İşlemciler

Independent watchdog (IWDG)

STM32L051 işlemcisinde bulunan Independent watchdog özelliğini inceleyeceğiz.

         Bu yazımızda bir problemin oluşması durumunda veya zaman aşımı uygulamaları için kullanılan bu özelliği inceleyeceğiz.

Yazılım hatasından kaynaklanan arızaları çözmek için kullanılır.

•  Zaman aşımı oluştuğunda sistem reset’i oluşturur.
•  Ana clock sinyali bir hatadan dolayı dursa bile her zaman aktiftir.
•  Bir kez aktif edilmiş ise kapatılamaz sadece tekrar yenilenmek zorundadır. Yani timeout sayacını sıfırlamak gerekir.

Uygulama avantajları:

•           Ana uygulama dışında tamamen bağımsız bir işlemdir.
•           Donanım veya yazılım ile başlatılabilir.
•           Standby modunda veya stop modunda low-power olarak dondurabilir.

       Yazılım hatasından kaynaklanan sorunları tespit etmek için ve çözmek için kullanılır. Sayıcı zaman aşımı değerine ulaştığında bir reset sırasını tetikler. Saat bağımsız bir 37 kHz düşük hızlı dahili RC osilatöre (LSI RC) sahip olduğundan, ana clock başarısız olsa bile watchdog aktif kalır. Bir kez aktif edildiğinde sadece bir reset ile pasif edilebilir.

       Uygulamalar için en önemli yararlarından birisi, ana clock’dan bağımsız çalışabilme yeteneğidir. Ayrıca, IWDG, isteğe bağlı baytları kullanarak donanım veya yazılım aracılığıyla yapılandırılabilir. Stop mod veya Standby süresince IWDG sayacı dondurulabilir.

IWDG ana özellikleri:

•           12-bit bağımsız çalışan downcounter
•           Bağımsız RC osilatörden Saat sinyali (LSI)
•           Koşullu Reset ( watchdog aktif ise)
• Downcounter değeri 0x000’a geldiğinde
• Downcounter sayacı window dışında tekrar yüklendiğinde ( window opsiyonu seçili ise)

       IWDG 12-bit bağımsız çalışan bir downcounter sayacına sahiptir. 37-kHz olan dahili bir low-speed osilatörden saat sinyalini alır. 

       IWDG ne zaman aktif edilir ise, downcounter sayacı sıfır gittiğinde veya downcounter window dışında tekrar yüklendiğinde (bu opsiyon aktif ise) reset sinyali oluşturulur.

        IWDG register’ları CORE voltajının bulunduğu alana yerleştirilmiştir. Bu mimari kullanılarak IWDG özelliği Stop ve Standby modlarında kullanılabilmektedir. LSI osilatör frekansı 8-bit prescaler ile bölünerek kullanılmaktadır.

        IWDG başlatıldığında 12-bit sayaç reset değeri olan 0xFFF’den aşağı doğru saymaya başlar. IWDG sayacını yenilemek için Anahtar değer olarak 0xAAAA Key register içerisine yazılarak sayacın terkrar geri yüklenmesi gerekmektedir. Yani bu anahtar girilmeden sayaç temizlenemez. Yazılım içerisinde yanlışlıkla bu sayacın temizlenmesi imkânsızdır.

         Downcounter sayaç değeri(0x000) olduğunda bir sistem reset sinyali üretilir.

        Window opsiyonu aktif edilmiş ise, sayaç window içerisinde yenilenmek zorundadır. Window dışında yenilenir ise bir sistem reset sinyali oluşturulur ve sistem resetlenir.

IWDG donanımı cihazın opsiyon byte’ları ile aktif edilir. Aktif edildi ise, watchdog power on durumunda otomatik olarak başlatılır.

        Herhangi bir reset’lenmeyi önlemek için Key register sayaç 0 değerine ulaşmadan önce veya window’da (bu opsiyon aktif ise) düzenli aralıklarla yenilenmelidir. IWDG yazılımda başlatılması birkaç adımda yapılandırılır.

•           İlk adım watchdog’un başlatılması için Key register’a 0x0000 CCCC yazılır.
•           Daha sonra IWDG register koruması 0x0000 5555 yazılarak kaldırılır.
•           IWDG prescaler IWDG_PR register üzerinden ayarlanır.
•           Watchdog sayacı IWDG_RLR reload register üzerinden başlangıç değeri ayarlanır.

