WDG看门狗

1 WDG

1.1 简介

WDG是看门狗定时器（Watchdog Timer）的缩写，它是一种用于计算机和嵌入式系统中的定时器，用来检测和恢复系统故障。

看门狗就像是一个忠诚的宠物狗，它时刻盯着你的程序，确保它们正常运行。如果程序因为设计上的小错误、硬件出了问题，或者受到了外界的干扰，导致程序卡住不动或者乱跑，看门狗就会立刻采取行动，让程序重新启动，防止它长时间处于无响应状态，这样就能保障系统的稳定和安全。

简单来说，看门狗就是一个特殊的计时器。它一旦开始计时，就需要程序在规定的时间内给它一个信号，告诉它一切都好。如果程序太忙了或者出了问题，没能在规定时间内给看门狗这个信号，看门狗就会自动启动一个重启程序，让系统回到正常状态。这个过程就像是给看门狗“喂骨头”，让它知道一切都在控制之中。如果没有按时“喂狗”，看门狗就会认为出了问题，然后采取行动。

1.2 主要功能与应用

• 1.系统监控：监控系统运行状态，确保系统不会因软件故障而停止响应。

• 2.防止死锁：如果程序进入无限循环，看门狗定时器可以检测到并重置系统。

• 3.安全机制：在某些关键系统中，看门狗定时器可以作为一个安全机制，确保系统在异常情况下能够安全地重启。

1.3 分类

WDG（Watchdog Timer）看门狗通常分为以下几种类型：

• 1.独立看门狗（Independent Watchdog, IWDG）：独立于系统的其他部分运行，具有自己的时钟源，通常用于监视硬件错误。

• 2.窗口看门狗（Window Watchdog, WWDG）：与系统时钟相关联，具有一个时间窗口，在该窗口内必须重置计数器，否则会产生系统复位。主要用于监视软件错误。

• 3.软件看门狗：由软件实现，依赖于操作系统的调度和运行环境，如果主程序卡死，软件看门狗可能无法触发重置。

• 4.硬件看门狗：具有独立的硬件结构，即使主程序卡死，也能独立于软件运行并触发系统重置。

• 5.周期性看门狗（AliveSupervision）：监控周期性程序是否能正常执行，保证程序处于活跃状态。

• 6.截止期限看门狗（DeadlineSupervision）：监督软件在两个状态之间的转换时间，确保在预定时间内完成特定任务。

• 7.逻辑看门狗（LogicalSupervision）：监督软件执行顺序的正确性，确保程序按照预定逻辑运行。

这些看门狗类型可以根据不同的需求和应用场景进行选择和配置，以确保系统的稳定性和可靠性。

STM32中内置了两个看门狗：

• 独立看门狗（Independent Watchdog, IWDG）

• 窗口看门狗（Window Watchdog, WWDG）

2 IWDG

2.1 IWDG框图

• 1.输入时钟LSI（40KHz），进入预分频器进行分频（8位，最多256分频，由预分频寄存器IWDG_PR控制分频系数）。

• 2.时钟驱动递减计数器（每来一个时钟自减一个数，12位，最大值为4095），自减到0后产生IWDG复位信号。

• 3.提前在重装载寄存器（IWDG_RLR）写一个值，在键寄存器（IWDG_KR）中写一个特定数据控制电路，进行喂狗，这时重装值就会复制到当前的计数器中。

• 4.计数器回到重装值，重新自减运行。

预分频寄存器IWDG_PR、状态寄存器IWDG_SR（只读）、重装载寄存器IWDG_RLR、键寄存器IWDG_KR位于1.8V供电区；主要工作电路位于V_DD供电区。

2.2 键寄存器IWDG_KR

键寄存器是IWDG系统中的核心控制组件，它的作用类似于一把精密的钥匙，用于精细调控看门狗的启动、寄存器的访问权限以及计数器的重载操作。

在嵌入式系统设计中，硬件电路可能会受到各种电磁干扰的影响，这些干扰有时会导致控制信号的误触发。为了避免这种情况，键寄存器采用了一种特殊的工作机制：通过在整个寄存器中写入一系列特定的值，而不是仅仅修改单个位，从而大大降低了因干扰而错误操作硬件电路的风险。

