STM32中的獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗

一、前言

在早期的MCU中是沒(méi)有看門(mén)狗這種東西的，所以產(chǎn)品就很容易出現(xiàn)死機(jī)，跑飛的情況。為了避免這種情況的出現(xiàn)，后期的MCU都集成了看門(mén)狗的功能。但是目前看門(mén)狗發(fā)展到今天基本上分為兩大類：獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗。

獨(dú)立看門(mén)狗 ：使用的是外部時(shí)鐘，即使主頻不工作了，看門(mén)狗也能正常工作。只要在到達(dá)喂狗時(shí)間的上限前喂狗即表示程序是正常的，這點(diǎn)和窗口看門(mén)狗是有區(qū)別的。另外獨(dú)立看門(mén)狗是獨(dú)立于整個(gè)系統(tǒng)之外的，這也是獨(dú)立看門(mén)狗名字的由來(lái)，他有自己獨(dú)立的時(shí)鐘，不受整個(gè)系統(tǒng)的影響，所以獨(dú)立看門(mén)狗主要用來(lái)監(jiān)控硬件上的錯(cuò)誤。

窗口看門(mén)狗 ：使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘。喂狗的時(shí)間既有上限又有下限，即喂狗太早或者太晚都不行，比如我要求你在0.8s到0.9s內(nèi)完成喂狗動(dòng)作，如果你在0.8s之前或者在0.9s之后喂狗都是不可以的，都會(huì)認(rèn)為MCU出現(xiàn)了異常，從而復(fù)位MCU。窗口看門(mén)狗是系統(tǒng)內(nèi)部故障探測(cè)器，如果系統(tǒng)時(shí)鐘出現(xiàn)了錯(cuò)誤，那么窗口看門(mén)狗也就失去了作用，主要用于監(jiān)視軟件的錯(cuò)誤。

二、獨(dú)立看門(mén)狗

從上面的簡(jiǎn)單對(duì)于相信大家對(duì)于獨(dú)立看門(mén)狗已經(jīng)有些了解了，這部分就詳細(xì)的給大家講解一下獨(dú)立看門(mén)狗，以及獨(dú)立看門(mén)狗的實(shí)現(xiàn)原理。

在了解獨(dú)立看門(mén)狗之前我想大家還是需要先了解一下看門(mén)狗到底是來(lái)干什么的，在由單片機(jī)構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)干擾導(dǎo)致程序跑飛，陷入死循環(huán)——即程序正常運(yùn)行被打斷，系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作。

這種情況下會(huì)造成系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果。因此出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，產(chǎn)生了一種專門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的模塊或芯片，稱為看門(mén)狗。

這里以大家熟悉的STM32為例給大家講解一下獨(dú)立看門(mén)狗的配置以及工作過(guò)程。STM32F10xxx內(nèi)置兩個(gè)看門(mén)狗：獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗，提供了更高的安全性、時(shí)間的精確性和使用的靈活性。

在這里插入圖片描述

STM32中的獨(dú)立看門(mén)狗時(shí)通過(guò)向鍵值寄存器（IWDG_KR）寫(xiě)入0xCCCC來(lái)進(jìn)行配置的，當(dāng)開(kāi)啟了獨(dú)立看門(mén)狗之后其計(jì)數(shù)器就開(kāi)始從0xFFF遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到末尾0x000時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)（IWDG_RESET）。無(wú)論何時(shí)，只要鍵寄存器IWDG_KR中被寫(xiě)入0xAAAA，IWDG_RLR中的值就會(huì)被重新加載到計(jì)數(shù)器中從而避免產(chǎn)生看門(mén)狗復(fù)位。

IWDG_PR和IWDG_RLR寄存器具有寫(xiě)保護(hù)功能。要修改這兩個(gè)寄存器的值，必須先向IWDG_KR寄存器中寫(xiě)入0x5555。將其他值寫(xiě)入這個(gè)寄存器將會(huì)打亂操作順序，寄存器將重新被保護(hù)。重裝載操作（即寫(xiě)入0xAAAA）也會(huì)啟動(dòng)寫(xiě)保護(hù)功能。

知道了上面配置的基本原則之后我們就可以開(kāi)始配置我們的看門(mén)狗了，具體配置過(guò)程及配置代碼如下所示：

1. 取消寄存器寫(xiě)保護(hù)；
2. 設(shè)置獨(dú)立看門(mén)狗的與分頻系數(shù)，確定時(shí)鐘；
3. 設(shè)置看門(mén)狗重裝載值；
4. 使能看門(mén)狗；
5. 應(yīng)用程序喂狗；

