2019年09月02日 | STM32开发 -- 看门狗详解

一、看门狗概述

1、为什么要看门狗

在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞。而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的模块或者芯片，俗称“看门狗”（watchdog）。

2、看门狗解决的问题是什么

在启动正常运行的时候，系统不能复位。在系统跑飞（程序异常执行）的情况下，系统复位程序重新执行。

明白了，所以就要每过一段时间喂狗，如果超过该时间段还没有进行喂狗程序，将视为程序跑飞，则系统看门狗复位。

二、STM32看门狗

STM32内置两个看门狗，提供了更高的安全性，时间的精确性和使用的灵活性。两个看门狗设备（独立看门狗和窗口看门狗）可以用来检测和解决由软件错误引起的故障。当计数器达到给定的超时值是，触发一个中断（仅适用窗口看门狗）或者产生系统复位。

独立看门狗（IWDG）:

由专用的低速时钟（LSI）驱动，即使主时钟发生故障它仍有效。

适合应用于需要看门狗作为一个在主程序之外能够完全独立工作，并且对时间精度要求低的场合。

窗口看门狗（WWDG）：

由从APB1时钟分频后得到的时钟驱动。通过可配置的时间窗口来检测应用程序非正常的过迟或过早操作。

适合那些要求看门狗在精确计时窗口起作用的程序。

三、独立看门狗

1、IWDG主要性能

● 自由运行的递减计数器

● 时钟由独立的RC振荡器提供(可在停止和待机模式下工作)

● 看门狗被激活后，则在计数器计数至0x000时产生复位

2、IWDG功能描述

在键寄存器(IWDG_KR)中写入0xCCCC，开始启用独立看门狗；此时计数器开始从其复位值0xFFF递减计数。当计数器计数到末尾0x000时，会产生一个复位信号(IWDG_RESET)。

无论何时，只要在键寄存器IWDG_KR中写入0xAAAA（喂狗）， IWDG_RLR中的值就会被重新加载到计数器，从而避免产生看门狗复位 。

3、IWDG寄存器描述

需要注意：

IWDG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器具有写保护功能。要修改这两个寄存器的值，必须先向IWDG_KR 寄存器中写入 0x5555。 将其他值写入这个寄存器将会打乱操作顺序，寄存器将重新被保护。重装载操作(即写入 0xAAAA)也会启动写保护功能。

键寄存器(IWDG_KR)

预分频寄存器(IWDG_PR)

重装载寄存器(IWDG_RLR)

状态寄存器(IWDG_SR)

4、独立看门狗超时时间

注： 这些时间是按照40kHz时钟给出。实际上， MCU内部的RC频率会在30kHz到60kHz之间变化。此外，即使RC振荡器的频率是精确的，确切的时序仍然依赖于APB接口时钟与RC振荡器时钟之间的相位差，因此总会有一个完整的RC周期是不确定的。

超出（溢出）时间计算：

Tout=((4×2^PR) ×RLR)/40

其中：Tout的单位为毫秒。

时钟频率LSI=40K， 一个看门狗时钟周期就是最短超时时间。最长超时时间= (IWDG_RLR寄存器最大值）X看门狗时钟周期。

5、IWDG独立看门狗操作库函数

void IWDG_WriteAccessCmd(uint16_t IWDG_WriteAccess);//取消写保护：0x5555使能

void IWDG_SetPrescaler(uint8_t IWDG_Prescaler);//设置预分频系数：写PR

void IWDG_SetReload(uint16_t Reload);//设置重装载值：写RLR

void IWDG_ReloadCounter(void);//喂狗：写0xAAAA到KR

void IWDG_Enable(void);//使能看门狗：写0xCCCC到KR

FlagStatus IWDG_GetFlagStatus(uint16_t IWDG_FLAG);//状态：重装载/预分频 更新

6、独立看门狗操作步骤

代码实现：

void BSP_WDTDOG_Init(void)

{

/ * IWDG超时等于280 ms（超时可能因LSI频率分散而变化）* /

/ *启用对IWDG_PR和IWDG_RLR寄存器的写访问* /

IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);

