STM32窗口看門狗(WWDG)開源

描述

STM32F401xD/E 有兩個看門狗定時器——獨立看門狗 (IWDG) 和窗口看門狗 (WWDG)。在這個項目中，我們將看到如何激活并定期撫摸狗，我的意思是刷新看門狗。此外，如果您不在窗口內(nèi)撫摸您的看門狗，例如太晚或太早撫摸（刷新），我們也會看到會發(fā)生什么。

假定讀者了解 STM32CubeMX、Keil MDK、GPIO、計數(shù)器的一些知識。

理論

顧名思義，看門狗正在監(jiān)視 MCU 上運行的應(yīng)用程序。這是一個監(jiān)控功能。如果程序執(zhí)行的正常順序出現(xiàn)任何異常-軟件故障，看門狗會檢測到它。然后它會啟動 MCU 復(fù)位，這將有助于重新啟動軟件。

從功能的角度來看，IWGD 和 WWDG 之間有兩個主要區(qū)別。

• IWDG 不提供刷新窗口。[這意味著，IWDG 不在乎，只要在遞減計數(shù)器之前刷新它（WWDG_CR[6:0]，翻轉(zhuǎn)]
• IWDG 沒有像 WWDG 那樣提供中斷服務(wù)程序 (ISR)。[這意味著，就在啟動重??置之前，會生成一個中斷，您可以在其中編寫例程以安全退出。]

與 IWDG 不同，WWDG 由 APB1 外設(shè)時鐘提供時鐘。下圖顯示了 STM32CubeMX 的快照形式。

在這個項目中，我們將配置和測試這些案例。

• 情況 1：激活 WWDG，我們不會刷新 WWDG 并通過倒計時計數(shù)器 WWDG_CR[6:0] 來檢查是否觸發(fā)了復(fù)位。我們將使用 Digilent-Analog Discovery (Legacy) 儀器監(jiān)控復(fù)位線。
• 案例 2：包括我們的例程以在窗口中刷新它，并看到 WWDG 沒有啟動重置。[此時我還沒有解釋這個窗口是什么。過段時間就會熟悉]
• 案例 3：我們將過早刷新 WWDG 并檢查是否觸發(fā)了重置。
• 案例 4：我們將啟用 EWI 中斷并編寫一個程序來切換那里的板載綠色 LED。我們將在示波器上觀察到 ISR 在啟動 MCU 復(fù)位之前執(zhí)行。這是 WWDG 中的一項高級功能，在 IWDG 中不可用。

啟動項目..

1. 通過板選擇器在 STM32CubeMX 中創(chuàng)建一個項目。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱附件 - “創(chuàng)建 STM32CubeMX 項目”。

2. 在左側(cè)窗格中，展開 - System Core 并選擇 - WWDG。將出現(xiàn)一個顯示 WWDG 配置的窗口。那里點擊激活。這將使用下圖中第 3 部分中顯示的默認(rèn)配置激活 WWDG。

讓我們了解這些 WWDG 時鐘參數(shù)。

WWDG 計數(shù)器時鐘預(yù)分頻器：時鐘的結(jié)果值等于（PCLK1/4096）/預(yù)分頻器

• PCKL1為 APB1 時鐘（STM32F401RE 為 42MHz）
• 4096為內(nèi)分頻器

[預(yù)分頻器只是一個時鐘分頻器。預(yù)分頻器越高，計數(shù)器的時鐘頻率就越低。因此計數(shù)需要更長的時間。]

讓我們選擇預(yù)分頻器為 8： (PCLK1/4096)/ 8

這導(dǎo)致遞減計數(shù)器的 WWDG 時鐘為 (42MHz/4096)/8 = 1281.738 Hz。因此時鐘周期（1 個時鐘周期）約為。780us

tClkWwdg = 780us

窗口：WWDG 中的這個術(shù)語是指允許刷新看門狗的時間范圍。超出該區(qū)域被解釋為軟件故障，并且 MCU 復(fù)位由 WWDG 啟動。現(xiàn)在讓我們配置這個窗口。請在下面找到圖片。

突出顯示的 3 個參數(shù)定義了窗口。

T[6:0] 是遞減計數(shù)器的 WWDG_CR[6:0] 寄存器。最大值為 127。一旦看門狗被激活 WWDG_CR[7] 被設(shè)置，倒計時以 tClkWWDG 的速率開始。在這種情況下，它是 780us。

