STM32实现看门狗（HAL库）

news2024/11/25 14:50:06

文章目录

一. 看门狗
- 1. 独立看门狗（IWDG）
- - 1.1 原理
  - 1.2 相关配置
  - 1.3 相关函数
- 2. 窗口看门狗（WWDG）
- - 2.1 原理
  - 2.2 相关配置
  - 2.3 相关函数

一. 看门狗

单片机在日常工作中常常会因为用户配置代码出现BUG，而导致芯片无法正常工作；或者会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序跑飞 ，或陷入死循环 ，如果无法系统复位，那么整个系统都会卡死，这对产品的使用是灾难性的后果。

出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，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) 。

在STM32中，看门狗分为独立看门狗（IWDG）还有窗口看门狗（WWDG） ，二者的主要区别如下：

	独立看门狗 IWDG	窗口看门狗 WWDG
时钟源	独立时钟LSI (40KZ低速时钟)	PCLK1 时钟
中断	没有中断，超时直接复位	超时产生中断，可做复位前函数操作或重新喂狗
复位条件	递减计数到0	窗口期外或者递减到0x3F
计数器位数	12位（最大计数范围4096-0）	6位（最大计数范围127-63）
应用场合	防止程序跑飞、死循环	检测程序时效，防止软件异常

1. 独立看门狗（IWDG）

1.1 原理

低速时钟 LSI经过预分频器 分频后用作驱动12 位的递减计数器，当递减至重装载值时，若还没有及时喂狗，系统就会产生一个复位信号，CPU收到复位信号，系统复位重新运行。具体步骤可以参考下面的框图。

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。额外注意的是，独立看门狗由 $V_{DD}$ 电压域供电，即使MCU在停止模式和待机模式下依然工作，除非使用RTC唤醒后喂狗，否则STM32进入低功耗模式后会因为没有及时喂狗而被唤醒。

1.2 相关配置

HAL库使用独立看门狗非常简单，使用STM32CubeMX配置IWDG只有三个参数：
· IWDG counter clock prescaler：分频系数
· IWDG down-counter reload value：重装载值
· IWDG window value ：窗口值（默认不修改。当计数器的值大于窗口值时，如果执行重载操作，则会产生复位）

IWDG溢出时间计算公式：

T_{out}= \frac{N_{prescaler}*N_{reload}}{f_{IWDG}}

其中 $N_{prescaler}$ 是分频系数， $N_{reload}$ 为重装载值， $f_{IWDG}$ 为低速时钟源的频率。

1.3 相关函数

初始化函数：

/**
  * @brief  Initialize the IWDG according to the specified parameters in the
  *         IWDG_InitTypeDef and start watchdog. Before exiting function,
  *         watchdog is refreshed in order to have correct time base.
  * @param  hiwdg  pointer to a IWDG_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified IWDG module.
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Init(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg)

喂狗函数：

/**
  * @brief  Refresh the IWDG.
  * @param  hiwdg  pointer to a IWDG_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified IWDG module.
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Refresh(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg)

2. 窗口看门狗（WWDG）

2.1 原理

窗口看门狗的流程框图如下图所示：

窗口看门狗的的时钟信号来自PCLK1，然后经过看门狗预分频器进行分频处理。

看门狗控制寄存器(WWDG_CR)为8位寄存器，其中首位为使能位，用于开启看门狗。后面为T[6:0] 的值。寄存器后六位为递减计数器(CNT)，由分频后的时钟信号进行驱动。

看门狗配置寄存器(WWDG_CFR)，寄存器的值为窗口上限值，当看门狗控制寄存器的值W6大于看门狗配置寄存器的值T6，则说明已经进入窗口期（比较器输出0），否则为非窗口期（比较器输出1）。

图中三个逻辑门电路（A、B、C）的作用分别如下：

A：与门，输出1的条件是看门狗被使能的同时B输出为1。
B：或门，输出1的条件要么是递减计数器减至窗口下限值（T6为0），要么是c门输出1。
C：与门，输出1的条件是递减计数器减至窗口上限值的同时被喂狗（即WWDG_CR被写入）。

相比于独立看门狗，窗口看门狗（WWDG）是一个既能产生系统复位信号和提前唤醒中断的六位递减计数器。

（1）复位的条件： 1.当递减计数器值从0x40递减到0x3F时复位（即T6位跳变到0）

2. 计数器的值大于W[6:0]值时喂狗会复位。

（2）中断的条件： 1.当递减计数器等于0x40时可产生提前唤醒中断 (EWI)。

（3）喂狗条件： 需要在窗口期（0x3F<窗口期< W[6:0]）重装载计数器的值，才能防止复位。

2.2 相关配置

使用STM32CubeMX配置WWDG主要有五个参数：

WWDG counter clock prescaler：分频系数
WWDG window value ：窗口上限值，即W[6:0]（即喂狗的窗口区间在0x3F ~ WWDG window value之间）
WWDG free-running downcounter value：每次复位后重新装载的值，递减到窗口区间内才可以刷新。这个值必须大于0x40和WWDG window value。
Early wakeup interrupt ：早期唤醒中断，开启后当计数器到达0x40时会产生中断，可以在中断中进行喂狗或者函数操作。
Window watchdog interrupt：窗口看门狗全局中断。在NVIC Settings中，若Early wakeup interrupt为Enable，则该中断需要打开。

2.3 相关函数

1. 初始化函数：

/**
  * @brief  Initialize the WWDG according to the specified.
  *         parameters in the WWDG_InitTypeDef of  associated handle.
  * @param  hwwdg  pointer to a WWDG_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified WWDG module.
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_WWDG_Init(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)

2. 喂狗函数：

/**
  * @brief  Refresh the WWDG.
  * @param  hwwdg  pointer to a WWDG_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified WWDG module.
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_WWDG_Refresh(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)

3. 看门狗中断服务函数：

/**
  * @brief  Handle WWDG interrupt request.
  * @note   The Early Wakeup Interrupt (EWI) can be used if specific safety operations
  *         or data logging must be performed before the actual reset is generated.
  *         The EWI interrupt is enabled by calling HAL_WWDG_Init function with
  *         EWIMode set to WWDG_EWI_ENABLE.
  *         When the downcounter reaches the value 0x40, and EWI interrupt is
  *         generated and the corresponding Interrupt Service Routine (ISR) can
  *         be used to trigger specific actions (such as communications or data
  *         logging), before resetting the device.
  * @param  hwwdg  pointer to a WWDG_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified WWDG module.
  * @retval None
  */
void HAL_WWDG_IRQHandler(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)

4. 早期唤醒回调函数：

/**
  * @brief  WWDG Early Wakeup callback.
  * @param  hwwdg  pointer to a WWDG_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified WWDG module.
  * @retval None
  */
__weak void HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hwwdg);

  /* NOTE: This function should not be modified, when the callback is needed,
           the HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback could be implemented in the user file
   */
}