       Önceki kayıtlara eriştikten sonra kayıtların güncellendiğini onaylamak için IWDG_SR bitinin sıfırlanmasını beklemek gereklidir.

•          İki seçim mevcuttur. IWDG window opsiyonu aktif etmek veya pasif etmek.
•        IWDG_WINR register içerisine window değeri yazılarak window opsiyon aktif edilir.
•         Diğeri, Key register içerisine 0x0000 AAAA yazılarak window opsiyonu pasif edilir.

       IWDG zaman tabanı LSI saatinden 37kHz'de beslenir. IWDG_PR prescaler register LSI saat frekansını 4’den 256’ye kadar bölebilir. Watchdog sayacı tekrar yükleme değeri 12-bit olarak IWDG_RLR register içerisine yazılabilir.

        IWDG zaman aşımını belirlemek için bir formül kullanılabilir. IWDG zamanı seçilen watchdog sayıcısının geri yükleme değerinin yanı sıra LSI periyoduna ve prescaler değerine bağlıdır. Parametre limitleri göz önüne alındığında, IWDG zaman aşımı değeri :

37kHz / 4(prescaler) = 9,25ms * 4095(reload value) = 37,8 saniye

37kHz / 256(prescaler) = 144,5us * 1(reload value)  = 144,5 us

arasında olabilir.

       IWDG çevrebirimi tarafından bir reset sinyali oluşturulduktan sonra, RCC_CSR register içerisinde yer alan IWDGRSTF bayrağı işlemcinin hangi sebepten reset’lendiğini anlamak için set edilir.

       Mikro kontrolör Debug moda girdiğinde, IWDG sayacı DBG modülündeki DBG_IWDG_STOP bit’inin değerine bağlı olarak normal çalışmaya devam eder veya durur.

       IWDG, beslemenin kapalı olduğu durum olan Shutdown modu hariç tüm çalıştırma ve düşük güç modlarında etkin olabilir. Bununla birlikte, Stop0, Stop1, Stop2 ve Bekleme modlarında, watchdog sayacı FLASH_OPTR register’ın ilgili bitleri programlanarak dondurulabilir.

       Şimdi bunu STM32CubeMx ve Atollic IDE kullanarak uygulayalım ve sonuçlara bakalım.

Öncelikle CubeMx’de projemizi adım adım oluşturalım.

      Resimde görüldüğü gibi “New Project” kısmına basalım.

      Çıkan listeden kullanacağımız işlemciyi seçelim. Ben STM32L051K8T6 kullanacağım için yukarıdaki resimde de görüldüğü üzere bu işlemciyi seçip “OK” butonuna basıyoruz.

       Projemiz için ana ekran yukarıdaki şekilde geldi.

       Öncelikle Atollic programında debug yapabilmek için yukarıda görüldüğüü gibi “Peripherals” sekmesinin altında yer alan “SYS” sekmesinin altındaki “Debug Serial Wire” seçeneğini seçiyoruz. Bu seçimi yapmadan proje oluşturduğumuzda Atollic programı debug yapmamıza izin vermeyecektir.

       Daha sonra “Peripherals” sekmesinin altında bulunan “IWDG” sekmesinden  “Activated” kısmını işaretleyerek Independent Watchdog özelliğini aktif hale getiriyoruz.

       Daha sonra “Clock Configuration” kısmına gelip HCLK değerini 32MHz olarak değiştirip Enter tuşuna basıyoruz. Böylece sistem clock frekansımızı 32MHz olarak ayarlamış oluyoruz.

         Resimde de görüleceği üzere IWDG clock kaynağı 37kHz’dir. İncelemelerim sonucunda her işlemci ailesinde bu değer farklılıklar göstermektedir.

       Şimdi de LED’lerimizin bağlı olduğu pinleri ayarlayalım.

       Kırmızı LED’imizi PB7 pinine , yeşil LED’imizi de PB6 pinine bağlayalım. Pin üzerine gelerek sağ tuş ile açılan menüden “Enter User Label” seçeneğini seçerek LED’lerin isimlerini tek tek girelim.

      Daha sonra 

      Yukarıdaki resimde işaretlenmiş olan “Configuration” sekmesinde bulunan “IWDG” butonuna tıklayarak IWDG menüsünü açınız.