W[6:0] 是 WWDG_CFR[6:0] 寄存器，用于在運行時與遞減計數(shù)器進行比較的窗口值。

0x3F 是向下計數(shù)器計數(shù)的最低限制。一旦計數(shù)器達(dá)到該值，就會觸發(fā)復(fù)位。

當(dāng)遞減計數(shù)器值大于 W[6:0] 且小于 0x3F 時，服務(wù)（刷新/更新）WWDG 很重要。未能在此窗口中刷新被 WWDG 解釋為軟件故障并啟動復(fù)位。

讓我們?yōu)榭撮T狗窗口選擇一些值。

預(yù)分頻器 = 8；W = 94; T = 127。

現(xiàn)在讓我們計算時間。

遞減計數(shù)器從 127 遞減到 63 所用時間為 tWWDG = tClkWWDG * (127 - 63) = 49.92ms

從遞減計數(shù)器 127 開始直到達(dá)到 94 都不允許刷新，即 tNoRefr = tClkWWDG * (127-94) = 25.74ms

在 tNoRefr 和 tWWDG 之前允許刷新。

讓我們回到 CubeMX，切換到 Project Manager 視角并選擇 Keil MDK，保存項目并點擊 - 'Generate code'。

請注意，看門狗中斷（Early Wakeup Interrupt-EWI）保持禁用狀態(tài)。我們將在稍后部分討論它。

選擇 Open project 并打開 Keil MDK IDE。如下圖所示，打開main.c文件。

構(gòu)建項目，看看沒有錯誤。

右鍵單擊看門狗初始化函數(shù)并選擇轉(zhuǎn)到定義。

static void MX_WWDG_Init(void);

請注意，參數(shù)與我們在 CubeMX 中指定的一樣。

也可以隨意查看源文件stm32f4xx_it.c，用于 EXTI（外部中斷/事件控制器）例程。目前我們還沒有配置任何中斷。在后面的部分中，我們將更深入地了解它。

部署和測試：

無需浪費太多時間，只需構(gòu)建項目并將其部署到我們的 ST32F401RE Nucleo 板即可。

情況1：

由于我們尚未為 WWDG 提供服務(wù)，因此在遞減計數(shù)器達(dá)到 0x3F 后，將觸發(fā) MCU 復(fù)位。我們將超級有用的 Digilent Analog Discovery 的示波器通道 1 連接到復(fù)位線并對其進行監(jiān)控。

我們的預(yù)期是，WWDG 每大約 50 毫秒觸發(fā)一次復(fù)位。

CN4- Pin 5 is NRST

請參閱下面的兩張圖片以供參考。

打開 Digilent 波形。我已經(jīng)為通道 1 配置了一些測量選項 - x 光標(biāo)，這將有助于我們查看復(fù)位發(fā)生的頻率。

構(gòu)建項目并點擊調(diào)試按鈕。

讓我們從 RCC 外設(shè)監(jiān)控 CRC 寄存器。窗口看門狗復(fù)位標(biāo)志 (WWDGRRSTF) 和刪除復(fù)位標(biāo)志 (RMVF) 在 CRC 寄存器中很重要。詳情請閱讀 STM32 MCU 參考手冊。為了方便起見，我剛剛提供了這兩個 RCC_CRC 寄存器的圖像。

?

回到凱爾..

代碼仍然停止。您會注意到我們設(shè)置了一些重置標(biāo)志。在繼續(xù)進行干凈設(shè)置之前清除所有重置。

Click RMVF bit

Hit運行 (F5) 啟動程序

您將立即看到 WWDGRSTF 設(shè)置。

我們可以看到，正如預(yù)期的那樣，每 ca 都會切換一次重置線。52 毫秒。

案例二：

讓我們撫摸我們的狗，讓它不叫。好的..我的意思是讓我們在窗口中刷新我們的 WWDG 看看會發(fā)生什么..

轉(zhuǎn)到 main.c。如果您仍處于調(diào)試模式，請退出調(diào)試透視圖。在無限的while循環(huán)中包含這段代碼。

HAL_Delay(30);
HAL_WWDG_Refresh(&hwwdg);

HAL_Delay(30) 將 MCU 暫停 30 毫秒。我們等待 30ms 并刷新 WWDG。現(xiàn)在可能很清楚，我們無法在 tNoRefr（25.74 毫秒）的持續(xù)時間內(nèi)刷新看門狗。

結(jié)果..應(yīng)該有由WWDG觸發(fā)的任何重置。讓我們構(gòu)建項目并檢查它..

