嵌入式单片机基础篇（八）之两只看门狗

独立看门狗与窗口看门狗

第一部分：stm32

。STM32 内部自带了 2 个看门狗：独立看门狗（IWDG）和窗口看门狗（WWDG）。
（一）独立看门狗
STM32 的独立看门狗由内部专门的 40Khz 低速时钟驱动，即使主时钟发生故障，它也仍然
有效。这里需要注意独立看门狗的时钟是一个内部 RC 时钟，所以并不是准确的 40Khz，而是在 30~60Khz 之间的一个可变化的时钟，只是我们在估算的时候，以 40Khz 的频率来计算，看门狗对时间的要求不是很精确，所以，时钟有些偏差，都是可以接受的。
首先我们得讲解一下看门狗的原理。这个百度百科里面有很详细的解释。我们总结一下：
单片机系统在外界的干扰下会出现程序跑飞的现象导致出现死循环，看门狗电路就是为了避免这种情况的发生。看门狗的作用就是在一定时间内（通过定时计数器实现）没有接收喂狗信号（表示 MCU 已经挂了），便实现处理器的自动复位重启（发送复位信号）。
下面我们在了解几个与独立看门狗相关联的寄存器之后讲解怎么通过库函数来实现配置。
首先是键值寄存器 IWDG_KR，该寄存器的各位描述如图所示：

在键值寄存器(IWDG_KR)中写入 0xCCCC，开始启用独立看门狗；此时计数器开始从其复位值 0xFFF 递减计数。当计数器计数到末尾 0x000 时，会产生一个复位信号(IWDG_RESET)。无论何时，只要键寄存器 IWDG_KR 中被写入 0xAAAA，IWDG_RLR 中的值就会被重新加载到计数器中从而避免产生看门狗复位。
IWDG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器具有写保护功能。要修改这两个寄存器的值，必须先向IWDG_KR 寄存器中写入 0x5555。将其他值写入这个寄存器将会打乱操作顺序，寄存器将重新被保护。重装载操作(即写入 0xAAAA)也会启动写保护功能。还有两个寄存器，一个预分频寄存器（IWDG_PR），该寄存器用来设置看门狗时钟的分频系数。另一个重装载寄存器。该寄存器用来保存重装载到计数器中的值。该寄存器也是一个 32位寄存器，但是只有低 12 位是有效的。
只要对以上三个寄存器进行相应的设置，我们就可以启动 STM32 的独立看门狗，启动过程可以按如下步骤实现（独立看门狗相关的库函数和定义分布在文件 stm32f10x_iwdg.h 和stm32f10x_iwdg.c 中）： 1）取消寄存器写保护（向 IWDG_KR 写入 0X5555）
通过这步，我们取消 IWDG_PR 和 IWDG_RLR 的写保护，使后面可以操作这两个寄存器,设置 IWDG_PR 和 IWDG_RLR 的值。这在库函数中的实现函数是：
IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);
这个函数非常简单，顾名思义就是开启/取消写保护，也就是使能/失能写权限。
2）设置独立看门狗的预分频系数和重装载值
设置看门狗的分频系数的函数是：
void IWDG_SetPrescaler(uint8_t IWDG_Prescaler); //设置 IWDG 预分频值
设置看门狗的重装载值的函数是：
void IWDG_SetReload(uint16_t Reload); //设置 IWDG 重装载值
设置好看门狗的分频系数 prer 和重装载值就可以知道看门狗的喂狗时间（也就是看门狗溢出时间），该时间的计算方式为：
Tout=((4×2^prer) ×rlr) /40
其中 Tout 为看门狗溢出时间（单位为 ms）；prer 为看门狗时钟预分频值（IWDG_PR 值），范围为 0~7；rlr 为看门狗的重装载值（IWDG_RLR 的值）；比如我们设定 prer 值为 4，rlr 值为 625，那么就可以得到 Tout=64×625/40=1000ms，这样，看门狗的溢出时间就是 1s，只要你在一秒钟之内，有一次写入 0XAAAA 到 IWDG_KR，就不会导致看门狗复位（当然写入多次也是可以的）。这里需要提醒大家的是，看门狗的时钟不是准确的 40Khz，所以在喂狗的时候，最好不要太晚了，否则，有可能发生看门狗复位。
3）重载计数值喂狗（向 IWDG_KR 写入 0XAAAA）
库函数里面重载计数值的函数是：
IWDG_ReloadCounter(); //按照 IWDG 重装载寄存器的值重装载 IWDG 计数器
通过这句，将使 STM32 重新加载 IWDG_RLR 的值到看门狗计数器里面。即实现独立看门狗的喂狗操作。
4) 启动看门狗(向 IWDG_KR 写入 0XCCCC)
库函数里面启动独立看门狗的函数是：
IWDG_Enable(); //使能 IWDG
通过这句，来启动 STM32 的看门狗。注意 IWDG 在一旦启用，就不能再被关闭！想要关闭，只能重启，并且重启之后不能打开 IWDG，否则问题依旧，所以在这里提醒大家，如果不用 IWDG 的话，就不要去打开它，免得麻烦。
独立看门狗配置程序：

