14.1 STM32看門狗簡介

在單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)的工作可能會(huì)受到外界的電磁干擾或者程序運(yùn)行的BUG導(dǎo)致程序指針錯(cuò)誤，或者其他錯(cuò)誤導(dǎo)致的死循環(huán)，引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，所以需要一個(gè)與系統(tǒng)獨(dú)立的定時(shí)器來監(jiān)控單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這個(gè)定時(shí)器在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，不停的刷新定時(shí)器的計(jì)數(shù)器，例如隔一段時(shí)間給這個(gè)定時(shí)器的計(jì)數(shù)器寫100，然后在定時(shí)器減運(yùn)算到0之前再一次寫入100，這樣，就保證了定時(shí)器不計(jì)數(shù)到0，也就意味著通過判斷這個(gè)定時(shí)器是否計(jì)數(shù)到0來判斷系統(tǒng)是否陷入死機(jī)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)這種功能的定時(shí)器就稱為看門狗，不停的刷新計(jì)數(shù)器值的行為就稱為“喂狗”，一般計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0后會(huì)直接對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，用于避免系統(tǒng)陷入死循環(huán)。

STM32內(nèi)部有兩種看門狗模塊，一種是窗口看門狗WWDG，另一種是獨(dú)立看門狗IWDG，STM32的獨(dú)立看門狗由內(nèi)部專門的40Khz低速時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，即使主時(shí)鐘發(fā)生故障，它也仍然有效。獨(dú)立看門狗的時(shí)鐘是一個(gè)內(nèi)部RC時(shí)鐘，所以并不是準(zhǔn)確的40Khz，而是在30~60Khz之間的一個(gè)可變化的時(shí)鐘，只是我們?cè)诠浪愕臅r(shí)候，以40Khz的頻率來計(jì)算。窗口看門狗通常被用來監(jiān)測(cè)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(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位變成0前被刷新，看門狗電路在達(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。

14.2 獨(dú)立看門狗相關(guān)寄存器

14.2.1 鍵值寄存器IWDG_KR

該寄存器屬于只寫寄存器，讀取的值為0x0000，軟件必須以一定間隔寫入0xAAAA，否則，當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)，看門狗會(huì)產(chǎn)生復(fù)位；

寫入0x5555表示允許訪問IWDG_PR和IWDG_RLR寄存器；

寫入0xCCCC表示啟動(dòng)看門狗工作，如果選擇了硬件看門狗則不受此命令字限制。

14.2.2 預(yù)分頻寄存器IWDG_PR

Bit 2~Bit 0：預(yù)分頻因子

000：預(yù)分頻因子=4

001：預(yù)分頻因子=8

010：預(yù)分頻因子=16

011：預(yù)分頻因子=32

100：預(yù)分頻因子=64

101：預(yù)分頻因子=128

110：預(yù)分頻因子=256

111：預(yù)分頻因子=256

14.2.3 重裝載寄存器IWDG_RLR

Bit 11~Bit 0：看門狗計(jì)數(shù)器重裝載值：每當(dāng)向IWDG_KR寄存器寫入0xAAAA時(shí)，重裝載值會(huì)被傳送到計(jì)數(shù)器中，隨后計(jì)數(shù)器從這個(gè)值開始遞減計(jì)數(shù)。

14.3 窗口看門狗相關(guān)寄存器

14.3.1 控制寄存器WWDG_CR

Bit 7：激活位:，此位由軟件置1，但僅能由硬件在復(fù)位后清0。當(dāng)WDGA=1時(shí)，看門狗可以產(chǎn)生復(fù)位

0：禁止看門狗

1：啟用看門狗

Bit 6~Bit 0：7位計(jì)數(shù)器，存儲(chǔ)看門狗的計(jì)數(shù)器值。每(4096x2 ^WDGTB^ )個(gè)PCLK1周期減1。當(dāng)T6變成0產(chǎn)生看門狗復(fù)位

14.3.2 配置寄存器WWDG_CFR

Bit 9：提前喚醒中斷，此位若置1，則當(dāng)計(jì)數(shù)器值達(dá)到40h，即產(chǎn)生中斷，此中斷只能由硬件在復(fù)位后清除

Bit 8：預(yù)分頻器時(shí)基

00：CK計(jì)時(shí)器時(shí)鐘不分頻

01：CK計(jì)時(shí)器時(shí)鐘2分頻

10：CK計(jì)時(shí)器時(shí)鐘4分頻

11：CK計(jì)時(shí)器時(shí)鐘8分頻

Bit6~Bit 5：7位窗口值，用來與遞減計(jì)數(shù)器進(jìn)行比較用的窗口值

14.3.3 狀態(tài)寄存器WWDG_SR

Bit 0：提前喚醒中斷標(biāo)志，當(dāng)計(jì)數(shù)器值達(dá)到40h時(shí)，此位由硬件置1。它必須通過軟件寫0來清除。若中斷未被使能，此位也會(huì)被置1

