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WDG

WDG简介

  • 英文名称：Watchdog（WDG）
  • 本质功能
    • 硬件级程序运行监控机制，通过 “喂狗”（重置计数器）避免程序卡死 / 跑飞。
    • 类比 “自动重启按钮”，在程序异常时强制复位，保障系统可用性。
  • 应用场景
    • 嵌入式系统（如 STM32）中防止软件漏洞、硬件故障（如传感器卡死）、电磁干扰导致的系统崩溃。
    • 尤其适用于无人值守设备、工业控制等高可靠性场景。

IWDG框图

1. 硬件架构与组件（对应框图）
  • 时钟源（LSI）
    • 框图左侧输入为 LSI（40kHz），会议强调其独立于主时钟，确保主时钟故障时仍能工作，频率范围 30~60kHz（计算超时需留余量）。
  • 预分频器（8 位 + IWDG_PR）
    • 8 位预分频器连接 IWDG_PR 寄存器，提供 6 种分频比（4、8、16、32、64、256）（2n，n=0~5），调整计数器递减速度。
  • 12 位递减计数器
    • 框图中间的 12 位计数器（最大值 4095），未喂狗时减至 0 触发复位，会议通过程序模拟（按键卡死）验证此机制。
  • 重装载寄存器（IWDG_RLR）
    • 存储喂狗重置值，通过 IWDG_KR（键寄存器）写入 0xAAAA 实现重装（喂狗操作），框图中显示其输出连接计数器。
  • 键寄存器（IWDG_KR）
    • 框图右侧的16 位键寄存器，会议详细说明：
      • 0xAAAA：喂狗（重装 RLR 到计数器）；
      • 0xCCCC：启用看门狗（不可关闭）；
      • 0x5555：解除 PR/RLR 写保护（抗干扰设计，多比特操作避免误触发）。
  • 状态寄存器（IWDG_SR）
    • 框图中的状态寄存器，用于指示看门狗运行状态（如是否使能、复位标志等）。
  • 供电与工作模式
    • 框图底部标注 VDD 供电区， IWDG 在 停机 / 待机模式下仍工作，确保低功耗场景的监控可靠性。
2. 工作流程与原理
  • 初始化
    • 写 0x5555 解除写保护，配置 PR（分频比） 和 RLR（重装载值）；
    • 写 0xCCCC 启用看门狗，计数器从 RLR 值开始递减。
  • 喂狗操作
    • 主循环定期写 0xAAAA，将 RLR 值重装到计数器，重置递减过程（框图中箭头显示重装路径）。
  • 复位触发
    • 未喂狗时，计数器减至 0，触发 IWDG 复位（框图右侧输出），可以通过 OLED 显示 “独立看门狗 RST” 验证。
3. 特性与应用
  • 抗干扰设计：键寄存器的 16 位操作（非单比特），降低电磁干扰导致的误配置 / 误喂狗，提升可靠性（框图中键寄存器的特殊位置体现此设计）。
  • 独立运行：依赖 LSI 时钟，主时钟故障时仍工作，适用于 对时间精度要求低、需高可靠性的场景（如工业控制、无人值守设备）。
  • 不可关闭性：启用后（0xCCCC）无法关闭，确保系统持续受监控（框图中无关闭路径，会议强调此硬件特性）。

总结：LSI时钟信号 -> 8位预分频器（最多256分频） 预分频寄存器 可以配置分频器的系数（和定时器的PSC相似）->递减计数器 （递减计数器减到0，就触发复位） 为了让其减到0进行复位，就每个一段时间进行值的重装 （重装值寄存器可以设置重载值 与定时器中的ARR相似） -> 键寄存器 （可以写入命令，通过命令将值写入计数器等操作） -> 状态寄存器 有两个状态标志位，一般不看。

IWDG键寄存器

IWDG超时时间

  1. 计数器递减机制
  • IWDG 的 12 位计数器 初始值为 RLR 寄存器的值（范围 0~4095），每次时钟脉冲（经预分频后的 LSI 时钟）递减 1，直到减至 0 时触发复位。
  • 例如：
    • 若 RLR = 0，计数器从 0 开始，立即触发复位（最短超时，对应公式中 0+1=1 次计数）。
    • 若 RLR = 4095，计数器从 4095 递减到 0，共 4096 次计数（4095+1），对应最长超时时间。
  1. 公式物理意义

超时时间等于 单次计数周期 × 预分频系数 × 总计数次数

  • 单次周期：TLSI=1/FLSI（如 40kHz 时为 25μs）。
  • 预分频系数：调整时钟频率（如 / 16 分频，延长单次计数周期）。
  • 总计数次数：RLR + 1（从 RLR 到 0 的所有递减步骤，含初始值）。

总结：TSI是时钟信号的周期 * 预分频系数（可以这样理解，分频之后的周期 就是 时钟信号频率 / 分频系数 在进行整体取倒数，所以这里是 * 预分频系数）得的的时间是 一次的时间 然后再* 次数，因为触发的时机为减到0立刻触发看门狗，所以会对 RL+1 （比如RL = 0 那么溢出就会是1）。RL+1 为从初始化减到0的计数总次数。