#include "wdg.h"
//初始化独立看门狗
//prer:分频数:0~7(只有低 3 位有效!)
//分频因子=4*2^prer.但最大值只能是 256!
//rlr:重装载寄存器值:低 11 位有效.
//时间计算(大概):Tout=((4*2^prer)*rlr)/40 (ms).
void IWDG_Init(u8 prer,u16 rlr)
{IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable); //①使能对寄存器 I 写操作
IWDG_SetPrescaler(prer); //②设置 IWDG 预分频值:设置 IWDG 预分频值
IWDG_SetReload(rlr); //②设置 IWDG 重装载值
IWDG_ReloadCounter(); //③按照 IWDG 重装载寄存器的值重装载 IWDG 计数器
IWDG_Enable(); //④使能 IWDG
}
//喂独立看门狗
void IWDG_Feed(void)
{
IWDG_ReloadCounter();//reload
}

主函数程序：

int main(void)
{delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置 NVIC 中断分组 2
uart_init(115200); //串口初始化波特率为 115200
LED_Init(); //初始化与 LED 连接的硬件接口
KEY_Init(); //按键初始化
delay_ms(500); //让人看得到灭
IWDG_Init(4,625); //与分频数为 64,重载值为 625,溢出时间为 1s
LED0=0; //点亮 LED0
while(1)
{if(KEY_Scan(0)==WKUP_PRESS) {IWDG_Feed(); //如果 WK_UP 按下,则喂狗
}
delay_ms(10);
};
}

（二）窗口看门狗
窗口看门狗（WWDG）通常被用来监测由外部干扰或不可预见的逻辑条件造成的应用程序背离正常的运行序列而产生的软件故障。
窗口看门狗在两种情况会产生MCU复位：
（1）除非递减计数器的值在 T6 位（WWDG->CR 的第六位）变成 0 前被刷新，看门狗电路在达到预置的时间周期时，会产生一个 MCU 复位。
（2）在递减计数器达到窗口配置寄存器(WWDG->CFR)数值之前，如果 7 位的递减计数器数值(在控制寄存器中）被刷新，那么也将产生一个 MCU 复位。
这表明递减计数器需要在一个有限的时间窗口中被刷新。他们的关系可以用下图来说明：

图 12.1.1 中，T[6:0]就是 WWDG_CR 的低七位，W[6:0]即是 WWDG->CFR 的低七位。T[6:0]就是窗口看门狗的计数器，而 W[6:0]则是窗口看门狗的上窗口，下窗口值是固定的（0X40）。
当窗口看门狗的计数器在上窗口值之外被刷新，或者低于下窗口值都会产生复位。
上窗口值（W[6:0]）是由用户自己设定的，根据实际要求来设计窗口值，但是一定要确保窗口值大于 0X40，否则窗口就不存在了。
窗口看门狗的超时公式如下：
Twwdg=(4096×2^WDGTB×(T[5:0]+1)) /Fpclk1;
其中：
Twwdg：WWDG 超时时间（单位为 ms）
Fpclk1：APB1 的时钟频率（单位为 Khz）
WDGTB：WWDG 的预分频系数
T[5:0]：窗口看门狗的计数器低 6 位
根据上面的公式，假设 Fpclk1=36Mhz，那么可以得到最小-最大超时时间表如下表所示：

接下来，我们介绍窗口看门狗的 3 个寄存器。首先介绍控制寄存器（WWDG_CR），该寄存器的各位描述如下图所示：

可以看出，这里我们的 WWDG_CR 只有低八位有效，T[6：0]用来存储看门狗的计数器值，随时更新的，每个窗口看门狗计数周期（4096×2^ WDGTB）减 1。当该计数器的值从 0X40 变为 0X3F 的时候，将产生看门狗复位。
WDGA 位则是看门狗的激活位，该位由软件置 1，以启动看门狗，并且一定要注意的是该位一旦设置，就只能在硬件复位后才能清零了。
窗口看门狗的第二个寄存器是配置寄存器（WWDG_CFR），该寄存器的各位及其描述如下图所示：