14.4 實(shí)驗(yàn)例程

14.4.1 獨(dú)立看門狗實(shí)驗(yàn)

功能：如果看門狗沒有復(fù)位，接在PB5上的LED常亮，如果PA0的按鍵按下，就喂狗，只要按鍵不停的按，看門狗就一直不會(huì)產(chǎn)生復(fù)位，保持DS0的常亮，一旦超過看門狗定溢出時(shí)間，那么將導(dǎo)致程序重啟，這將導(dǎo)致DS0熄滅一次。

（1）創(chuàng)建wdg.h文件輸入以下代碼。

#ifndef _WDG_H_
#define _WDG_H_


#include "sys.h"
/*********************************************************************************************************
                  函    數(shù)    列    表
*********************************************************************************************************/
void IWDG_Init( u8 prer, u16 rlr ) ;                                  //獨(dú)立看門狗初始化


#endif

（2）創(chuàng)建wdg.c文件輸入以下代碼。

#include "wdg.h"
/***************************************************
Name    :IWDG_Init
Function  :獨(dú)立看門狗初始化
Paramater  :
      prer:分頻數(shù):0~7
      rlr:重裝載寄存器值
Return    :None
***************************************************/
void IWDG_Init( u8 prer, u16 rlr )
{
  IWDG->KR = 0x5555 ;                                          //使能對(duì)IWDG->PR和IWDG->RLR的寫
    IWDG->PR = prer ;                                          //設(shè)置分頻系數(shù)
    IWDG->RLR = rlr ;                                          //從加載寄存器 IWDG->RLR
  IWDG->KR = 0xAAAA ;                                          //更新計(jì)數(shù)器
    IWDG->KR = 0xCCCC ;                                          //使能看門狗
}

（3）在1.c文件中輸入以下代碼。

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart1.h"
#include "wdg.h"
/***************************************************
Name    :LED_Init
Function  :LED初始化
Parameter  :None
Return    :None
***************************************************/
#define LED PBout( 5 )                                          //定義LED端口
void LED_Init()
{
  RCC->APB2ENR |= 1<<3 ;
  GPIOB->CRL &= 0xFF0FFFFF ;
  GPIOB->CRL |= 0x00300000 ;
  LED = 1 ;
}
/***************************************************
Name    :KEY_Init
Function  :KEY初始化
Parameter  :None
Return    :None
***************************************************/
#define KEY  PAin( 0 )                                          //定義按鍵端口
void KEY_Init()
{
  RCC->APB2ENR |= 1<<2 ;
  GPIOA->CRL &= 0xFFFFFFF0 ;
  GPIOA->CRL |= 0x00000008;
}
/***************************************************
Name    :main
Function  :主函數(shù)
Parameter  :None
Return    :None
***************************************************/
int main()
{
  STM32_Clock_Init( 9 ) ;                                        //STM32時(shí)鐘初始化
  SysTick_Init( 72 ) ;                                        //SysTick初始化
  USART1_Init( 72, 115200 ) ;                                      //初始化串口1波特率115200
  LED_Init() ;                                            //LED初始化
  KEY_Init() ;                                            //按鍵初始化
   delay_ms( 500 ) ;                                          //延時(shí)500ms,讓人可以看到DS0滅的狀態(tài)
   IWDG_Init( 4, 625 ) ;                                        //與分頻數(shù)為64,重載值為625,溢出時(shí)間為1s
  LED = 0 ;                                              //點(diǎn)亮DS0
  while( 1 )
  {
    if( KEY==1 )
    {
      delay_ms( 10 ) ;
      if( KEY==1 )
      {
        IWDG->KR = 0xAAAA ;                                    //喂狗
      }
    }
    delay_ms( 20 ) ;
  }
}

14.4.2 窗口看門狗實(shí)驗(yàn)

功能：程序一運(yùn)行使得接在PB5上的LED1亮300ms后關(guān)閉，進(jìn)入死循環(huán)。等待WWDG中斷的到來，在中斷里面，喂狗，并對(duì)PE5上的LED2進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作。可以看到LED2不停的閃爍，LED1只在剛啟動(dòng)的時(shí)候閃一下。

