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1.1 简介
WDG是看门狗定时器#xff08;Watchdog Timer#xff09;的缩写#xff0c;它是一种用于计算机和嵌入式系统中的定时器#xff0c;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#xff0c;它时刻盯着你的程序#xff0c;确保它们正常运行。…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
WDGWatchdog 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LSI40KHz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VDD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 TIWDG TLSI × PR预分频系数 × (RL 1) TLSI 1/FLSI FLSI 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TWWDG TPCLK1 × 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TWIN TPCLK1 × 4096 × WDGTB预分频系数 × T[5:0] - W[5:0] TPCLK1 1 / FPCLK1 例如超时时间为50ms窗口时间为30msWDGTB预分频系数为8 超时时间TWWDG 50 * 10-3 1 / 36000 * 4096 * 8 * T[5:0] 1 - T[5:0] 54 窗口时间Twin 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
IWDGWWDG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LSI40KHzPCLK1默认36KHz预分频系数4、8、16、32、64、128、2561、2、4、8计数器12位有效计数6位超时时间0.1ms~26214.4ms113us~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。
