看门狗

Posted 2022-08-27 Bruceoxl

开发环境：
MDK：Keil 5.30
开发板：GD32F207I-EVAL
MCU：GD32F207IK

GD32 有两个看门狗，一个是独立看门狗，另外一个是窗口看门狗，独立看门狗号称宠物狗，窗口看门狗号称警犬，本章我们主要分析这两只看门狗的功能框图和它的应用。

17.1独立看门狗

17.1.1独立看门狗工作原理

独立看门狗用通俗一点的话来解释就是一个 12 位的递减计数器，当计数器的值从某个值一直减到 0 的时候，系统就会产生一个复位信号，即 IWDG_RESET。如果在计数没减到 0 之前，刷新了计数器的值的话，那么就不会产生复位信号，这个动作就是我们经常说的喂狗。看门狗功能由 VDD 电压域供电，在停止模式和待机模式下仍能工作。

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。

独立看门狗的架构是很简单的，本质就是一个递减计数器，和Systick有些类似，只是运行在低速时钟下，另外还有寄存器访问保护功能。

【注】看门狗功能处于VDD供电区，即在深度睡眠和待机模式时仍能正常工作。

FWDGT最适合应用于那些需要看门狗作为一个在主程序之外，能够完全独立工作，并且对时间精度要求较低的场合。WWDGT最适合那些要求看门狗在精确计时窗口起作用的应用程序。

【注】这些时间是按照40kHz时钟给出。实际上，MCU内部的RC频率会在30kHz到60kHz之间变化。此外，即使RC振荡器的频率是精确的，确切的时序仍然依赖于APB接口时钟与RC振荡器时钟之间的相位差，因此总会有一个完整的RC周期是不确定的。通过对IRC40K进行校准可获得相对精确的看门狗超时时间。

17.1.2独立看门狗的寄存器描述

首先是键值寄存器FWDGT_CTL，该寄存器的各位描述如下图所示。

在键值寄存器(FWDGT_CTL)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(FWDGT_RESET)。无论何时，只要键寄存器FWDGT_CTL中被写入 0xAAAA，FWDGT_RLD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 。

FWDGT_PSC和FWDGT_RLD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FWDGT_CTL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。预分频寄存器（FWDGT_PSC）用来设置看门狗时钟的分频系数。重装载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。

17.1.3独立看门狗的具体代码实现

独立看门狗一般用来检测和解决由程序引起的故障，比如一个程序正常运行的时间是50ms，在运行完这段程序之后紧接着进行喂狗，我们设置独立看门狗的定时溢出时间为60ms，比我们需要监控的程序 50ms 多一点，如果超过 60ms 还没有喂狗，那就说明我们监控的程序出故障了，跑飞了，那么就会产生系统复位，让程序重新运行。

独立看门的启动过程可以按如下步骤实现。

1）取消寄存器写保护（向FWDGT_CTL写入 0X5555）

通过这步，我们取消FWDGT_PSC和FWDGT_RLD的写保护，使后面可以操作这两个寄存器，设置FWDGT_PSC和FWDGT_RLD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。这里的IWDG_WriteAccess_Enable的值就是0x5555，而IWDG_WriteAccess_Disable就是0x0000。

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（FWDGT_PSC值），范围为 0~7；rlr为看门狗的重装载值（FWDGT_RLD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FWDGT_CTL，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. 启动看门狗(向FWDGT_CTL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GD32 的看门狗。注意FWDGT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FWDGT，否则问题依旧，所以在这里提醒大家，如果不用 FWDGT的话，就不要去打开它，免得麻烦。

4）重载计数值喂狗（向FWDGT_CTL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GD32重新加载FWDGT_RLD的值到看门狗计数器里面，即实现独立看门狗的喂狗操作。

因此独立看门狗的配置如下：

/**
  * @brief  看门狗初始化
  * @param  None
  * @retval None
  */
void fwdgt_configuration(void)

    //使能寄存器 写功能
    fwdgt_write_enable();
    //设置预分频 40K/64=0.625k 一个周期是 1.6ms
    //设置初值
    fwdgt_config(800, FWDGT_PSC_DIV64); //800*1.6ms=1.28S
    //喂狗
    fwdgt_counter_reload();
    //使能独立看门狗
    fwdgt_enable();

主函数如下：

/*
    brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)

    /* systick init*/
    sysTick_init();
	
    //usart init 115200 8-N-1
    com_init(COM1);

    /*独立看门狗初始化*/
    fwdgt_configuration();

    printf("Independent watchdog\\r\\n");

    while(1)
          
        //喂狗
        fwdgt_counter_reload();
        printf("\\rFeed the dog\\r\\n");
        delay_ms(800);   
    

主函数很简单，初始化独立看门狗后，在主循环里不断喂狗即可。

17.1.4独立看门狗实现现象

编译无误，打开串口，现象如下：

当注释掉喂狗语句后，板子就会不断重启，因为没有喂狗就导致板子不断复位。

17.2窗口看门狗

17.2.1窗口看门狗工作原理

窗口看门狗通常被用来监测，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。窗口看门狗跟独立看门狗一样，也是一个递减计数器不断的往下递减计数，当减到一个固定值 0X40 时还不喂狗的话，产生复位，这个值叫窗口的下限， 是固定的值，不能改变。这个是跟独立看门狗类似的地方，不同的地方是窗口看门狗的计数器的值在减到某一个数之前喂狗的话也会产生复位，这个值叫窗口的上限，上限值由用户独立设置。因此窗口看门狗计数器的值必须在上窗口和下窗口之间才可以喂狗，除非递减计数器的值在T6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。在递减计数器达到窗口寄存器数值之前，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。