配置代碼如下所示：

/**
 * 初始化獨(dú)立看門(mén)狗
 * prer:分頻數(shù):0~7(只有低 3 位有效!)
 * 分頻因子=4*2^prer.但最大值只能是 256!
 * rlr:重裝載寄存器值:低 11 位有效.
 * 時(shí)間計(jì)算(大概):Tout=((4*2^prer)*rlr)/40 (ms).
 */
void IWDG_Init(u8 prer,u16 rlr)
{
    IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable); /* 使能對(duì)寄存器IWDG_PR和IWDG_RLR的寫(xiě)操作*/
    IWDG_SetPrescaler(prer);    /*設(shè)置IWDG預(yù)分頻值:設(shè)置IWDG預(yù)分頻值*/
    IWDG_SetReload(rlr);     /*設(shè)置IWDG重裝載值*/
    IWDG_ReloadCounter();    /*按照IWDG重裝載寄存器的值重裝載IWDG計(jì)數(shù)器*/
    IWDG_Enable();        /*使能IWDG*/
}

/**
 * 喂獨(dú)立看門(mén)狗
 */
void IWDG_Feed(void)
{
    IWDG_ReloadCounter();    /*reload*/
}

/**
 *main函數(shù)
 */
void main(void)
{
  NVIC_Configuration();//優(yōu)先級(jí)配置
  IWDG_Init(4,625);//初始化獨(dú)立看門(mén)狗，分頻數(shù)為64，重裝載值為625，溢出時(shí)間計(jì)算為：64*625/40=1000ms=1s
 while(1)
  {
    delay_ms(500);//0.5秒喂一次狗
      IWDG_Feed();//喂狗
  }        
}

對(duì)于溢出時(shí)間的計(jì)算大家可以按照下面的公式計(jì)算：Tout=((4×2^prer) ×rlr) /40 （M3)

獨(dú)立看門(mén)狗所用到的庫(kù)函數(shù):

void WWDG_DeInit(void);
void WWDG_SetPrescaler(uint32_t WWDG_Prescaler);
void WWDG_SetWindowValue(uint8_t WindowValue);
void WWDG_EnableIT(void);
void WWDG_SetCounter(uint8_t Counter);
void WWDG_Enable(uint8_t Counter);
FlagStatus WWDG_GetFlagStatus(void);
void WWDG_ClearFlag(void);

三、窗口看門(mén)狗

窗口看門(mén)狗（WWDG）通常被用來(lái)監(jiān)測(cè)由外部干擾或不可預(yù)見(jiàn)的邏輯條件造成的應(yīng)用程序背離正常的運(yùn)行序列而產(chǎn)生的軟件故障。除非遞減計(jì)數(shù)器的值在 T6 位 （WWDG->CR 的第六位）變成 0 前被刷新，看門(mén)狗電路在達(dá)到預(yù)置的時(shí)間周期時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè) MCU 復(fù)位。

在遞減計(jì)數(shù)器達(dá)到窗口配置寄存器(WWDG->CFR)數(shù)值之前，如果 7 位的遞減計(jì)數(shù)器數(shù)值(在控制寄存器中)被刷新，那么也將產(chǎn)生一個(gè) MCU 復(fù)位。這表明遞減計(jì)數(shù)器需要在一個(gè)有限的時(shí)間窗口中被刷新。

但是在使用窗口看門(mén)狗的時(shí)候需要注意寫(xiě)入WWDG_CR 寄存器時(shí)，始終將 1 寫(xiě)入 T6 位，以避免生成立即復(fù)位。

下面來(lái)看一下窗口看門(mén)狗的配置步驟以及配置代碼;

1. 使能 WWDG 時(shí)鐘
2. 設(shè)置窗口值和分頻數(shù)
3. 開(kāi)啟 WWDG 中斷并分組
4. 設(shè)置計(jì)數(shù)器初始值并使能看門(mén)狗

