獨立看門狗(IWDG)和窗口看門狗(WWDG)簡介

前言

使用的是正點原子的探索者開發(fā)板進(jìn)行學(xué)習(xí)，芯片：STM32F407ZGTx。

學(xué)習(xí)說明此文檔為本人的學(xué)習(xí)筆記，注重實踐，關(guān)于理論部分會給出相應(yīng)的學(xué)習(xí)鏈接。

注：本文檔添加了對代碼的在線調(diào)試功能，有助于大家更好理解相關(guān)寄存器和重要變量值的變化。

理論學(xué)習(xí)

一、看門狗(WDG)簡介

在由單片機構(gòu)成的微型計算機系統(tǒng)中，由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運行被打斷，由單片機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作，會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對單片機運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的模塊或者芯片，俗稱“看門狗”(watchdog) 。

在啟動正常運行的時候，系統(tǒng)不能復(fù)位，可以通過看門狗來復(fù)位單片機。

在系統(tǒng)跑飛(程序異常執(zhí)行)的情況，系統(tǒng)復(fù)位，程序重新執(zhí)行。

具有兩個嵌入式看門狗外設(shè)，具有安全性高、定時準(zhǔn)確及使用靈活的優(yōu)點。兩個看門狗外設(shè)(獨立和窗口)均可用于檢測并解決由軟件錯誤導(dǎo)致的故障;當(dāng)計數(shù)器達(dá)到給定的超時值時，觸發(fā)一個中斷(僅適用于窗口型看門狗)或產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。

二、獨立看門狗(IWDG)

2.1 IWDG簡介

獨立看門狗 (IWDG) 由其專用低速時鐘 (LSI) 驅(qū)動，因此即便在主時鐘發(fā)生故障時仍然保持

工作狀態(tài)。 IWDG 最適合應(yīng)用于那些需要看門狗作為一個在主程序之外，能夠完全獨立工作，并且對時間精度要求較低的場合。

2.2 IWDG特征

自由運行遞減計數(shù)器

時鐘由獨立RC振蕩器提供(可在待機和停止模式下運行)

當(dāng)遞減計數(shù)器值達(dá)到0x000時產(chǎn)生部位(看門狗激活時)

2.3 IWDG功能

在鍵值寄存器(IWDG_KR)中寫入0xCCCC，開始啟用獨立看門狗。此時計數(shù)器開始從其復(fù)位值0xFFF遞減，當(dāng)計數(shù)器值計數(shù)到尾值0x000時會產(chǎn)生一個復(fù)位信號(IWDG_RESET)。

無論何時，只要在鍵值寄存器IWDG_KR中寫入0xAAAA(通常說的喂狗), 自動重裝載寄存器IWDG_RLR的值就會重新加載到計數(shù)器，從而避免看門狗復(fù)位。

如果程序異常，就無法正常喂狗，從而系統(tǒng)復(fù)位。

硬件看門狗

如果通過器件選項位使能“硬件看門狗”功能，上電時將自動使能看門狗;如果在計數(shù)器計

數(shù)結(jié)束前，若軟件沒有向關(guān)鍵字寄存器寫入相應(yīng)的值(喂狗) ，則系統(tǒng)會產(chǎn)生復(fù)位。

寄存器訪問保護(hù)

IWDG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器具有寫訪問保護(hù)。若要修改寄存器，必須首先對 IWDG_KR

寄存器寫入代碼 0x5555 。而寫入其他值則會破壞該序列，從而使寄存器訪問保護(hù)再次生效。這意味著重裝載操作(即寫入 0xAAAA )也會啟動寫保護(hù)功能。

狀態(tài)寄存器指示預(yù)分頻值和遞減計數(shù)器是否正在被更新。

調(diào)試模式(請參考芯片手冊)

注意：看門狗功能由 V DD 電壓域供電，在停止模式和待機模式下仍能工作。

2.4 IWDG相關(guān)寄存器

鍵值寄存器(IWDG_KR)： 0~15位有效(只寫，讀為0000h)

必須每隔一段時間通過軟件對這些位寫入鍵值A(chǔ)AAAh,否則當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到0時，看門狗產(chǎn)生復(fù)位。寫入鍵值 5555h 可使能對 IWDG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器的訪問;寫入鍵值 CCCCh 可啟動看門狗(選中硬件看門狗選項的情況除外)

預(yù)分頻寄存器(IWDG_PR):對時鐘(LSI)進(jìn)行分頻

重載寄存器(IWDG_RLR):看門狗計數(shù)器重載值

受寫保護(hù)，每次對 IWDR_KR 寄存器寫入值 AAAAh 時，這個值就會重裝載到看門狗計數(shù)器中。之后，看門狗計數(shù)器便從該裝載的值開始遞減計數(shù)。超時周期由該值和時鐘預(yù)分頻器共同決定。

若要更改重載值， IWDG_SR 中的 RVU 位必須為 0 。

狀態(tài)寄存器(IWDG_SR):只有RVU、PVU兩位有效

RVU：看門狗計數(shù)器重載值更新?？赏ㄟ^硬件將該位置 1 以指示重載值正在更新。當(dāng)在 VDD 電壓域下完成重載值更新操作后 (需要多達(dá) 5 個 RC 40 kHz 周期)，會通過硬件將該位復(fù)位。

重載值只有在 RVU 位為 0 時才可更新。

PVU：看門狗預(yù)分頻器值更新?？赏ㄟ^硬件將該位置 1 以指示預(yù)分頻器值正在更新。當(dāng)在 VDD 電壓域下完成預(yù)分頻器值更新操作后(需要多達(dá) 5 個 RC 40 kHz 周期)，會通過硬件將該位復(fù)位。