（1）在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的wdg.h文件的函數(shù)列表區(qū)域添加以下代碼。

void WWDG_Init( u8 tr, u8 wr, u8 fprer ) ; //窗口看門狗初始化

（2）在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的wdg.c文件末尾添加以下代碼。

/***************************************************
Name    :WWDG_IRQHandler
Function  :窗口看門狗中斷服務(wù)程序
Paramater  :None
Return    :None
***************************************************/
void WWDG_IRQHandler()
{
  WWDG->CR = 0x7F ;                                          //重設(shè)置7位計(jì)數(shù)器
  WWDG->SR = 0x00 ;                                          //清除提前喚醒中斷標(biāo)志位
  LED2 != LED2 ;
}
/***************************************************
Name    :WWDG_Init
Function  :窗口看門狗初始化
Paramater  :
      tr:計(jì)數(shù)器值
      wr:窗口值
      fprer:分頻系數(shù)
Return    :None
***************************************************/
void WWDG_Init( u8 tr, u8 wr, u8 fprer )
{
  RCC->APB1ENR |= 1<<11 ;                                        //使能wwdg時(shí)鐘
  WWDG->CFR |= fprer<<7 ;    //PCLK1/4096再除2^fprer
  WWDG->CFR &= 0xFF80 ;
  WWDG->CFR |= wr ;                                          //設(shè)定窗口值
  WWDG->CR |= tr&0x7F ;                                        //設(shè)定計(jì)數(shù)器值
  WWDG->CR |= 1<<7 ;                                          //開啟看門狗
  NVIC_Init( 2, 3, WWDG_IRQn, 2 ) ;                                  //搶占2,子優(yōu)先級(jí)3,組2
  WWDG->SR = 0x00 ;                                          //清除提前喚醒中斷標(biāo)志位
  WWDG->CFR |= 1<<9 ;                                          //使能提前喚醒中斷
}

注：由于在中斷服務(wù)函數(shù)中引用了LED2，所以需要添加頭文件#include “l(fā)ed.h”。

（3）創(chuàng)建led.h文件，并輸入以下代碼。

#ifndef _LED_H_
#define _LED_H_


#include "sys.h"
/*********************************************************************************************************
                  硬    件    端    口
*********************************************************************************************************/
#define LED1  PBout( 5 )                                        //定義LED1端口
#define LED2  PEout( 5 )                                        //定義LED2端口
/*********************************************************************************************************
                  函    數(shù)    列    表
*********************************************************************************************************/
void LED_Init( void ) ;                                          //LED初始化


#endif

（4）創(chuàng)建led.c文件，并輸入以下代碼。

#include "led.h"


/***************************************************
Name    :LED_Init
Function  :LED初始化
Paramater  :None
Return    :None
***************************************************/
void LED_Init()
{
  RCC->APB2ENR |= 1<<3 ;
  GPIOB->CRL &= 0xFF0FFFFF ;
  GPIOB->CRL |= 0x00300000 ;

  RCC->APB2ENR |= 1<<6 ;
  GPIOE->CRL &= 0xFF0FFFFF ;
  GPIOE->CRL |= 0x00300000 ;

  LED1 = 1 ;
  LED2 = 1 ;
}

（5）在1.c文件中輸入以下代碼。

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart1.h"
#include "led.h"
#include "wdg.h"
/***************************************************
Name    :main
Function  :主函數(shù)
Parameter  :None
Return    :None
***************************************************/
int main()
{
  STM32_Clock_Init( 9 ) ;                                        //STM32時(shí)鐘初始化
  SysTick_Init( 72 ) ;                                        //SysTick初始化
  USART1_Init( 72, 115200 ) ;                                      //初始化串口1波特率115200
  LED_Init() ;                                            //LED初始化
  LED1 = 0 ;                                              //點(diǎn)亮DS0
  delay_ms( 300 ) ;                                          //延時(shí)300ms,讓人可以看到DS0亮的狀態(tài)
   WWDG_Init( 0x7F, 0x5F, 3 ) ;                                    //計(jì)數(shù)器值為7f,窗口寄存器為5f,分頻數(shù)為8
  while( 1 )
  {
    LED1 = 1 ;                                            //熄滅LED1
  }
}

14.5 為何STM32要同時(shí)存在窗口看門狗與獨(dú)立看門狗

14.5.1 獨(dú)立看門狗的使用條件

（1）程序跑飛

（2）出現(xiàn)死循環(huán)

（3）睡眠與休眠不合理

（4）外部主晶振損壞

（5）需要重新復(fù)位，且不保留任何數(shù)據(jù)

14.5.2 窗口看門狗使用條件

（1）軟件邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤

（2）死機(jī)或者死循環(huán)

（3）軟件執(zhí)行不按預(yù)期效果執(zhí)行

（4）軟件需要重新復(fù)位，但是保留所有數(shù)據(jù)

14.5.3 兩者的區(qū)別

（1）獨(dú)立看門狗使用內(nèi)部專用40kHz低速時(shí)鐘

窗口看門狗則使用PCLK1的時(shí)鐘

（2）獨(dú)立看門狗沒有中斷，超時(shí)直接復(fù)位

窗口看門狗有中斷，超時(shí)可以在中斷服務(wù)函數(shù)中操作或者喂狗

（3）獨(dú)立看門狗一般用于避免程序跑飛或者死循環(huán)

窗口看門狗則是為了避免程序不按照預(yù)先設(shè)定的邏輯執(zhí)行

（4）獨(dú)立看門狗是12位遞減操作

窗口看門狗則是6位遞減操作