STM32 嵌入式学习入门 —— 窗口看门狗 & 独立看门狗

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STM32的窗口看门狗 & 独立看门狗

一、看门狗概述：

1.为什么需要看门狗？

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) 。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/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时，触发一个中断（仅适用窗口看门狗）或者产生系统复位。

2.看门狗解决的问题是什么？

   ①在启动正常运行的时候，系统不能复位；②在系统跑飞（程序异常执行）的情况，系统复位，程序重新执行。

3.独立看门狗与窗口看门狗的区别？

（1）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。独立看门狗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。

（2）窗口看门狗由从APB1时钟分频后得到时钟驱动。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。  窗口看门狗最适合那些要求看门狗在精确计时窗口起作用的程序。

==========下面分别介绍独立看门狗和窗口看门狗的内容============

二、独立看门狗（IWDG）：

STM32 的独立看门狗由内部专门的40Khz低速时钟驱动，即使主时钟发生故障，它也仍然有效。这里需要注意独立看门狗的时钟是一个内部RC时钟，所以并不是准确的40Khz，而是在30~60Khz之间的一个可变化的时钟，只是我们在估算的时候，以40Khz的频率来计算，看门狗对时间的要求不是很精确，所以，时钟有些偏差，都是可以接受的。首先我们看一下看门狗的原理。这个百度百科里面有很详细的解释。 总结如下：

看门狗的原理：

单片机系统在外界的干扰下（比如磁场等）会出现程序跑飞的现象导致出现死循环，从而系统无法正常工作。 看门狗电路就是为了避免这种情况的发生而设计的。 看门狗的作用就是如果在一定时间内（通过定时计数器实现） 没有接收喂狗信号（表示MCU已经挂了），便实现处理器的自动复位重启（发送复位信号），以实现系统的正常运行。看门狗就是定期检查芯片内部程序运行情况，运行一旦发生错误就向芯片发出重启信号的电路。看门狗在程序的中断中拥有最高的优先级。

下面先了解几个与独立看门狗相关联的寄存器之后讲解怎么通过库函数来实现配置。首先是键值寄存器IWDG_KR，该寄存器的各位描述如下图所示：

在键值寄存器(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，只要键寄存器 IWDG_KR中被写入0xAAAA，IWDG_RLR中的值就会被重新加载到计数器中从而避免产生看门狗复位。
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。
还有两个寄存器，一个预分频寄存器（IWDG_PR），该寄存器用来设置看门狗时钟的分频系数。 另一个重装载寄存器。该寄存器用来保存重装载到计数器中的值。该寄存器也是一个32位寄存器，但是只有低12位是有效的。只要对以上三个寄存器进行相应的设置，我们就可以启动STM32的独立看门狗，启动过程可以按如下步骤实现： 

1） 取消寄存器写保护（向IWDG_KR写入0X5555），库函数的实现是通过下面的函数调用实现的：

IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);

2）设置独立看门狗的预分频系数和重装载值
设置看门狗的分频系数的函数是：

void IWDG_SetPrescaler(uint8_t IWDG_Prescaler); //设置 IWDG 预分频值

设置看门狗的重装载值的函数是：

void IWDG_SetReload(uint16_t Reload); //设置 IWDG 重装载值

设置好看门狗的分频系数prer和重装载值就可以知道看门狗的喂狗时间（也就是看门狗溢出时间），该时间的计算方式为：
Tout=((4×2^prer)×rlr) /40
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）。这里需要提醒大家的是，看门狗的时钟不是准

确的40Khz，所以在喂狗的时候，最好不要太晚了，否则，有可能发生看门狗复位。

3） 重载计数值喂狗（向IWDG_KR写入0XAAAA）
库函数里面重载计数值的函数是：

IWDG_ReloadCounter(); //按照 IWDG 重装载寄存器的值重装载 IWDG 计数器

通过这句，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。

4）启动看门狗(向IWDG_KR写入0XCCCC)
库函数里面启动独立看门狗的函数是：

IWDG_Enable(); //使能 IWDG

调用这个函数就启动了STM32的看门狗。 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，所以如果不用IWDG的话，就不要去打开它，免得麻烦。

通过上面4个步骤，我们就可以启动STM32的看门狗了，使能了看门狗，在程序里面就必须间隔一定时间喂狗，否则将导致程序复位。比如我们可

以用LED灯的长亮表示程序在正常执行，用LED灯的闪烁表示程序产生复位（即程序被重新装载后LED灯会闪烁一下）。

三、窗口看门狗的原理（WWDG）：

窗口看门狗的原理与独立看门狗一致，之所以称之为窗口看门狗就是因为其喂狗时间是一个有上下限的范围（窗口），我们可以通过设定相关寄存

器，设定其上限时间（下限固定），喂狗的时间不能过早也不能过晚，应该在下限时间（固定值）— 上限时间（可自己设定）之间，这里注意自己

设置的上限时间应大于下限时间。而独立看门狗限制喂狗时间在0-x内，x由相关寄存器决定。无论是独立看门狗还是窗口看门狗，喂狗的时间不能过

晚。

下图是窗口看门狗的工作示意图：

接下来，介绍和窗口看门狗相关的3个寄存器。

1.控制寄存器（WWDG_CR），该寄存器的各位描述如下图所示：

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。

2.配置寄存器（WWDG_CFR），该寄存器的各位及其描述如图所示：

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！

3.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。

四、启用窗口看门狗：

下面介绍通过使用库函数的方法启用窗口看门狗的步骤。

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。调用下面的函数即可：

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

2） 设置窗口值和分频数
设置窗口值的函数如下，这个函数的入口参数 WindowValue 用来设置看门狗的上窗口值。

void WWDG_SetWindowValue(uint8_t WindowValue)；

设置分频数的函数如下，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：

void WWDG_SetPrescaler(uint32_t WWDG_Prescaler)；

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 

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。

完成了以上 5 个步骤之后，我们就可以使用 STM32 的窗口看门狗了。
在最后，如果想使用中断服务函数，就要编写窗口看门狗的中断服务函数，通过该函数来喂狗，比如可以通过按键来喂狗，通过LED灯来指示程序执行的情况。注意喂狗要快，否则当窗口看门狗计数器值减到0X3F的时候，就会引起软复位了。在中断服务函数里面也要将状态寄存器的EWIF位清空。