(fù)位源主要包含以上7種，他們都可以對(duì)器件產(chǎn)生復(fù)位的作用，但是細(xì)節(jié)有所不同。
圖2 復(fù)位系統(tǒng)框圖
從復(fù)位系統(tǒng)框圖上看，BOR和POR二者是和VDD電源有關(guān)的兩種，看門狗和外部復(fù)位引腳復(fù)位也是比較常見的復(fù)位類型。
圖3 復(fù)位寄存器RCON
復(fù)位寄存器RCON包含了復(fù)位相關(guān)的狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生復(fù)位時(shí)RCON這個(gè)寄存器就會(huì)更新，以便表征是哪一個(gè)復(fù)位源發(fā)生了復(fù)位。除此之外，這個(gè)寄存器也包含了WDT及低功耗的特性的狀態(tài)信息，所以用戶可以查看這個(gè)寄存器去判斷復(fù)位原因。
圖4 復(fù)位寄存器內(nèi)容1
圖5 復(fù)位寄存器的內(nèi)容2
從圖示注釋中，我們可以看到用戶在軟件中可以對(duì)這些RCON寄存器位置位1，但是這不會(huì)導(dǎo)致器件復(fù)位。
二.復(fù)位和中斷的關(guān)系
圖6 默認(rèn)中斷的復(fù)位
在XC16編譯器中，當(dāng)用戶沒有提供相應(yīng)中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)，會(huì)在中斷向量位置放置一個(gè)軟件復(fù)位中斷指令SWR,這時(shí)如果有一個(gè)意外中斷發(fā)生時(shí)，便觸發(fā)了軟件復(fù)位使得器件復(fù)位。
圖7 默認(rèn)中斷軟件復(fù)位指令說(shuō)明
規(guī)格書中也有說(shuō)明，任何未實(shí)施的或者未使用的中斷向量位置都會(huì)放一個(gè)默認(rèn)中斷處理程序，它包含一條RESET指令。
三．復(fù)位和時(shí)鐘的關(guān)系
當(dāng)器件復(fù)位時(shí)，其時(shí)鐘狀態(tài)是什么？一般來(lái)說(shuō)它是由芯片配置位決定的。
圖8 配置位中的初始復(fù)位時(shí)鐘選擇
圖9 時(shí)鐘Clock Switch模式
當(dāng)器件支持Clock Switch模式時(shí)，初始時(shí)鐘由OSCCON寄存器中的COSC決定，切換后的時(shí)鐘由NOSC決定。
圖9 雙速啟動(dòng)的模式
一般來(lái)說(shuō)，從進(jìn)入復(fù)位到執(zhí)行第一條指令之間的時(shí)間，取決于所使用的振蕩器，當(dāng)使用Primary和Secondary振蕩器時(shí)，由于需要和外部晶振同步，所以需要在RESET時(shí)等待時(shí)間較長(zhǎng)才能穩(wěn)定。如果使用內(nèi)部振蕩器的話，就非常快就可以穩(wěn)定，基于配置位對(duì)時(shí)鐘的選擇，在復(fù)位時(shí)會(huì)等待一定的時(shí)間，最后在出復(fù)位狀態(tài)前達(dá)到時(shí)鐘穩(wěn)定。
雙速啟動(dòng)的含義就是說(shuō)，采用FRC振蕩器快速啟動(dòng)，然后當(dāng)Primary振蕩器達(dá)到穩(wěn)定后再切換為它，這樣可以避免等待外部晶振的同步時(shí)間。
四．復(fù)位和寄存器及變量狀態(tài)的關(guān)系
圖10 復(fù)位時(shí)的寄存器狀態(tài)
外設(shè)的特殊功能寄存器SFR一般存在RAM中，在復(fù)位時(shí)可能會(huì)被改變，在規(guī)格書中會(huì)規(guī)定各個(gè)寄存器SFR在復(fù)位時(shí)的值。當(dāng)這個(gè)值是u時(shí)，就是說(shuō)它在復(fù)位時(shí)是不改變，x就是說(shuō)它在復(fù)位時(shí)的值是不確定的。當(dāng)然，有一些寄存器，在POR和BOR時(shí)會(huì)有不同的值，這個(gè)需要注意一下。
值得注意的各種復(fù)位源中，只有POR會(huì)改變data Memory的內(nèi)容，而其它則不會(huì)改變。