預(yù)分頻器值只有在 PVU 位為 0 時才可更新。

三、窗口看門狗(WWDG)

3.1 WWDG簡介

窗口看門狗 (WWDG) 時鐘由 APB1 時鐘經(jīng)預(yù)分頻后提供，通過可配置的時間窗口來檢測應(yīng)用程序非正常的過遲或過早的操作。 WWDG 最適合那些要求看門狗在精確計時窗口起作用的應(yīng)用程序。

之所以稱為窗口就是因為其喂狗時間是一個有上下限的范圍內(nèi)(窗口)，你可以通過設(shè)定相關(guān)寄存器，設(shè)定其上限時間(下限固定)。喂狗的時間不能過早也不能過晚。

窗口看門狗通常被用來監(jiān)測，由外部干擾或不可預(yù)見的邏輯條件造成的應(yīng)用程序背離正常的運行序列而產(chǎn)生的軟件故障。除非遞減計數(shù)器的值在 T6 位變成 0 前被刷新，看門狗電路在達(dá)到預(yù)置的時間周期時，會產(chǎn)生一個 MCU 復(fù)位。如果在遞減計數(shù)器達(dá)到窗口寄存器值之前刷新控制寄存器中的 7 位遞減計數(shù)器值，也會產(chǎn)生 MCU 復(fù)位。這意味著必須在限定的時間窗口內(nèi)刷新計數(shù)器

而獨立看門狗限制喂狗時間在0-x內(nèi)，x由相關(guān)寄存器決定。喂狗的時間不能過晚。

對于一般的看門狗，程序可以在它產(chǎn)生復(fù)位前的任意時刻刷新看門狗，但這有一個隱患，有可能程序跑亂了又跑回到正常的地方，或跑亂的程序正好執(zhí)行了刷新看門狗操作，這樣的情況下一般的看門狗就檢測不出來了; 如果使用窗口看門狗，程序員可以根據(jù)程序正常執(zhí)行的時間設(shè)置刷新看門狗的一個時間窗口，保證不會提前刷新看門狗也不會滯后刷新看門狗，這樣可以檢測出程序沒有按照正常的路徑運行非正常地跳過了某些程序段的情況。

3.2 WWDG特征

可編程的自由運行遞減計數(shù)器

復(fù)位條件

- 當(dāng)遞減計數(shù)器值小于 0x40 時復(fù)位(如果看門狗已激活)

- 在窗口之外重載遞減計數(shù)器時復(fù)位(如果看門狗已激活)

提前喚醒中斷 (EWI) ：當(dāng)遞減計數(shù)器等于 0x40 時觸發(fā)(如果已使能且看門狗已激活)

3.3 WWDG功能

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]就是窗口看門狗的計數(shù)器，而 W[6:0](由用戶定義) 則是窗口看門狗的上窗口，下窗口值是固定的( 0X40 )。當(dāng)窗口看門狗的計數(shù)器在上窗口值之外被刷新，或者低于下窗口值都會產(chǎn)生復(fù)位。

STM32F的窗口看門狗中有一個7位的遞減計數(shù)器T[6:0]，它會在出現(xiàn)下述2種情況之一時產(chǎn)生看門狗復(fù)位：

當(dāng)喂狗的時候如果計數(shù)器的值大于某一設(shè)定數(shù)值W[6:0]時，此設(shè)定數(shù)值在WWDG_CFR寄存器定義。

當(dāng)計數(shù)器的數(shù)值從0x40減到0x3F時【T6位跳變到0】

如果啟動了看門狗并且允許中斷，當(dāng)遞減計數(shù)器等于0x40時產(chǎn)生早期喚醒中斷(EWI),它可以用于喂狗以避免WWDG復(fù)位。

實戰(zhàn)演練

一、獨立看門狗

1.1 設(shè)計規(guī)劃

實驗?zāi)繕?biāo)

在配置在配置看門狗后，DS0 將常亮，如果 KEY_UP 按鍵按下，就喂狗(重新狀態(tài)計數(shù)器)，只要 KEY_UP 不停的按，看門狗就一直不會產(chǎn)生復(fù)位，保持 DS0 的常亮，一旦超過看門狗定溢出時間(Tout)還沒按，那么將會導(dǎo)致程序重啟，這將導(dǎo)致 DS0 熄滅一次。

硬件資源

獨立看門狗實驗的核心是在 STM32F4 內(nèi)部進(jìn)行，并不需要外部電路，但是為了外部觀察使用了：

1 ) 指示燈 DS0

2) KEY_UP 按鍵

3) 獨立看門狗

1.2 程序設(shè)計

配置步驟

1.向IWDG_KR寫入0X5555(取消 IWDG_PR 和 IWDG_RLR 的寫保護(hù)，且可以設(shè)置)

預(yù)分頻和重裝載，看門狗喂狗時間(看門狗溢出時間)，計算公式： Tout = ((4x2^peer) x rlr) / 32 Tout為看門狗溢出時間(ms); prer為看門狗時鐘預(yù)分頻值(IWDG_PR值，范圍0~7);rlr為看門狗的重裝載值(IWDG_RLR的值) 如：Tout = ((4x2^4) x 500/32 = 64 x 500 /32 = 1000ms (由于時鐘不準(zhǔn)，所以喂狗時間不能太晚)

2.向 IWDG_KR 寫入 0XAAAA(喂狗)

3.向 IWDG_KR 寫入 0XCCCC(啟動看門狗) 一旦啟動就不能再關(guān)閉，只有重啟時才會關(guān)閉，重啟后不會自動打開IWDG，慎用。

IWDG配置

iwdg.h