写入键寄存器的值	作用
0xCCCC	启动独立看门狗
0xAAAA	将IWDG_RLR中的值重新加载到计数器（喂狗）
0x5555	解除IWDG_RP与IWDG_RLR的写保护
0x5555之外的值	启动IWDG_RP与IWDG_RLR的写保护

2.3 IWDG超时时间

超时时间 == T_IWDG = T_LSI × PR预分频系数 × (RL + 1)==

T_LSI = 1/F_LSI ，F_LSI = 40KHz

例如：当预分频系数为4时，最短超时时间 = 1/40000 * 4 * 1 = 0.0001s = 0.1ms；最长超时时间 = 1/40000 * 4 * 4096 = 0.4096s = 409.6ms

在多个可选择的预分频系数中，应该优先选择预分频系数小的，这样可以最大化利用计数器的值来减小时间误差。
原因：有的时候，带入上面公式计算，得到的RL值是一个小数，但RL只能给整数，所以四舍五入取整就会造成误差，这时，如果预分频系数小，时钟快，那么取整后造成的误差就比较小。

3 WWDG

3.1 WWDG框图

• 1.PCLK1时钟（默认36KHz）进入看门狗分频器WDGTB。

  PCLK1时钟进入到WDGTB之前会先进行了4096分频。

• 2.分频之后的时钟驱动计数器（6位递减计数器）进行计数。

• 3.当T6位等于0时，产生复位信号。

  T5~T0为有效计数值，T6用来当作溢出标志位，T6等于1时表示计数器没溢出，为0时表示计数器溢出。

  • 把T6当作计数器的一部分，整个计数器的值减到0x40（二进制：10 0000）之后溢出；

  • 把T6当作溢出标志位，低6位的计数值减到0后溢出。

WDGA：窗口看门狗的激活位（使能），为1启用窗口看门狗。

窗口看门狗的最晚界限由看门狗控制寄存器（WWDG_CR）控制；最早界限由看门狗配置寄存器（WWDG_CFR）控制。

3.2 WWDG工作特性

• 一. 递减计数器T[6:0]的监控机制：

  • 当WWDG的递减计数器T[6:0]的值降至0x40以下时，系统将触发一个复位，以确保在预定的监控时间内系统能够正常响应。

• 二.窗口值W[6:0]的作用：

  • 如果递减计数器T[6:0]在窗口值W[6:0]设定的范围之外被重新装载，WWDG将立即产生复位。这个特性确保了系统在预设的监控窗口内必须进行重置，以防止潜在的系统故障。

  喂狗时把当前计数值与预设的窗口值进行比较，如果T[6:0] > W[6:0] 就产生复位信号。

• 三.早期唤醒中断（Early Wakeup Interrupt, EWI）：

  • 当递减计数器T[6:0]的值达到0x40时，WWDG可以发出早期唤醒中断信号。这个中断允许系统及时重装载计数器，从而避免因计数器归零而触发的WWDG复位。

  1、早期唤醒中断中可以用来执行一些紧急操作，比如保持重要数据、关闭危险设备等。

  2、当超时喂狗时，我们可以在中断里执行一些代码进行解决，或者任务不是很危险，超时了只想做一些提示，可以在早期唤醒中断中直接执行喂狗，阻止系统复位，提示信息。

• 四.维护WWDG的正常运行：

  • 为了防止WWDG因计数器归零而引发复位，系统必须定期向WWDG控制寄存器（WWDG_CR）写入新的值，这一操作通常被称为“喂狗”。这是确保系统稳定运行的重要维护步骤。