按照與之前相同的步驟構(gòu)建項目并在調(diào)試模式下打開它。設(shè)置 RMVF 位以清除復(fù)位標(biāo)志并運行程序。您應(yīng)該看到 WWDGRSTF 標(biāo)志始終是清除的。

沒有重置。我們的狗很高興:)

案例3：

我們將過早刷新 WWDG 并檢查是否觸發(fā)了重置。

將延遲值從 30ms 修改為小于 tNoRefr (25.74ms) 的任何值。

我選擇 15 毫秒。

結(jié)果：

由于我們很快就會刷新 WWDG，因此每 18 毫秒觸發(fā)一次重置。

案例4：

最有趣的部分。我們不應(yīng)該忘記 WWDG 有一個漂亮的特性——它會在觸發(fā)休息之前產(chǎn)生一個中斷。這將幫助我們以安全狀態(tài)退出，比如說拍攝系統(tǒng)快照并存儲到 EEPROM 中。

讓我們通過啟用 EWI 中斷并編寫一個例程來切換板載綠色 LED 來檢查此功能。我們將在示波器上觀察到 ISR 在啟動 MCU 復(fù)位之前執(zhí)行。這是 WWDG 中的一項高級功能，在 IWDG 中不可用。

您可以使用 CubeMX 以圖形方式啟用 EWI，如下所示。

這還不夠。我們需要在 NVIC 設(shè)置中啟用看門狗中斷。如果不啟用全局看門狗中斷，僅啟用 EWI 不起作用，因為中斷將無法通過中斷控制器-NVIC。我強烈建議您閱讀參考手冊中的 EXTI 部分以了解更多詳細(xì)信息，因為這超出了本文的范圍。

保存項目并構(gòu)建。這次當(dāng)您切換回 Keil 時，它應(yīng)該會詢問您文件是否已更新以及是否要加載它們。說，是的。

現(xiàn)在你應(yīng)該在你的 Keil 項目中擁有最新的文件。轉(zhuǎn)到文件 stm32f4xx_it.c。您將在最后看到添加了這段額外的代碼（在紅色框中）。它是 WWDG 中斷處理程序。

轉(zhuǎn)到 HAL_WWDG_IRQHandler(&hwwdg); 藍(lán)色框中指示的定義。

我們可以看到啟用了早期喚醒回調(diào)并為我們創(chuàng)建了 __weak 函數(shù)。復(fù)制該函數(shù)并將其粘貼到 main.c 并刪除 __weak。這就是我們將編寫例程以切換板載綠色 LED 以查看 ISR 是否在啟動復(fù)位之前執(zhí)行的地方。請參閱下圖，指示它必須在 main.c 中復(fù)制的位置。在所有外設(shè)初始化功能完成后以及在用戶代碼開始和結(jié)束之間執(zhí)行此操作。

讓我們從函數(shù)體中刪除所有內(nèi)容并切換我們的板載 LED。

另外，注釋掉寫在 while(1) 無限循環(huán)中的代碼。這次我們將讓遞減計數(shù)器過去，并期望 WWDG 重置 MCU。但在此之前，我們希望它服務(wù)于我們的中斷。我們將通過每 20 毫秒切換一次 LED 來監(jiān)控這一點。

請按照與之前相同的步驟構(gòu)建項目并在調(diào)試模式下打開它。設(shè)置 RMVF 位以清除復(fù)位標(biāo)志并運行程序。

結(jié)果：

請參閱顯示切換板載綠色 LED 的視頻-

?

示波器：

Ch1：NRST

通道 2：LED

我們可以看到中斷是在大約生成的。復(fù)位前 780us，正好是之前的一個 WWDG 時鐘周期。但是每 52ms 觸發(fā)一次復(fù)位，即只有在遞減計數(shù)器倒數(shù)到 0x3F（十進制：63）之后。

注意：如果您需要有關(guān) STM32F4 的 HAL 庫以及如何使用它們的完整信息，請參閱手冊 UM1725。STM32F4 HAL 和底層驅(qū)動說明

結(jié)論

我們已經(jīng)在各種場景下對STM32F401RE的Window看門狗進行了配置和測試。在案例 4 中，我們看到了一些非常有趣的東西。板載 LED 不是每 20 毫秒切換一次。復(fù)位迫使 LED 關(guān)閉，因為 WWDG 只給 MCU 1 個時鐘周期來做任何重要的事情。由于每 52ms 發(fā)生一次復(fù)位，我們可能會將 LED 切換誤解為我們的 ISR 例程。事實上，HAL_GPIO_TogglePin()甚至沒有完全執(zhí)行。它被重置破壞了。嘗試注釋掉HAL_Delay()，嘗試替換HAL_GPIO_TogglePin()to HAL_GPO_WritePin()，看看會發(fā)生什么。

同樣在啟用 EWI 的情況下，嘗試過早刷新 WWDG 并查看是否執(zhí)行了 ISR。如果您有任何問題，請告訴我。我很高興聽到您的反饋。感謝您的閱讀！