STM32中的獨立看門狗和窗口看門狗是什么

一、前言

在早期的MCU中是沒有看門狗這種東西的，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都集成了看門狗的功能。但是目前看門狗發(fā)展到今天基本上分為兩大類：獨立看門狗和窗口看門狗。

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

窗口看門狗 ：使用芯片內(nèi)部時鐘。喂狗的時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，都會認(rèn)為MCU出現(xiàn)了異常，從而復(fù)位MCU。窗口看門狗是系統(tǒng)內(nèi)部故障探測器，如果系統(tǒng)時鐘出現(xiàn)了錯誤，那么窗口看門狗也就失去了作用，主要用于監(jiān)視軟件的錯誤。

二、獨立看門狗

從上面的簡單對于相信大家對于獨立看門狗已經(jīng)有些了解了，這部分就詳細(xì)的給大家講解一下獨立看門狗，以及獨立看門狗的實現(xiàn)原理。

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

這種情況下會造成系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果。因此出于對單片機(jī)運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測的考慮，產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機(jī)程序運行狀態(tài)的模塊或芯片，稱為看門狗。

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

在這里插入圖片描述

STM32中的獨立看門狗時通過向鍵值寄存器（IWDG_KR）寫入0xCCCC來進(jìn)行配置的，當(dāng)開啟了獨立看門狗之后其計數(shù)器就開始從0xFFF遞減計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到末尾0x000時，會產(chǎn)生一個復(fù)位信號（IWDG_RESET）。無論何時，只要鍵寄存器IWDG_KR中被寫入0xAAAA，IWDG_RLR中的值就會被重新加載到計數(shù)器中從而避免產(chǎn)生看門狗復(fù)位。

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

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

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

配置代碼如下所示：

/**
 * 初始化獨立看門狗
 * 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.
 * 時間計算(大概):Tout=((4*2^prer)*rlr)/40 (ms).
 */
void IWDG_Init(u8 prer,u16 rlr)
{
    IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable); /* 使能對寄存器IWDG_PR和IWDG_RLR的寫操作*/
    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計數(shù)器*/
    IWDG_Enable();        /*使能IWDG*/
}

/**
 * 喂獨立看門狗
 */
void IWDG_Feed(void)
{
    IWDG_ReloadCounter();    /*reload*/
}

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

對于溢出時間的計算大家可以按照下面的公式計算：Tout=((4×2^prer) ×rlr) /40 （M3)

獨立看門狗所用到的庫函數(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、窗口看門狗

窗口看門狗（WWDG）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 （WWDG->CR 的第六位）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。

在遞減計數(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 MCU 復(fù)位。這表明遞減計數(shù)器需要在一個有限的時間窗口中被刷新。

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

下面來看一下窗口看門狗的配置步驟以及配置代碼;

1. 使能 WWDG 時鐘
2. 設(shè)置窗口值和分頻數(shù)
3. 開啟 WWDG 中斷并分組
4. 設(shè)置計數(shù)器初始值并使能看門狗

窗體看門狗需要用到的庫函數(shù);

void RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE); // WWDG 時鐘使能
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(); //開啟窗口看門狗中斷
void WWDG_Enable(uint8_t Counter)；//設(shè)置計數(shù)器初始值并使能看門狗

注意 ：在編寫中斷服務(wù)函數(shù)時喂狗一定要快，因為窗口看門狗的時效性比較強

窗口看門狗的代碼如下：

.c

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

.h

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

//窗口看門狗
//保存WWDG計數(shù)器的設(shè)置值,默認(rèn)為最大. 
u8 WWDG_CNT=0x7f; 
//初始化窗口看門狗  
//tr   :T[6:0],計數(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();//初始化窗口看門狗 NVIC

 WWDG_EnableIT(); //開啟窗口看門狗中斷
} 
//重設(shè)置WWDG計數(shù)器的值
void WWDG_Set_Counter(u8 cnt)
{
    WWDG_Enable(cnt);//使能看門狗 , 設(shè)置 counter .  
}
//窗口看門狗中斷服務(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3，組2 
 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //搶占2，子優(yōu)先級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();       //延時函數(shù)初始化   
 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級分組為組2：2位搶占優(yōu)先級，2位響應(yīng)優(yōu)先級
 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 LED0 來指示 STM32 是否被復(fù)位了，如果被復(fù)位了就會點亮 500ms。LED0 用來指示中斷喂狗，每次中斷喂狗翻轉(zhuǎn)一次。

四、結(jié)語

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