《第十四部分》WDG看门狗
定义与原理
- 定义：WDG 是 Watchdog Timer 的缩写，即看门狗定时器，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146.
- 原理：本质上是一个定时器，系统运行时，看门狗的计数器开始自动计数，正常工作的主程序需在规定时间内给看门狗发送特定信号即 “喂狗” 来重置定时器，防止其超时。若超过规定时间未 “喂狗”，则认为系统出现故障，看门狗会触发复位信号使系统复位136.
主要功能
- 系统监控：持续监控系统运行状态，确保系统不会因软件故障而停止响应，保障系统的稳定性和可靠性1.
- 防止死锁：能检测到程序进入无限循环等异常情况，并及时重置系统，使系统恢复正常运行，避免系统长时间处于无响应状态124.
- 安全机制：在某些关键系统中作为安全机制，确保系统在异常情况下能够安全地重启，防止因系统故障导致的数据丢失、设备损坏等严重后果1.
分类
- 独立看门狗（Independent Watchdog, IWDG）123 ：
- 独立运行：具有自己的时钟源，通常使用内部低速时钟 LSI，即使主时钟出现问题，也能正常工作，不受系统时钟影响。
- 计时要求低：只有一个最晚喂狗界限，只要喂狗时间不超过此界限，系统就不会复位，对喂狗时间的精度要求相对较低。
- 窗口看门狗（Window Watchdog, WWDG）123 ：
- 时钟关联系统：与系统时钟相关联，使用 APB1 的时钟，计时更精确。
- 严格计时窗口：有最早和最晚喂狗界限，喂狗操作必须在这个时间窗口内进行，提前喂狗或超过最晚界限都会导致系统复位，对喂狗时间的精度要求高，能检测到更细微的程序异常。
- 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。优点是无需额外硬件支持，成本低；缺点是当系统存在严重错误，如中断服务出错时，可能导致软件看门狗失效16.
- 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复位，稳定性和可靠性高，但需要额外的硬件成本16.
- 周期性看门狗（Alive Supervision）：监控周期性程序是否能正常执行，保证程序处于活跃状态1.
- 截止期限看门狗（Deadline Supervision）：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1.
- 逻辑看门狗（Logical Supervision）：监督软件执行顺序的正确性，确保程序按照预定逻辑运行1.
1.独立看门狗
STM32自带的看门狗有独立看门狗和窗口看门狗
独立看门口相关库函数
| 函数名 | 功能和作用解释 |
|---|---|
IWDG_WriteAccessCmd(uint16_t IWDG_WriteAccess) | 用于使能或者失能对独立看门狗（IWDG）相关寄存器的写访问权限。通过传入合适的参数（不同的值对应不同的使能 / 失能状态设定）来控制是否可以对诸如预分频器、重载值等寄存器进行写入操作，以此来配置独立看门狗的相关工作参数。 |
IWDG_SetPrescaler(uint8_t IWDG_Prescaler) | 用于设置独立看门狗（IWDG）的预分频系数。传入的参数 IWDG_Prescaler 会确定预分频的具体值，预分频系数决定了计数器时钟的分频情况，进而影响计数器的计数速度，最终对独立看门狗的超时时间等关键工作特性产生影响，帮助用户根据实际需求来合理配置独立看门狗的计时节奏。 |
IWDG_SetReload(uint16_t Reload) | 用来设置独立看门狗（IWDG）的计数器重载值。当计数器计数到 0 后，会根据该重载值重新进行计数，通过设定合适的 Reload 参数，可以确定独立看门狗每次复位后重新计数的初始值，以此调整独立看门狗的超时周期等关键工作参数，满足不同的系统监控时长需求。 |
IWDG_ReloadCounter(void) | 其功能是对独立看门狗（IWDG）的计数器进行手动重新加载操作。在一些特定情况下，比如在计数器还未减到 0 之前，需要重新开始计数周期时，可以调用该函数，让计数器立即重新加载之前设定好的重载值，重新开始计数，避免出现不必要的看门狗复位情况。 |
