STM32单片机——看门狗（独立看门狗&窗口看门狗）

• 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，会造成整个系统的陷入停滞状态，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)

独立看门狗（IWDG）

• 参考博文：外部中断实验&独立看门狗实验

独立看门狗本质相关概念

• 独立看门狗概念
  　　独立看门狗工作在主程序之外，能够完全独立工作，它的时钟是专用的低速时钟（LSI），由VDD 电压供电， 在停止模式和待机模式下仍能工作

• 独立看门狗本质
  　　独立看门狗本质是一个 12 位的递减计数器，当计数器的值从某个值一直减到0的时候，系统就会产生一个复位信号，即 IWDG_RESET 。
  　　如果在计数没减到0之前，刷新了计数器的值的话，那么就不会产生复位信号，这个动作就是我们经常说的喂狗。

• 独立看门狗框图
  

• 独立看门狗时钟
  　　独立看门狗的时钟由独立的RC振荡器LSI提供，即使主时钟发生故障它仍然有效，非常独立。启用IWDG后，LSI时钟会自动开启。LSI时钟频率并不精确，F1用40kHz。
  　　LSI经过一个8位的预分频器得到计数器时钟。

• 预分频寄存器
  
  分频系数算法
  
  prer是IWDG_PR 的值

• 溢出计算时间公式
  

独立看门狗实验

• 需求：开启独立看门狗，溢出时间为1秒，使用按键1进行喂狗

CubeMX工程配置

• 配置时钟及时钟树
  1. 采用外部高速晶振
     
  2. 时钟树配置
     
• 独立开门狗配置
  1. 启动独立看门狗
     
  2. 参数设置（分频系数和重装载值）
     
• 打开串口通信
  1. 配置异步通信模式
     
  2. 串口波特率及参数配置
     

HAL库程序设计

HAL_UART_Transmit(&huart1,(unsigned char *)"hello world\r\n",strlen("hello world\r\n"),200);		//while(1) 之前运行，每1秒溢出，重复程序

//按键喂狗  使得程序继续运行
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	if(GPIO_Pin == KEY1_Pin)
	{
			HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);
	}
}

固件库程序设计

• 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
  

• 独立看门狗操作步骤
  1.取消寄存器写保护：IWDG_WriteAccessCmd();
  2.设置独立看门狗的预分频系数，确定时钟：IWDG_SetPrescaler();
  3.设置看门狗重装载值，确定溢出时间：IWDG_SetReload();
  4.使能看门狗：IWDG_Enable();
  5.应用程序喂狗：IWDG_ReloadCounter();
• iwdg.c 独立看门狗程序设计

  //初始化独立看门狗
  //prer:	分频数:0~7(只有低3位有效!)
  //分频因子=4*2^prer.但最大值只能是256!
  //rlr:重装载寄存器值:低11位有效.
  //时间计算(大概):Tout=((4*2^prer)*rlr)/40 (ms).
  void IWDG_Init(u8 prer,u16 rlr) 
  {	
   	IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);//使能对寄存器IWDG_PR和IWDG_RLR的写操作，取消写保护
  	
  	IWDG_SetPrescaler(prer);	//设置IWDG预分频值:设置IWDG预分频值为64
  	
  	IWDG_SetReload(rlr);		//设置IWDG重装载值
  	
  	IWDG_ReloadCounter();		//按照IWDG重装载寄存器的值重装载IWDG计数器   加载寄存器
  	
  	IWDG_Enable();																//使能看门狗
  }
  //喂独立看门狗
  void IWDG_Feed(void)
  {   
   	IWDG_ReloadCounter();			//重载计数值						   
  }
  

• 主函数设计

  int main(void)
  {	
  	delay_init();	    	 //延时函数初始化	
  	LED_Init();
  	KEY_Init();
  	delay_ms(1000);			//看得到灭
  	IWDG_Init(4,625);		//预分频数64, 重载值为625, 溢出时间为1s	   
  	LED1=0;					//点亮LED0
  	while(1)
  	{
  		//按键进行对独立看门狗喂狗
  		if(KEY_Scan()==KEY1_PRES)
  		{
  			IWDG_Feed();		//如果KEY1按下,则喂狗
  		}
  		delay_ms(10);
  	}
  }
  

窗口看门狗（WWDG）

• 参考博文：窗口看门狗实验&定时器基本原理

独立看门狗本质相关概念

• 什么是窗口看门狗？
  　　窗口看门狗用于监测单片机程序运行时效是否精准，主要检测软件异常，一般用于需要精准检测程序运行时间的场合。
  　　窗口看门狗的本质是一个能产生系统复位信号和提前唤醒中断的6位计数器。
  产生复位条件：

