[AVR128DB48] Watchdog 사용 방법 및 예제 코드

1. AVR128DB48 Watchdog 모듈 개요

Microchip의 AVR128DB48 마이크로컨트롤러는 Watchdog Timer(WDT)를 포함하여 시스템 안정성을 높이는 데 유용한 기능을 제공합니다. Watchdog 타이머는 소프트웨어 오류나 시스템 멈춤 시 마이크로컨트롤러를 리셋하여 안정적인 동작을 보장합니다. 이 문서에서는 AVR128DB48의 Watchdog 설정 방법, Bitfield 구조를 활용한 레지스터 설정, 그리고 실용적인 예제 코드를 제공하여 초보자와 숙련된 개발자 모두 쉽게 활용할 수 있도록 돕습니다.

주요 사양

타이머 : 32.768kHz RTC 클럭 또는 내부 1.024kHz 오실레이터 기반
타임아웃 기간 : 8ms ~ 8s (8가지 설정 가능)
동작 모드 :
- 일반 모드: 타임아웃 시 시스템 리셋
- 윈도우 모드: 특정 시간 창 내에서만 리셋 가능
레지스터 :
- WDT.CTRLA: Watchdog 제어 및 타임아웃 설정
- WDT.STATUS: Watchdog 상태 및 동기화 플래그
전력 관리 : 저전력 모드에서 동작 지원
인터럽트 : 윈도우 모드에서 조기 경고 인터럽트 지원
전압 레벨 : 1.8V~5.5V 동작 지원

2. Watchdog Bitfield 설정 상세

AVR128DB48의 Watchdog 레지스터는 Bitfield 구조로 정의되어 있으며, <avr/io.h> 헤더 파일을 통해 접근합니다. 주요 레지스터는 다음과 같습니다:

2.1 WDT.CTRLA (제어 레지스터 A)

bit.PERIOD : 타임아웃 기간 설정
- 0x0: 비활성화
- 0x1: 8ms (8 사이클, 1.024kHz 기준)
- 0x2: 16ms
- 0x3: 32ms
- 0x4: 64ms
- 0x5: 128ms
- 0x6: 256ms
- 0x7: 512ms
- 0x8: 1s
- 0x9: 2s
- 0xA: 4s
- 0xB: 8s
bit.WINDOW : 윈도우 모드 타임아웃 설정 (윈도우 모드에서 사용, PERIOD와 동일한 값 사용)
bit.LOCK : Watchdog 잠금 (1: 설정 후 변경 불가)
예: WDT.CTRLA = WDT_PERIOD_1S_gc; (1초 타임아웃 설정)

2.2 WDT.STATUS (상태 레지스터)

bit.SYNCBUSY : 동기화 진행 중 플래그 (1: 동기화 중)
bit.LOCK : Watchdog 잠금 상태 (1: 잠김)

3. Watchdog 설정 절차

시스템 초기화 :
- 시스템 클럭 설정 (24MHz, XOSC32K 오토튜닝)
- 인터럽트 비활성화 (cli())
Watchdog 비활성화 :
- 초기 설정 시 Watchdog 비활성화 (_PROTECTED_WRITE(WDT.CTRLA, 0);)
타임아웃 설정 :
- WDT.CTRLA에 PERIOD 값 설정
윈도우 모드 설정 (옵션) :
- WDT.CTRLA에 WINDOW 값 설정
Watchdog 잠금 (옵션) :
- WDT.CTRLA.bit.LOCK = 1로 설정 변경 방지
Watchdog 활성화 :
- 설정 후 즉시 동작
Watchdog 리셋 :
- wdt_reset() 매크로 호출로 타이머 초기화

4. Watchdog 설정 고려사항

클럭 소스 : 1.024kHz 내부 오실레이터 안정화 확인
타임아웃 선택 : 애플리케이션 요구사항에 맞는 타임아웃 기간 설정
윈도우 모드 : 너무 짧은 윈도우 설정 시 리셋 실패 가능성 주의
잠금 기능 : LOCK 비트 설정 후 변경 불가, 신중히 사용
저전력 모드 : Watchdog은 슬립 모드에서도 동작
인터럽트 : 윈도우 모드에서 조기 경고 인터럽트 활용 가능

5. Watchdog 예제 코드 (Bitfield 구조)

아래는 AVR128DB48 Watchdog를 Bitfield 구조로 설정한 3개의 예제 코드입니다. 각 예제는 Atmel Studio 또는 MPLAB X IDE와 AVR-GCC 환경에서 실행 가능합니다.