IWDG_Enable(void) | 用于使能独立看门狗（IWDG）。调用这个函数后，独立看门狗开始按照之前配置好的预分频系数、重载值等参数进行计数操作，当计数器减到 0 时，如果没有及时进行相关操作（比如重新加载等），就会触发系统复位，以此来监控系统运行状态，保障系统正常工作。 |
FlagStatus IWDG_GetFlagStatus(uint16_t IWDG_FLAG) | 用于获取独立看门狗（IWDG）相关标志位的状态。传入特定的标志位参数 IWDG_FLAG 后，函数会返回对应的标志位是置位还是复位状态，通过检查这些标志位状态，可以了解独立看门狗当前的一些运行情况，例如是否已经发生了超时复位等事件，方便进行系统状态的监测和调试等操作。 |
代码：用按键的方式模拟程序卡死，然后，通过独立看门狗让程序复位！
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Key.h"int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init(); //OLED初始化Key_Init(); //按键初始化/*显示静态字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "IWDG TEST");/*判断复位信号来源*/if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) == SET) //如果是独立看门狗复位{OLED_ShowString(2, 1, "IWDGRST"); //OLED闪烁IWDGRST字符串Delay_ms(500);OLED_ShowString(2, 1, " ");Delay_ms(100);RCC_ClearFlag(); //清除标志位}else //否则，即为其他复位{OLED_ShowString(3, 1, "RST"); //OLED闪烁RST字符串Delay_ms(500);OLED_ShowString(3, 1, " ");Delay_ms(100);}/*IWDG初始化*/IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable); //独立看门狗写使能IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_16); //设置预分频为16IWDG_SetReload(2499); //设置重装值为2499，独立看门狗的超时时间为1000msIWDG_ReloadCounter(); //重装计数器，喂狗IWDG_Enable(); //独立看门狗使能while (1){Key_GetNum(); //调用阻塞式的按键扫描函数，模拟主循环卡死IWDG_ReloadCounter();OLED_ShowString(4, 1, "FEED"); //OLED闪烁FEED字符串Delay_ms(200); //喂狗间隔为200+600=800msOLED_ShowString(4, 1, " ");Delay_ms(600);}
}
2.窗口看门狗
窗口看门狗相关库函数
| 函数名 | 功能和作用解释 |
|---|---|
void WWDG_DeInit(void) | 用于将窗口看门狗（WWDG）的相关寄存器恢复为默认值，也就是执行复位初始化操作，将之前对窗口看门狗所做的配置全部清除，使其回到初始状态，方便后续重新进行完整的配置。 |
void WWDG_SetPrescaler(uint32_t WWDG_Prescaler) | 用于设置窗口看门狗（WWDG）的预分频系数。传入的参数 WWDG_Prescaler 决定了对时钟进行分频的具体情况，以此来调节计数器的计数速度，进而影响窗口看门狗整体的计时特性，可根据实际系统需求来合理配置其预分频情况，确定合适的超时周期等相关参数。 |
void WWDG_SetWindowValue(uint8_t WindowValue) | 用来设定窗口看门狗（WWDG）的窗口值。窗口值在窗口看门狗机制中有重要作用，计数器的值必须在递减到窗口值之后且未减到 0 之前进行喂狗（重新加载等操作）才被视为正常，通过设定合适的 WindowValue 可精准定义这个有效的操作区间，确保系统按照期望的规则来监控运行状态。 |
void WWDG_EnableIT(void) | 用于使能窗口看门狗（WWDG）的中断功能。当窗口看门狗相关的特定事件发生时（比如计数器值达到某些临界状态等符合触发中断的条件时），使能该功能后就可以触发相应的中断，便于在中断服务程序中执行一些如记录日志、进行系统状态调整等特定操作，增强系统对异常情况的响应能力。 |