       Burada 3(üç) adet parametre bulunuyor. Bunlar;

• IWDG counter clock prescaler
• IWDG window value
• IWDG down-counter reload value

      Yukarıdaki anlatılan formülü hatırlayalım:

İstenilen Zaman = (LSI RC Osilatör Frekansı / Prescaler)* down-counter reload değeri

      Biz presclaer değerini 32, ve down-counter reload değerini 865 verirsek,

      İstenilen Zaman = (37 kHz / 32)*865 = 1000,15ms olarak hesaplanır. Yani biz sistemin resetlenmemesi için yaklaşık 1 saniye içerisinde down-counter reload değerini yeniden yüklememiz gerekecek.

      Bu değerleri parametrelere girdikten sonra “OK” butonuna basarak menüden çıkalım.

Şimdi proje ayarlarını yapacağız.

                “Project” menüsünden yukarda görüldüğü gibi “ Setting…” kısmına basarak proje ayarlarını yapacağımız menüyü açalım.

      Ben proje ismi olarak IWDG_DENEME ismini verdim. “Project Location” kısmına programın nereye oluşturulmasını istiyor iseniz oranın yolunu yazın. “Toolchain /IDE” kısmından Atollic IDE ile çalışacağımızdan dolayı “TrueSTUDIO” seçeneğini seçiyoruz. “OK” butonuna basarak menüyü kapatıyoruz. 

       “Project” kısmından “Generate Code” kısmını seçerek programın oluşturulmasını sağlıyoruz.

      Karşımıza yukarıda resmi gösterilen onay menüsü gelecektir. Eğer çalışma ortamınız Linux ise “Open Folder” butonuna basın. Çünkü Linux sistemlerinde Atollic otomatik açılmıyor. Windows ise “Open Project” butonuna basıyoruz. Atollic programı otomatik olarak oluşturulan programı açacaktır.

      Atollic projeyi açtıktan sonra “Src” klasörü altında bulunan “main.c” dosyasına çift tıklayarak açıyoruz.

      Daha sonra programımızı derlemek için;

      Yukarıdaki resimde gösterilen çekiç sembolüne basarak derleme işlemini başlatıyoruz.

      Resimde de gösterildiği gibi “MX_IWDG_Init();” fonksiyonu üzerine Ctrl tuşuna basarak tıklıyoruz. Fonksiyonun bulunduğu konum gelecektir.

      Aslında HAL kütüphaneleri register seviyesinde bizim yapmamız gereken işleri kendi halletmiş durumda. Biz sadece bahsi geçen parametreleri giriyoruz. Kısaca konu başında anlatılan Key register vb. register’ların içeriği kütüphane içinde halledilmiş oluyor. Merak edenler için HAL_IWDG_Init fonksiyonunu incelemelerini öneririm. Yukarıdaki resimde de görüldüğü gibi formüle yerleştirdiğimiz değerler parametrelere set edilmiş durumdalar.

      Öncelikle IWDG counter’ı yenilemeden sistemin reset'lendiğini görmek için main fonksiyonu içerisini aşağıdaki gibi değiştirelim.

      Öncelikle MX_IWDG_Init() fonksiyonundan sonra 2000ms’lik bir gecikme fonksiyonu ekledik. Daha sonra while döngüsü içerisine Hal_Delay(50) fonksiyonu ile 50ms’lik bir gecikme ve Kırmızı LED’imizi her seferinde yakıp söndürecek HAL_GPIO_TogglePin fonksiyonunu ekledik. Programı derleyip çalıştırdığımızda kırmızı LED’in üzerindeki sinyal aşağıdaki gibi olacaktır.

      Osilaskop görüntüsünde de görüldüğü gibi LED periyodik olarak yanıp sönüyor ve reset sinyalinden sonra tekrar periyodik yanıp sönüyor. Şimdi IWDG counter’ı yenileyerek aynı kodu çalıştıralım.

      Yukarıdaki kod parçasında görüldüğü gibi while döngüsünün içerisine IWDG counter’ı yenileyen fonksiyon olan HAL_IWDG_Refresh eklendi. Yani yaklaşık 50ms’de bir watchdog sayacı yenilenecek ve böylece reset sinyali oluşmayacak. Kodu çalıştırdığımızda ki osilaskop görüntüsü aşağıdaki gibidir.

      Kırmızı LED periyodik hiç ara vermeksizin 50ms’de bir yanıp sönüyor. Bu durumda iken işlemcinin ana clock sinyali fail eder ise reset sinyali üretilecek ve program tekrar çalışmaya başlayacaktır.

İyi çalışmalar arkadaşlar.....