窗口看门狗时钟来自 PCLK1， PCLK1 最大是60M，由 RCC 时钟控制器开启。计数器时钟由 CK 计时器时钟经过预分频器分频得到，分频系数由配置寄存器 CFG的位 8:7 PSC[1:0]配置，可以是[0,1,2,3]，其中 CK 计时器时钟=PCLK1/4096，除以 4096是手册规定的，没有为什么。所以计数器的时钟 CNT_CK=PCLK1/4096/(2^ PSC)，这就可以算出计数器减一个数的时间 T= 1/CNT_CK = Tpclk1 * 4096 * (2^ PSC)

窗口看门狗的计数器是一个递减计数器，共有 7 位，其值存在控制寄存器 CTL的位 6:0，即 CNT[6:0]，当 7 个位全部为 1 时是 0X7F，这个是最大值，当递减到 CNT6 位变成 0 时，即从0X40 变为 0X3F 时候，会产生看门狗复位。这个值 0X40 是看门狗能够递减到的最小值，所以计数器的值只能是： 0X40~0X7F 之间，实际上真正用来计数的是 CNT[5:0]。当递减计数器递减到 0X40 的时候，还不会马上产生复位，如果使能了提前唤醒中断：WWDGT_CFG寄存器的EWIE位置 1，则产生提前唤醒中断，如果真进入了这个中断的话，就说明程序肯定是出问题了，进入中断后就是作重要的一些保护操作，如保存数据等。

我们知道窗口看门狗必须在计数器的值在一个范围内才可以喂狗，其中下窗口的值是固定的 0X40，上窗口的值可以改变，具体的由配置寄存器 CFG的位 6:0 WIN[6:0]设置。其值必须大于 0X40，如果小于或者等于 0X40 就是失去了窗口的价值，而且也不能大于计数器的值，所以必须得小于 0X7F。因此我们设置的窗口上限值在0X40-0X7F之间。

上窗口时间：T_min = 4096 * (2^ PSC)(T - W + 1)/60 (us)
下窗口时间：T_max = 4096 * (2^ PSC)(T - 0x40 + 1)/60 (us)

17.2.2窗口看门狗的寄存器描述

首先介绍控制寄存器（WWDGT_CTL），该寄存器的各位描述如图所示。

可以看出，这里我们的WWDGT_CTL只有低八位有效，CNT[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^ PSC）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。WDGTEN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（WWDGT_CFG），该寄存器的各位及其描述如图所示。

该寄存器中的 EWIE是提前唤醒中断，也就是在快要产生复位的前一段时间（CNT[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WWDGT_CTL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 60M 且PSC为 0 的条件下，该时间为68.2us）内重新写WWDGT_CTL，否则，看门狗将产生复位！

最后我们要介绍的是状态寄存器（WWDGT_STAT，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。

17.2.3窗口看门狗具体代码实现

启用GD32 的窗口看门狗如下步骤。

1）使能 WWDGT时钟
WWDGT不同于 FWDGT， FWDGT有自己独立的 40Khz 时钟，不存在使能问题。而 WWDGT使用的是 PCLK1 的时钟，需要先使能时钟。 方法是：

rcu_periph_clock_enable(RCU_WWDGT); // WWDGT时钟使能

2）设置初始值、窗口值和分频数
设置窗口值的函数是：

void wwdgt_config(uint16_t counter, uint16_t window, uint32_t prescaler)

3）开启 WWDGT中断并分组

开启WWDGT中断的函数为：

nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);
nvic_irq_enable(WWDGT_IRQn, 2U, 0U);
wwdgt_interrupt_enable (); //开启窗口看门狗中断

4）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 wwdgt_enable(void)；

该函数使能窗口看门狗。

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。

/**
  * @brief  This function handles WWDG Handler.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void WWDG_IRQHandler(void)

   wwdgt_counter_update(0x7F);
   wwdgt_flag_clear();
   printf("WWDG\\r\\n");

【小贴士】当然啦，最好不要在中断服务程序中喂狗，标准的写法是在中断服务程序中做重要的操作，也就是复位前的操作，喂狗在主函数中进行。

窗口配置如下：

/**
  * @brief  看门狗初始化
  * @param  None
  * @retval None
  */
void wwdog_configuration(void)

    //窗口看门狗时钟
    rcu_periph_clock_enable(RCU_WWDGT);
	
    //设置WWDG预分频数值,则WWDG时钟频率=(PCK1(60M)/4096)/8
    //窗口上边界数值
    wwdgt_config(0x7F, 0x5F, WWDGT_CFG_PSC_DIV8);
  
    //使能窗口看门狗
    wwdgt_enable();
	
    //清除提前唤醒中断标志
    wwdgt_flag_clear();
	
    //开启窗口看门狗中断
    wwdgt_interrupt_enable();

    nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);
    nvic_irq_enable(WWDGT_IRQn, 2U, 0U);

主函数如下：

/*
    brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)

    /* systick init*/
    sysTick_init();

    //usart init 115200 8-N-1
    com_init(COM1);

    /*窗口看门狗初始化*/
    wwdog_configuration();

    printf("\\rWindow watchdog\\r\\n");

    while(1)
    
        printf("\\rhttps://www.bruceou.cn/\\r\\n");
        delay_ms(800);   
    

17.2.4窗口看门狗实现现象

编译无误，打开串口，现象如下：

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