/ * IWDG计数器时钟：40KHz（LSI）256/40每记一次数时间为：6.4ms * /

IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_256);

/ *将计数器重载值设置为349 总计时间间距为：6.4ms * 1875 = OS_SYSWDG_TIMES * /

IWDG_SetReload((u16)(SYSWDG_TIMEOUT * 1000 /6.4 + 0.5));  

/*使能看门狗*/

IWDG_Enable();

/ *重新加载IWDG计数器* /

IWDG_ReloadCounter();

}

① 取消寄存器写保护：

  IWDG_WriteAccessCmd();

例子：

IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);

取消IWDG_PR和IWDG_RLR寄存器具有写保护功能（0x5555使能）

其中：

#define IWDG_WriteAccess_Enable     ((uint16_t)0x5555)

#define IWDG_WriteAccess_Disable    ((uint16_t)0x0000)

② 设置独立看门狗的预分频系数，确定时钟:

 IWDG_SetPrescaler();

例子：

IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_256);

IWDG计数器时钟：40KHz（LSI）256/40每记一次数时间为：6.4ms

#define IWDG_Prescaler_4            ((uint8_t)0x00)

#define IWDG_Prescaler_8            ((uint8_t)0x01)

#define IWDG_Prescaler_16           ((uint8_t)0x02)

#define IWDG_Prescaler_32           ((uint8_t)0x03)

#define IWDG_Prescaler_64           ((uint8_t)0x04)

#define IWDG_Prescaler_128          ((uint8_t)0x05)

#define IWDG_Prescaler_256          ((uint8_t)0x06)

③ 设置看门狗重装载值，确定溢出时间:

IWDG_SetReload();

超出（溢出）时间计算：

Tout=((4×2^PR) ×RLR)/40

其中：Tout的单位为毫秒。

分频因子=4*2^prer. 最大值只能是256

其中 Tout 为看门狗溢出时间（单位为 ms）； prer 为看门狗时钟预分频值（IWDG_PR 值），范围为 0~7； rlr 为看门狗的重装载值（IWDG_RLR 的值）；比如我们设定 prer 值为 4， rlr 值为 625，那么就可以得到 Tout=64×625/40=1000ms，这样，看门狗的溢出时间就是 1s， 只要你在一秒钟之内，有一次写入 0XAAAA 到 IWDG_KR，就不会导致看门狗复位（当然写入多次也是可以的）。

例子：

IWDG_SetReload((u16)(SYSWDG_TIMEOUT * 1000 /6.4 + 0.5));

我要设置12s超时，分频因子为256.

12000= （256）XPLR/40

因此，rlr 看门狗的重装载值为 1875.

④ 使能看门狗

IWDG_Enable();

#define KR_KEY_RELOAD    ((uint16_t)0xAAAA)

#define KR_KEY_ENABLE    ((uint16_t)0xCCCC)

void IWDG_Enable(void)

{

  IWDG->KR = KR_KEY_ENABLE;

}

使能看门狗（写0xCCCC到KR），启动看门狗工作。

注意：

IWDG 在一旦启用，就不能再被关闭！想要关闭，只能重启，并且重启之后不能打开 IWDG，否则问题依旧

⑤ 应用程序喂狗:

IWDG_ReloadCounter();

将使 STM32 重新加载 IWDG_RLR 的值到看门狗计数器里面。 即实现独立看门狗的喂狗操作。

四、窗口看门狗

1、WWDG简介

窗口看门狗通常被用来监测，**由外部干扰或不可预见的逻辑条件造成的应用程序背离正常的运行序列而产生的软件故障。**除非递减计数器的值在T6位变成0前被刷新，看门狗电路在达到预置的时间周期时，会产生一个MCU复位。在递减计数器达到窗口寄存器数值之前，如果7位的递减计数器数值(在控制寄存器中)被刷新， 那么也将产生一个MCU复位。这表明递减计数器需要在一个有限的时间窗口中被刷新。