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五．程序啟動(dòng)代碼的執(zhí)行
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一般來(lái)說(shuō)，C編譯器會(huì)在執(zhí)行用戶指令前，調(diào)用一段啟動(dòng)代碼，這段啟動(dòng)代碼會(huì)在結(jié)束復(fù)位時(shí)執(zhí)行，這段啟動(dòng)代碼的目的就是為運(yùn)行用戶C程序而做的系統(tǒng)準(zhǔn)備。典型的啟動(dòng)代碼由編譯器去提供，他們將改變?cè)趶?fù)位后的memory內(nèi)容。
另外，在執(zhí)行啟動(dòng)代碼時(shí)，XC16編譯器會(huì)提供一些前導(dǎo)選項(xiàng)，比如Persistent，允許用戶在執(zhí)行啟動(dòng)代碼時(shí)不改變某些變量。也有一些編譯器會(huì)提供更直接的選項(xiàng)，比如在啟動(dòng)代碼時(shí)，不初始化變量，所以，需要注意編譯器的處理方式。
圖11 程序執(zhí)行過(guò)程
編譯器會(huì)把啟動(dòng)代碼放在0x200的flash地址位置，用戶main程序會(huì)放在啟動(dòng)代碼后，在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，程序PC會(huì)被芯片硬件強(qiáng)制為0，則程序從0x00開始執(zhí)行，在0x00處會(huì)有一個(gè)GOTO指令讓代碼執(zhí)行到0x200部分的啟動(dòng)代碼，這樣就可以跨過(guò)中斷向量的地址范圍。
圖12 程序執(zhí)行過(guò)程說(shuō)明
圖12中清楚的說(shuō)明了代碼的執(zhí)行過(guò)程，main函數(shù)執(zhí)行之前會(huì)有執(zhí)行Start-up代碼的過(guò)程。
六.其它復(fù)位源的討論
圖13 Trap沖突復(fù)位說(shuō)明
當(dāng)系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生hardTrap和Soft Trap時(shí)，則會(huì)發(fā)生Trap沖突復(fù)位，HardTrap主要是優(yōu)先級(jí)在Level13-15之間的地址錯(cuò)誤Trap或者振蕩器錯(cuò)誤Trap等。
圖14 Soft Trap的類別說(shuō)明
諸如DMAC錯(cuò)誤，或者數(shù)學(xué)錯(cuò)誤，或者堆棧錯(cuò)誤等之類的soft Trap發(fā)生時(shí)，由于他們的優(yōu)先級(jí)會(huì)比Hard Trap更高，因此會(huì)觸發(fā)Trap沖突復(fù)位。
圖15 非法指令執(zhí)行復(fù)位
當(dāng)程序嘗試去執(zhí)行非法指令時(shí)，則會(huì)觸發(fā)IOPUWR位標(biāo)志位置位，表示嘗試執(zhí)行非法指令。
比如，用戶在Flash中保存常數(shù)值，那么會(huì)僅僅用低16位的內(nèi)容去保存數(shù)據(jù)，高8位設(shè)置為0x3F,這就是一個(gè)非法指令的示例，這樣就可以避免程序去執(zhí)行這個(gè)非法指令以避免去執(zhí)行保存的數(shù)據(jù)區(qū)域的指令。
另外，W寄存器在復(fù)位時(shí)會(huì)清零，直到它再一次寫進(jìn)去數(shù)據(jù)，如果使用未進(jìn)行初始化的W寄存器作為地址指針，則會(huì)觸發(fā)IOPUWR位置位觸發(fā)復(fù)位。
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總結(jié)，本文對(duì)器件復(fù)位相關(guān)的源進(jìn)行討論，同時(shí)討論和復(fù)位相關(guān)的方面，如寄存器狀態(tài)，時(shí)鐘狀態(tài)，并對(duì)程序啟動(dòng)過(guò)程做一定介紹。
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