该位中的 EWI 是提前唤醒中断，也就是在快要产生复位的前一段时间（T[6:0]=0X40）来提醒我们，需要进行喂狗了，否则将复位！因此，我们一般用该位来设置中断，当窗口看门狗的计数器值减到 0X40 的时候，如果该位设置，并开启了中断，则会产生中断，我们可以在中断里面向 WWDG_CR 重新写入计数器的值，来达到喂狗的目的。注意这里在进入中断后，必须在不大于 1 个窗口看门狗计数周期的时间（在 PCLK1 频率为 36M 且 WDGTB 为 0 的条件下，该时间为 113us）内重新写 WWDG_CR，否则，看门狗将产生复位！
最后我们要介绍的是状态寄存器（WWDG_SR），该寄存器用来记录当前是否有提前唤醒的标志。该寄存器仅有位 0 有效，其他都是保留位。当计数器值达到 40h 时，此位由硬件置 1。
它必须通过软件写 0 来清除。对此位写 1 无效。即使中断未被使能，在计数器的值达到 0X40的时候，此位也会被置 1。
在介绍完了窗口看门狗的寄存器之后，我们介绍要如何启用 STM32 的窗口看门狗。这里我们介绍库函数中用中断的方式来喂狗的方法，窗口看门狗库函数相关源码和定义分布在文件stm32f10x_wwdg.c 文件和头文件 stm32f10x_wwdg.h 中。步骤如下：
1）使能 WWDG 时钟
WWDG 不同于 IWDG，IWDG 有自己独立的 40Khz 时钟，不存在使能问题。而 WWDG使用的是 PCLK1 的时钟，需要先使能时钟。方法是:
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG,ENABLE); // WWDG 时钟使能
2）设置窗口值和分频数
设置窗口值的函数是：
void WWDG_SetWindowValue(uint8_t WindowValue)；
这个函数的入口参数 WindowValue 用来设置看门狗的上窗口值。
设置分频数的函数是：
void WWDG_SetPrescaler(uint32_t WWDG_Prescaler)；
这个函数同样只有一个入口参数，用来设置看门狗的分频值。
3）开启 WWDG 中断并分组
开启 WWDG 中断的函数为：
WWDG_EnableIT(); //开启窗口看门狗中断
接下来是进行中断优先级配置，这里就不重复了，使用 NVIC_Init()函数即可。
4）设置计数器初始值并使能看门狗
这一步在库函数里面是通过一个函数实现的：
void WWDG_Enable(uint8_t Counter)；
该函数既设置了计数器初始值，同时使能了窗口看门狗。
5）编写中断服务函数
在最后，还是要编写窗口看门狗的中断服务函数，通过该函数来喂狗，喂狗要快，否则当窗口看门狗计数器值减到 0X3F 的时候，就会引起软复位了。在中断服务函数里面也要将状态寄存器的 EWIF 位清空。
窗口看门狗配置程序：

//保存 WWDG 计数器的设置值,默认为最大.
u8 WWDG_CNT=0x7f;
//初始化窗口看门狗
//tr :T[6:0],计数器值
//wr :W[6:0],窗口值
//fprer:分频系数（WDGTB）,仅最低 2 位有效
//Fwwdg=PCLK1/(4096*2^fprer).
void WWDG_Init(u8 tr,u8 wr,u32 fprer)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE); // WWDG 时钟使能
WWDG_CNT=tr&WWDG_CNT; //初始化 WWDG_CNT.
WWDG_SetPrescaler(fprer); //设置 IWDG 预分频值
WWDG_SetWindowValue(wr); //设置窗口值
WWDG_Enable(WWDG_CNT); //使能看门狗,设置 counter
WWDG_ClearFlag(); //清除提前唤醒中断标志位
WWDG_NVIC_Init(); //初始化窗口看门狗 NVIC
WWDG_EnableIT(); //开启窗口看门狗中断
}
//重设置 WWDG 计数器的值
void WWDG_Set_Counter(u8 cnt)
{WWDG_Enable(cnt); //使能看门狗,设置 counter .
}
//窗口看门狗中断服务程序
void WWDG_NVIC_Init()
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = WWDG_IRQn; //WWDG 中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //抢占 2 子优先级 3 组 2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //抢占 2,子优先级 3,组 2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //NVIC 初始化
}
void WWDG_IRQHandler(void)
{WWDG_SetCounter(WWDG_CNT); //当禁掉此句后,窗口看门狗将产生复位
WWDG_ClearFlag(); //清除提前唤醒中断标志位
LED1=!LED1; //LED 状态翻转
}

主函数程序：

int main(void)
{delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置 NVIC 中断分组 2
uart_init(115200); //串口初始化波特率为 115200
LED_Init(); //LED 初始化
KEY_Init(); //按键初始化
LED0=0;
delay_ms(300);
WWDG_Init(0X7F,0X5F,WWDG_Prescaler_8);//计数器值为 7f,窗口寄存器为 5f,
//分频数为 8
while(1)
{LED0=1;
}
}

第二部分：51单片机

51单片机看门狗原理
51单片机看门狗程序