void WWDG_SetCounter(uint8_t Counter) | 其功能是设置窗口看门狗（WWDG）的计数器当前值。可以通过传入合适的 Counter 参数来手动给定计数器的初始值或者在运行过程中修改其当前值，以此来灵活控制窗口看门狗的计数状态，满足一些特殊场景下对计数器数值的特定要求。 |
void WWDG_Enable(uint8_t Counter) | 用于使能窗口看门狗（WWDG）开始工作。同时传入的 Counter 参数可以设置计数器的初始值，使能后窗口看门狗就会按照之前配置好的预分频系数、窗口值等参数开始计数，若计数器未在规定窗口区间内被正确处理（喂狗等），则会触发相应的系统行为（如复位等），以保障系统正常运行。 |
FlagStatus WWDG_GetFlagStatus(void) | 用于获取窗口看门狗（WWDG）相关标志位的状态。调用该函数后能知晓当前窗口看门狗是否出现了某些特定的事件（比如超时、进入窗口区间等对应的标志位情况），方便根据这些标志位来判断窗口看门狗的运行状态，进而对系统整体状态进行监测和分析。 |
void WWDG_ClearFlag(void) | 用于清除窗口看门狗（WWDG）的相关标志位。当获取到某些标志位并进行相应处理后，为了避免对后续的标志位状态判断造成干扰，需要调用该函数来将已经处理过的标志位清零，确保标志位状态能准确反映后续窗口看门狗新出现的情况。 |
- 基本概念
- 独立看门狗（IWDG）：
- 独立看门狗是基于一个 12 位的递减计数器和一个 8 位的预分频器，它使用的是独立于系统时钟的低速时钟（LSI）。当计数器的值从某个初始值递减到 0 时，会产生一个复位信号（如果在递减过程中没有及时 “喂狗”）。这个过程不依赖于系统主时钟，即使系统主时钟出现故障，独立看门狗依然可以正常工作，起到监控系统是否 “死机” 的作用。
- 窗口看门狗（WWDG）：
- 窗口看门狗也有一个递减计数器，它的时钟源是系统时钟经过预分频后的时钟。窗口看门狗主要用于检测软件异常，它不但要求在计数器减到 0 之前进行 “喂狗” 操作（防止复位），而且 “喂狗” 的时间必须在一个规定的窗口时间范围内。这个窗口时间是由计数器的上下限设定的，超出这个窗口范围进行 “喂狗” 操作同样会导致系统复位。
- 独立看门狗（IWDG）：
- 功能特点
- 复位条件
- 独立看门狗：只要计数器递减到 0 就会产生复位信号，其主要目的是防止系统长时间 “卡死”。例如，在一个简单的嵌入式系统中，如果主程序进入一个死循环，无法正常执行其他任务，独立看门狗的计数器会持续递减，最终复位系统，使系统重新启动，恢复正常运行。
- 窗口看门狗：复位条件相对更复杂。当计数器的值小于一个下限时（表示 “喂狗” 太晚）或者在计数器的值大于一个上限时（表示 “喂狗” 太早）进行 “喂狗” 操作，都会产生复位信号。这就像是给 “喂狗” 操作设置了一个合理的时间窗口，只有在这个窗口内进行 “喂狗” 才能保证系统正常运行。例如，在一个对实时性要求较高的通信系统中，软件任务的执行顺序和时间有严格要求，窗口看门狗可以确保软件按正确的时间节奏执行任务。
- 时钟源
- 独立看门狗：通常使用内部低速时钟（LSI），这种时钟源相对独立，不受系统主时钟的干扰。其频率一般较低，例如在某些芯片中 LSI 频率可能是 32kHz 左右。
- 窗口看门狗：使用系统时钟经过预分频后的时钟。系统时钟频率一般较高，而且可以根据系统的需求进行配置，比如系统时钟为 72MHz，经过适当的预分频后用于窗口看门狗的计数时钟。这使得窗口看门狗的计时精度可以根据系统时钟的精度进行调整，更好地适应对时间精度要求较高的应用场景。
- 复位条件
- 应用场景
- 独立看门狗：
- 适用于对系统可靠性要求较高，需要在系统出现意外故障（如程序跑飞、死循环等情况）时能够自动恢复的场合。例如，在一些工业控制设备中，如电机控制器，一旦程序出现异常导致电机失控，独立看门狗可以及时复位系统，避免安全事故的发生。
- 窗口看门狗：
- 更适合于对软件运行时间精度有要求的场合，用于监控软件是否按照预定的时间顺序和时间间隔执行任务。比如在实时操作系统（RTOS）环境下，不同任务的调度和执行时间有严格要求，窗口看门狗可以确保各个任务在规定的时间窗口内完成相应的操作，保证系统的实时性和稳定性。
- 独立看门狗：