5.1 예제 1: 기본 Watchdog 설정 (1초 타임아웃)

// File: wdt_basic.c
// Description: AVR128DB48 Watchdog 기본 설정 예제 (1초 타임아웃)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일
#include <util/delay.h>    // 지연 함수 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의

void set_system_clock(void) {
    // 32.768 kHz 외부 크리스털 오실레이터(XOSC32K) 활성화
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ; // XOSC32K 안정화 대기
    }
    // 내부 OSCHF를 24 MHz로 설정, XOSC32K 오토튜닝 활성화
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00); // 프리스케일러 비활성화
}

void wdt_init(void) {
    // Watchdog 비활성화 (안전한 설정을 위해)
    _PROTECTED_WRITE(WDT.CTRLA, 0);
    // Watchdog 1초 타임아웃 설정
    _PROTECTED_WRITE(WDT.CTRLA, WDT_PERIOD_1S_gc);
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클록 설정
    wdt_init();         // Watchdog 초기화

    // PB3(LED0)를 출력으로 설정
    PORTB.DIRSET = PIN3_bm;
    PORTB.OUTSET = PIN3_bm;

    while (1) {
        // Watchdog 리셋 (타이머 초기화)
        wdt_reset();
        PORTB.OUTTGL = PIN3_bm; // LED 토글
        _delay_ms(500);         // 500ms 지연
    }

    return 0;
}

설명:

기능 : 1초 타임아웃으로 Watchdog 설정, PB3 LED를 500ms 간격으로 점멸
설정 : Watchdog 1초 타임아웃, PB3 출력 설정
출력 : Watchdog 리셋 호출로 정상 동작 시 LED 점멸, 1초 내 리셋 없으면 시스템 리셋

5.2 예제 2: 윈도우 모드 Watchdog

// File: wdt_window_mode.c
// Description: AVR128DB48 Watchdog 윈도우 모드 예제 (1초 타임아웃, 500ms 윈도우)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일
#include <util/delay.h>    // 지연 함수 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의

void set_system_clock(void) {
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ; // XOSC32K 안정화 대기
    }
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00);
}

void wdt_init(void) {
    // Watchdog 비활성화
    _PROTECTED_WRITE(WDT.CTRLA, 0);
    // 윈도우 모드: 500ms 윈도우, 1초 타임아웃
    _PROTECTED_WRITE(WDT.CTRLA, WDT_WINDOW_512MS_gc | WDT_PERIOD_1S_gc);
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클록 설정
    wdt_init();         // Watchdog 초기화

    // PB3(LED0)를 출력으로 설정
    PORTB.DIRSET = PIN3_bm;
    PORTB.OUTSET = PIN3_bm;

    while (1) {
        _delay_ms(600);         // 600ms 대기 (윈도우 내 리셋)
        wdt_reset();            // Watchdog 리셋
        PORTB.OUTTGL = PIN3_bm; // LED 토글
    }

    return 0;
}

설명:

기능 : 500ms 윈도우, 1초 타임아웃으로 윈도우 모드 설정, PB3 LED 점멸
설정 : 윈도우 모드 활성화, 600ms 간격으로 리셋 호출
출력 : 윈도우(500ms~1s) 내 리셋 시 정상 동작, 그렇지 않으면 시스템 리셋

5.3 예제 3: Watchdog 잠금 및 LED 제어

// File: wdt_lock.c
// Description: AVR128DB48 Watchdog 잠금 예제 (2초 타임아웃, 잠금 활성화)
// Compiler: AVR-GCC
// Target: AVR128DB48

#include <avr/io.h>        // AVR 입출력 관련 헤더 파일
#include <util/delay.h>    // 지연 함수 관련 헤더 파일

#define F_CPU 24000000UL  // 시스템 클록 주파수를 24 MHz로 정의

void set_system_clock(void) {
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.XOSC32KCTRLA, CLKCTRL_ENABLE_bm | CLKCTRL_RUNSTDBY_bm);
    while (!(CLKCTRL.MCLKSTATUS & CLKCTRL_XOSC32KS_bm)) {
        ; // XOSC32K 안정화 대기
    }
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.OSCHFCTRLA, CLKCTRL_FRQSEL_24M_gc | CLKCTRL_AUTOTUNE_bm);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLA, CLKCTRL_CLKSEL_OSCHF_gc);
    _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, 0x00);
}

void wdt_init(void) {
    // Watchdog 비활성화
    _PROTECTED_WRITE(WDT.CTRLA, 0);
    // 2초 타임아웃 설정, 잠금 활성화
    _PROTECTED_WRITE(WDT.CTRLA, WDT_PERIOD_2S_gc | WDT_LOCK_bm);
}

int main(void) {
    set_system_clock(); // 시스템 클록 설정
    wdt_init();         // Watchdog 초기화

    // PB3(LED0)를 출력으로 설정
    PORTB.DIRSET = PIN3_bm;
    PORTB.OUTSET = PIN3_bm;

    while (1) {
        wdt_reset();            // Watchdog 리셋
        PORTB.OUTTGL = PIN3_bm; // LED 토글
        _delay_ms(1000);        // 1초 지연
    }

    return 0;
}

설명:

기능 : 2초 타임아웃, 잠금 활성화, PB3 LED를 1초 간격으로 점멸
설정 : Watchdog 2초 타임아웃, LOCK 비트 설정, 1초 간격 리셋
출력 : 2초 내 리셋 호출 시 LED 점멸, 그렇지 않으면 시스템 리셋

6. 사용 방법

6.1 환경 설정

AVR-GCC 설치 : Atmel Studio 또는 MPLAB X IDE에 AVR-GCC 툴체인 설치
헤더 파일 : <avr/io.h>, <util/delay.h> 포함
프로젝트 설정 : AVR128DB48 타겟으로 프로젝트 생성
클럭 정의 : #define F_CPU 24000000UL로 시스템 클럭 설정

6.2 코드 실행

각 예제를 별도의 .c 파일로 저장하거나, main.c에 복사
다른 예제 코드 주석 처리
Atmel Studio/MPLAB X IDE에서 빌드 및 플래싱

6.3 하드웨어 준비

LED 출력 : PB3에 LED 및 전류 제한 저항(예: 330Ω) 연결
전원 : 1.8V~5.5V 전원 공급
테스트 : Watchdog 동작 확인을 위해 리셋 호출 제거 후 시스템 리셋 확인

6.4 디버깅

Atmel Studio/MPLAB X IDE의 디버거 사용
WDT.STATUS 레지스터 확인 (SYNCBUSY, LOCK 상태)
오실로스코프 또는 로직 분석기로 리셋 신호 점검

7. 추가 팁

클럭 안정화 : set_system_clock()로 XOSC32K 안정화 확인
타임아웃 설정 : 애플리케이션 루프 시간에 맞게 PERIOD 설정
윈도우 모드 : 윈도우 기간이 너무 짧으면 리셋 실패 가능성 있음
잠금 기능 : LOCK 비트 설정 후 변경 불가, 신중히 사용
Microchip 리소스 : AVR128DB48 데이터시트, Application Notes, AVR-GCC 예제
문제 해결 :
- Watchdog 동작 안 함: WDT.CTRLA 설정 및 동기화 확인
- 예기치 않은 리셋: wdt_reset() 호출 주기 확인
- 설정 변경 불가: WDT.STATUS.LOCK 확인
커뮤니티 : Microchip Community, AVR Freaks 포럼 참고

8. 결론

이 문서는 AVR128DB48 Watchdog Timer의 설정 방법과 Bitfield 구조를 활용한 예제 코드를 제공하여 시스템 안정성을 높이는 데 활용할 수 있도록 구성했습니다. 초보자는 기본 Watchdog 설정부터 시작하고, 숙련자는 윈도우 모드와 잠금 기능을 활용하여 복잡한 시스템을 구현할 수 있습니다.

키워드 : AVR128DB48, Watchdog, WDT, 마이크로컨트롤러, Atmel Studio, MPLAB X IDE, 시스템 리셋, 윈도우 모드, 잠금 기능, 저전력

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[AVR128DB48] GPIO 사용 방법 및 예제 코드 (0)	2025.08.18

회로 설계자의 노트

[AVR128DB48] Watchdog 사용 방법 및 예제 코드

1. AVR128DB48 Watchdog 모듈 개요

주요 사양

2. Watchdog Bitfield 설정 상세

2.1 WDT.CTRLA (제어 레지스터 A)

2.2 WDT.STATUS (상태 레지스터)

3. Watchdog 설정 절차

4. Watchdog 설정 고려사항

5. Watchdog 예제 코드 (Bitfield 구조)

5.1 예제 1: 기본 Watchdog 설정 (1초 타임아웃)

5.2 예제 2: 윈도우 모드 Watchdog

5.3 예제 3: Watchdog 잠금 및 LED 제어

6. 사용 방법

6.1 환경 설정

6.2 코드 실행

6.3 하드웨어 준비

6.4 디버깅

7. 추가 팁

8. 결론

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주요 사양

2. Watchdog Bitfield 설정 상세

2.1 WDT.CTRLA (제어 레지스터 A)

2.2 WDT.STATUS (상태 레지스터)

3. Watchdog 설정 절차

4. Watchdog 설정 고려사항

5. Watchdog 예제 코드 (Bitfield 구조)

5.1 예제 1: 기본 Watchdog 설정 (1초 타임아웃)

5.2 예제 2: 윈도우 모드 Watchdog

5.3 예제 3: Watchdog 잠금 및 LED 제어

6. 사용 방법

6.1 환경 설정

6.2 코드 실행

6.3 하드웨어 준비

6.4 디버깅

7. 추가 팁

8. 결론

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