总结：喂狗太晚，6位计数器减到0了复位；喂狗太早，计数器的值超过窗口值了，复位。

3.3 超时时间

• 超时时间：T_WWDG = T_PCLK1 × 4096 × WDGTB预分频系数 × （T[5:0] + 1）

  要乘一个4096是因为PCLK1时钟进入到WDGTB之前先进行了4096分频。

• 窗口时间：T_WIN = = T_PCLK1 × 4096 × WDGTB预分频系数 × （T[5:0] - W[5:0]）

• T_PCLK1 = 1 / F_PCLK1

例如：超时时间为50ms，窗口时间为30ms，WDGTB预分频系数为8：

• 超时时间：T_WWDG = 50 * 10^-3 = 1 / 36000 * 4096 * 8 * （T[5:0] + 1） -> T[5:0] = 54

• 窗口时间：T_win = 30 * 10^-3 = 1 / 36000 * 4096 * 8 * （T[5:0] - W[5:0]） -> W[5:0] = 21

4 软件设计

4.1 IWDG

4.1.1 配置流程：

• 1.开启LSI时钟

• 2.解除预分频器和重装寄存器写保护

• 3.写入预分频和重装值

• 4.启动看门狗

• 5.喂狗

在喂狗或使能的时候，会在键寄存器写入5555之外的值，就顺便给寄存器写保护了，不需要再手动执行写保护。

4.1.2 IDWG软件设计

// main.c
/***** 1000ms ******/
void IWDG_Init(void)
{IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_16);IWDG_SetReload(2499);IWDG_ReloadCounter();IWDG_Enable();
}int main(void)
{USART_Config();if(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) == SET) {printf("\r\n -----------看门狗复位\r\n");Delay_ms(100);RCC_ClearFlag();}else{printf("\r\n -----------程序复位\r\n");}IWDG_Init();while(1){IWDG_ReloadCounter();printf("\r\n -----------IWDG_ReloadCounter\r\n");Delay_ms(900);}}

• 如果看门狗不会自动复位，拔掉DAP之后再按复位键。

4.2 WWDG

4.2.1 配置流程

• 1.开启窗口看门狗APB1的时钟

• 2.配置各寄存器（预分频、窗口值）

  窗口看门狗没有写保护，所以可以在这一步直接写这些寄存器

• 3.写入控制寄存器CR

包含看门狗使能位、计数器溢出标志位和计数器有效位

• 4.在运行过程中，不断向计数器写入想要的重装值喂狗

4.2.2 WWDG软件设计

// main.c
void WWDG_Init()
{RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE);WWDG_SetPrescaler(WWDG_Prescaler_8);/*** 设置窗口时间 ***/WWDG_SetWindowValue(0x40 | 21); // 低6位有效，第7位置1  	  30ms/*** 设置超时时间 ***/WWDG_Enable(0x40 | 54); // 0x40 WWDG_CR T6为1   		  50ms
}int main(void)
{USART_Config();if(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_WWDGRST) == SET) {printf("\r\n -----------窗口看门狗复位\r\n");Delay_ms(100);RCC_ClearFlag();}else{printf("\r\n -----------程序复位\r\n");}WWDG_Init();while(1){Delay_ms(40);WWDG_SetCounter(0x40 | 54);printf("\r\n -----------WWDG_SetCounter\r\n");}}

注意：

• 1.在WWDG_ENABLE后注意不要喂狗，会导致复位。

• 2.在开启窗口看门狗时，一定要给个重装值，并且T6位置1，以防止开的时候立刻就复位了。

  即使窗口看门狗被禁止，递减计数器仍继续递减计数。

5 IWDG与WWDG对比

	IWDG	WWDG
复位	计数器减到0后	计数器T[5:0]减到0后、在窗口时间外重装计数器
中断	无	早期中断唤醒
时钟源	LSI（40KHz）	PCLK1（默认36KHz）
预分频系数	4、8、16、32、64、128、256	1、2、4、8
计数器	12位	（有效计数）6位
超时时间	0.1ms~26214.4ms	113us~58.25ms
喂狗方式	写入键寄存器，重装固定值RLR	直接写入计数器，写入多少重装值为多少
防误操作	键寄存器和写保护	无
应用场合	独立工作，对时间精度要求较低	要求看门狗在精确计时窗口起作用

无论是独立看门狗还是窗口看门狗，一旦启动就无法关闭。