窗體看門(mén)狗需要用到的庫(kù)函數(shù);

void RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE); // WWDG 時(shí)鐘使能
void WWDG_SetWindowValue(uint8_t WindowValue);//設(shè)置窗口值的函數(shù)
void WWDG_SetPrescaler(uint32_t WWDG_Prescaler)；//設(shè)置分頻數(shù)的函數(shù)
void WWDG_EnableIT(); //開(kāi)啟窗口看門(mén)狗中斷
void WWDG_Enable(uint8_t Counter)；//設(shè)置計(jì)數(shù)器初始值并使能看門(mén)狗

注意 ：在編寫(xiě)中斷服務(wù)函數(shù)時(shí)喂狗一定要快，因?yàn)榇翱诳撮T(mén)狗的時(shí)效性比較強(qiáng)

窗口看門(mén)狗的代碼如下：

.c

#ifndef __WDG_H
#define __WDG_H
#include "sys.h"
//獨(dú)立看門(mén)狗
void IWDG_Init(u8 prer,u16 rlr);
void IWDG_Feed(void);
//窗口看門(mén)狗
void WWDG_Init(u8 tr,u8 wr,u32 fprer);//初始化WWDG
void WWDG_Set_Counter(u8 cnt);       //設(shè)置WWDG的計(jì)數(shù)器
void WWDG_NVIC_Init(void);
#endif

.h

#include "wdg.h"
#include "led.h"

//窗口看門(mén)狗
//保存WWDG計(jì)數(shù)器的設(shè)置值,默認(rèn)為最大. 
u8 WWDG_CNT=0x7f; 
//初始化窗口看門(mén)狗  
//tr   :T[6:0],計(jì)數(shù)器值 
//wr   :W[6:0],窗口值 
//fprer:分頻系數(shù)（WDGTB）,僅最低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時(shí)鐘使能

 WWDG_CNT=tr&WWDG_CNT;   //初始化WWDG_CNT.   
 WWDG_SetPrescaler(fprer);設(shè)置IWDG預(yù)分頻值

 WWDG_SetWindowValue(wr);//設(shè)置窗口值

 WWDG_Enable(WWDG_CNT);  //使能看門(mén)狗 , 設(shè)置 counter .                  

 WWDG_ClearFlag();//清除提前喚醒中斷標(biāo)志位 

 WWDG_NVIC_Init();//初始化窗口看門(mén)狗 NVIC

 WWDG_EnableIT(); //開(kāi)啟窗口看門(mén)狗中斷
} 
//重設(shè)置WWDG計(jì)數(shù)器的值
void WWDG_Set_Counter(u8 cnt)
{
    WWDG_Enable(cnt);//使能看門(mén)狗 , 設(shè)置 counter .  
}
//窗口看門(mén)狗中斷服務(wù)程序
void WWDG_NVIC_Init()
{
 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = WWDG_IRQn;    //WWDG中斷
 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;   //搶占2，子優(yōu)先級(jí)3，組2 
 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //搶占2，子優(yōu)先級(jí)3，組2 
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; 
 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//NVIC初始化
}

void WWDG_IRQHandler(void)
{

 WWDG_SetCounter(WWDG_CNT);   //當(dāng)禁掉此句后,窗口看門(mén)狗將產(chǎn)生復(fù)位

 WWDG_ClearFlag();   //清除提前喚醒中斷標(biāo)志位

 LED1=!LED1;   //LED狀態(tài)翻轉(zhuǎn)
}

main.c

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "wdg.h"
 
int main(void)
{  
 delay_init();       //延時(shí)函數(shù)初始化   
 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)分組為組2：2位搶占優(yōu)先級(jí)，2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
 uart_init(115200);  //串口初始化為115200
  LED_Init();
 KEY_Init();          //按鍵初始化  
 LED0=0;
 delay_ms(500);   
 WWDG_Init(0X7F,0X5F,WWDG_Prescaler_8);//計(jì)數(shù)器值為7f,窗口寄存器為5f,分頻數(shù)為8    
  while(1)
 {
  LED0=1;         
 }   
}

在main函數(shù)里通過(guò) LED0 來(lái)指示 STM32 是否被復(fù)位了，如果被復(fù)位了就會(huì)點(diǎn)亮 500ms。LED0 用來(lái)指示中斷喂狗，每次中斷喂狗翻轉(zhuǎn)一次。

四、結(jié)語(yǔ)

到這里今天的講解內(nèi)容就結(jié)束了，不知道你對(duì)于看門(mén)狗以及看門(mén)狗的使用有沒(méi)有理解，如果覺(jué)得有不理解的地方歡迎大家在下方評(píng)論區(qū)留言一起討論！