2、WWDG主要特性

● 可编程的自由运行递减计数器

● 条件复位

─ 当递减计数器的值小于0x40， (若看门狗被启动)则产生复位。

─ 当递减计数器在窗口外被重新装载， (若看门狗被启动)则产生复位。见0。

● 如果启动了看门狗并且允许中断，当递减计数器等于0x40时产生早期唤醒中断(EWI)，它可以被用于重装载计数器以避免WWDG复位。

3、WWDG功能描述

如果看门狗被启动(WWDG_CR寄存器中的WDGA位被置’1’)， 并且当7位(T[6:0])递减计数器从0x40翻转到0x3F(T6位清零)时，则产生一个复位**。如果软件在计数器值大于窗口寄存器中的数值时重新装载计数器，将产生一个复位。**

应用程序在正常运行过程中必须定期地写入WWDG_CR寄存器以防止MCU发生复位。只有当计数器值小于窗口寄存器的值时，才能进行写操作。储存在WWDG_CR寄存器中的数值必须在0xFF和0xC0之间：

● 启动看门狗

在系统复位后，看门狗总是处于关闭状态，设置WWDG_CR寄存器的WDGA位能够开启看门狗，随后它不能再被关闭，除非发生复位。

● 控制递减计数器

递减计数器处于自由运行状态，即使看门狗被禁止，递减计数器仍继续递减计数。当看门狗被启用时， T6位必须被设置，以防止立即产生一个复位。

T[5:0]位包含了看门狗产生复位之前的计时数目；复位前的延时时间在一个最小值和一个最大值之间变化，这是因为写入WWDG_CR寄存器时，预分频值是未知的。

配置寄存器(WWDG_CFR) 中包含窗口的上限值：要避免产生复位，递减计数器必须在其值小于窗口寄存器的数值并且大于0x3F时被重新装载， 0描述了窗口寄存器的工作过程。

另一个重装载计数器的方法是利用早期唤醒中断(EWI)。设置WWDG_CFR寄存器中的WEI位开启该中断。当递减计数器到达0x40时，则产生此中断，相应的中断服务程序(ISR)可以用来加载计数器以防止WWDG复位。在WWDG_SR寄存器中写’0’可以清除该中断。

注： 可以用T6位产生一个软件复位(设置WDGA位为’1’， T6位为’0’)。

4、如何编写看门狗超时程序

除非递减计数器的值在 T6 位（WWDG->CR 的第六位）变成 0 前被刷新，看门狗电路在达到预置的时间周期时，会产生一个 MCU 复位。在递减计数器达到窗口配置寄存器(WWDG->CFR)数值之前，如果 7 位的递减计数器数值(在控制寄存器中)被刷新， 那么也将产生一个 MCU 复位。这表明递减计数器需要在一个有限的时间窗口中被刷新。

T[6:0]就是 WWDG_CR 的低七位， W[6:0]即是 WWDG->CFR 的低七位。

T[6:0]就是窗口看门狗的计数器，而 W[6:0]则是窗口看门狗的上窗口，下窗口值是固定的（0X40）。

当窗口看门狗的计数器在上窗口值之外被刷新，或者低于下窗口值都会产生复位。

上窗口值（W[6:0]） 是由用户自己设定的，根据实际要求来设计窗口值，但是一定要确保窗口值大于 0X40，否则窗口就不存在了。

窗口看门狗的超时公式如下：

Twwdg=(4096×2^WDGTB×(T[5:0]+1)) /Fpclk1;

其中：

Twwdg： WWDG 超时时间（单位为 ms）

Fpclk1： APB1 的时钟频率（单位为 Khz）

WDGTB： WWDG 的预分频系数

T[5:0]：窗口看门狗的计数器低 6 位

根据上面的公式，假设 Fpclk1=36Mhz，那么可以得到最小-最大超时时间表如下表所示：

5、寄存器描述

控制寄存器(WWDG_CR)

WWDG_CR 只有低八位有效， T[6： 0]用来存储看门狗的计数器值，

随时更新的，每个窗口看门狗计数周期（4096×2^ WDGTB）减 1。当该计数器的值从 0X40 变为 0X3F 的时候，将产生看门狗复位。

WDGA 位则是看门狗的激活位，该位由软件置 1，以启动看门狗，并且一定要注意的是该位一旦设置，就只能在硬件复位后才能清零了。

配置寄存器(WWDG_CFR)