  1. 当递减计数器值从 0x40 减到 0x3F 时复位（即T6位跳变到0）

  2. 计数器的值大于 W[6:0] 值时喂狗会复位。

  产生中断条件： 当递减计数器等于 0x40 时可产生提前唤醒中断 (EWI)。
  在窗口期内重装载计数器的值，防止复位，也就是所谓的喂狗。

• 窗口看门狗工作原理
  

• WWDG框图
  

• 控制寄存器
  

• 配置寄存器
  

• 状态寄存器
  

• 超时时间计算
  

  1. Tout是WWDG超时时间（没喂狗）
  2. Fwwdg是WWDG的时钟源频率（最大36M）
  3. 4096是WWDG固定的预分频系数
  4. 2^WDGTB是WWDG_CFR寄存器设置的预分频系数值
  5. T[5:0]是WWDG计数器低6位，最多63

窗口看门狗实验

• 需求：
  　　开启窗口看门狗，计数器值设置为 0X7F ，窗口值设置为 0X5F ，预分频系数为 8 。程序启动时点亮 LED1 ，500ms 后熄灭。在提前唤醒中断服务函数进行喂狗，同时翻转 LED2 状态。
  

CubeMX工程配置

• 配置时钟及时钟树
  1. 采用外部高速晶振
     
  2. 时钟树配置
     
• 窗口开门狗配置
  1. 开启窗口看门狗及参数设置
     
  2. 开启提前唤醒中断
     
• LED灯配置（略）

HAL库程序设计

• main.c主函数设计

  int main(void)
  {
  	HAL_Init();
  	SystemClock_Config();
  	MX_GPIO_Init();
  	HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin,GPIO_PIN_RESET);
  	HAL_Delay(500);
  	MX_WWDG_Init();		
  	while (1)
  	{
  		HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin,GPIO_PIN_SET);
  		HAL_Delay(500);
  	}
  }
  

• 提前唤醒中断函数喂狗

   void HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)
  {
  		HAL_WWDG_Refresh(hwwdg);		//喂狗
  		HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);
  }
  

固件库程序设计

• 窗口看门狗配置过程
  1.使能看门狗时钟：RCC_APB1PeriphClockCmd();
  2.设置分频系数：WWDG_SetPrescaler();
  3.设置窗口值：WWDG_SetWindowValue();
  4.开启提前唤醒中断并分组（可选）：
  WWDG_EnableIT();
NVIC_Init();
  5.使能看门狗：
  WWDG_Enable();
  6.喂狗：WWDG_SetCounter();
  7.编写终端服务函数：WWDG_IRQHandler();

• wwdg.c 窗口看门狗程序设计

  //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)										//设置计数器初值、窗口值、预分频系数
  { 
  	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE);	//WWDG时钟使能
   
  	WWDG_CNT=tr&WWDG_CNT; 			//初始化WWDG_CNT.  位运算：与
  	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)		//为了和寄存器保持一制，重新包装了一下
  {
      WWDG_Enable(cnt);//使能看门狗 ,	设置 counter .	 
  }
  //使能提前唤醒中断
  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
  }
  

• 主函数程序初始化

  int main(void)
  {	
  	delay_init();	    	 //延时函数初始化	
  	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
  	LED_Init();
  	LED1=0;							//点亮LED0
  	delay_ms(1000);	  
  	WWDG_Init(0X7F,0X5F,WWDG_Prescaler_8);//计数器值为7f,窗口寄存器为5f,分频数为8	
    	while(1)
  	{
  			LED1 = 1;
  			delay_ms(40);
  	}
  }
  

• 提前唤醒中断服务函数

  void WWDG_IRQHandler(void)		//窗口看门狗 中断服务函数
  {
   
  	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
  }
  

独立看门狗与窗口看门狗的异同

对比点	独立看门狗	窗口看门狗
时钟源	独立时钟，LSI (40KHz) ，不精确	PCLK1或PCLK3，精确
复位条件	递减计数到0	窗口期外喂狗或减到0x3F
中断	没有中断	计数值减到0x40可产生中断
递减计数器位数	12位（最大计数范围：4096 ~ 0）	7位（最大计数范围：127~63）
应用场合	防止程序跑飞，死循环，死机	检测程序时效，防止软件异常