该位中的 EWI 是提前唤醒中断，也就是在快要产生复位的前一段时间（T[6:0]=0X40） 来提醒我们，需要进行喂狗了，否则将复位！因此，我们一般用该位来设置中断，当窗口看门狗的计数器值减到 0X40 的时候，如果该位设置，并开启了中断，则会产生中断，我们可以在中断里面向 WWDG_CR 重新写入计数器的值，来达到喂狗的目的。注意这里在进入中断后， 必须在不大于 1 个窗口看门狗计数周期的时间（在 PCLK1 频率为 36M 且 WDGTB 为 0 的条件下，该时间为 113us）内重新写 WWDG_CR，否则，看门狗将产生复位！

状态寄存器(WWDG_SR)

该寄存器用来记录当前是否有提前唤醒的标志。该寄存器仅有位 0 有效，其他都是保留位。当计数器值达到 40h 时，此位由硬件置 1。

它必须通过软件写 0 来清除。对此位写 1 无效。 即使中断未被使能， 在计数器的值达到 0X40的时候， 此位也会被置 1。

6、窗口看门狗操作步骤

代码示例：

//保存 WWDG 计数器的设置值,默认为最大.

u8 WWDG_CNT=0x7f;

//初始化窗口看门狗

//tr :T[6:0],计数器值

//wr :W[6:0],窗口值

//fprer:分频系数（WDGTB） ,仅最低 2 位有效

//Fwwdg=PCLK1/(4096*2^fprer).

void WWDG_Init(u8 tr,u8 wr,u32 fprer)

{

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE); // WWDG 时钟使能

WWDG_CNT=tr&WWDG_CNT; //初始化 WWDG_CNT.

WWDG_SetPrescaler(fprer); //设置 IWDG 预分频值

WWDG_SetWindowValue(wr); //设置窗口值

WWDG_Enable(WWDG_CNT); //使能看门狗,设置 counter

WWDG_ClearFlag(); //清除提前唤醒中断标志位

WWDG_NVIC_Init(); //初始化窗口看门狗 NVIC

WWDG_EnableIT(); //开启窗口看门狗中断

}

//重设置 WWDG 计数器的值

void WWDG_Set_Counter(u8 cnt)

{

WWDG_Enable(cnt); //使能看门狗,设置 counter .

}

//窗口看门狗中断服务程序

void WWDG_NVIC_Init()

{

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = WWDG_IRQn; //WWDG 中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //抢占 2 子优先级 3 组 2

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //抢占 2,子优先级 3,组 2

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //NVIC 初始化

}

void WWDG_IRQHandler(void)

{

WWDG_SetCounter(WWDG_CNT); //当禁掉此句后,窗口看门狗将产生复位

WWDG_ClearFlag(); //清除提前唤醒中断标志位

LED1=!LED1; //LED 状态翻转

}

① 使能 WWDG 时钟

WWDG 不同于 IWDG， IWDG 有自己独立的 40Khz 时钟，不存在使能问题。而 WWDG使用的是 PCLK1 的时钟，需要先使能时钟。 方法是:

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE); // WWDG 时钟使能

② 设置窗口值和分频数

设置窗口值的函数是：

void WWDG_SetWindowValue(uint8_t WindowValue)；

这个函数的入口参数 WindowValue 用来设置看门狗的上窗口值。设置分频数的函数是：

void WWDG_SetPrescaler(uint32_t WWDG_Prescaler)；

这个函数同样只有一个入口参数，用来设置看门狗的分频值。

③ 开启 WWDG 中断并分组

开启 WWDG 中断的函数为：

WWDG_EnableIT(); //开启窗口看门狗中断

接下来是进行中断优先级配置，这里就不重复了，使用 NVIC_Init()函数即可。

④ 设置计数器初始值并使能看门狗

这一步在库函数里面是通过一个函数实现的：

void WWDG_Enable(uint8_t Counter)；

该函数既设置了计数器初始值，同时使能了窗口看门狗。

五、总结

看门狗，这个因为工程里用的是独立看门狗，所以对它了解比较多一些。

窗口看门狗，我是真心的没有看一下去。。。 复制粘贴了一通，也没太搞明白。