WWDG框图

1. 硬件架构与工作原理（框图解析）
  • 时钟源：采用 PCLK1（36MHz，主时钟分支），经固定 4096 分频后驱动 预分频器（WDGTB，4 种分频比：1、2、4、8），控制计数器递减速度。
  • 计数器与寄存器
    • 6 位递减计数器（CNT，T5~T0）：位于 WWDG_CR 寄存器，T6 为溢出标志（T6=1：未溢出，可喂狗；T6=0：溢出，触发复位）。
    • 窗口寄存器（WWDG_CFR，W6~W0）：存储最早喂狗阈值，比较器检测 CNT > 窗口值（T6:0 > W6:0） 时，判定为 “过早喂狗”，触发复位（框图中与门逻辑）。
    • 控制寄存器（WWDG_CR，WDGA 位）：置 1 启用看门狗，启用后不可关闭，且首次配置需确保 T6=1（CNT≥0x40），避免立即复位。
2. 时间窗口与复位机制
  • 复位条件
    • 过晚喂狗：CNT 减至 <0x40（T6=0），计数器溢出，触发复位（框图中 T6=0 时的复位路径）。
    • 过早喂狗：CNT > 窗口值（W6~W0），比较器输出 1，通过与门触发复位（对应 “窗口外喂狗”）。
  • 喂狗要求：必须在 窗口值 < CNT < 0x40（T6=1 时） 内进行，确保喂狗时间既不早于窗口下限，也不晚于溢出上限（会议中窗口 30~50ms 即此逻辑的简化应用）。

总结：PCLK1时钟信号 -> 预分频器（进行预分频处理 预分频参数 有 1 2 4 8）这样可以控制递减的速度 -> 6位递减计数器用来递减计数 T6位 也就是第7位 这里用做的溢出位 也就是最开始配置 计数器时最小值为 0x40 因为当T6位从 1 跳变到 0 的时机就是 窗口看门狗的超时喂狗的复位触发时机，WDGA为开启看门狗的控制位 给1开启并且开启后不可关闭 与另一条线路 进行与操作 ，输出信号由另一条路决定，T6溢出会写0，在或门进行非 写一 所以会产生复位 。框图的上面为配置寄存器可以设置看门狗的窗口值 当 当前计数值 CNT 大于 窗口值时，为过早喂狗 会触发 复位。

WWDG工作特性

1. 复位触发机制
  • 过晚喂狗（T<0x40）：当 7 位计数器（T6:0）减至小于 0x40（即 T6=0，如 0x3F~0x00），立即触发复位（图 159 中计数器下降到 3Fh 时 T6 位清零，随后产生复位信号）。
  • 窗口外喂狗（T>W）：若喂狗操作（重装计数器）发生在计数器值大于窗口值 W [6:0]（图中 “不允许刷新” 区域），视为 “过早喂狗”，直接触发复位（比较器检测 T>W，通过逻辑门复位）。
2. 早期唤醒中断（EWI）
  • 触发条件：计数器等于 0x40（T6=1，T5~T0=0）时，产生 EWI 中断（图中 T6 位在 0x40 时仍为高电平，未到 3Fh）。
  • 功能：用于紧急操作（如数据保存） 或 提前喂狗（在 T<0x40 前重装计数器，避免复位），是 WWDG 的 “预警机制”，提升系统容错能力。
3. 时间窗口与喂狗逻辑（时序图解析）
  • 窗口划分
    • 禁止区（T>W）：过早喂狗→ 复位；
    • 允许区（W≥T≥0x40）：可喂狗（重装计数器，图中斜线下降到 W 以下进入窗口，此时操作有效）；
    • 危险区（T<0x40）：过晚喂狗→ 复位（T6=0 时触发）。
  • 喂狗操作：必须在 允许区（W~0x40） 内定期写入 WWDG_CR 寄存器（重装计数器），确保喂狗时间合法（窗口 30~50ms 即此逻辑的具体应用，40ms 位于窗口内，验证正常喂狗）。

总结：计数器当前计数大于 窗口值，视为提前喂狗 产生复位 ，在设置的 窗口内喂狗 操作有效 当 T6为 = 0 就触发 复位 但是在 T6 = 1 的最后一个计数 就是 要产生计数的前一个计数 可以设置 EWI 操作 可以进行 一系列的操作（如保存数据等等，防止数据丢失等）。

WWDG超时时间

image-20250529214219333

总结:时间的计算方式与 独立看门狗的计算方式相同 这里 * 4096 是因为 进来之后会先进行 默认的4096 分频 所以要 * 4096.

IWDG和WWDG对比

独立看门狗（小实验）

核心配置流程（分步详解）

1. 解除写保护（关键前提）
  • 目的：默认情况下，预分频器（PR）和重装值寄存器（RLR）被写保护，需先解锁才能修改。
  • 操作
    • 向 IWDG_KR 寄存器 写入 键值 0X5555（对应库函数：IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable)）。
    • 作用：允许后续操作修改 PR 和 RLR 寄存器。
2. 计算并设置预分频系数（PR）和重装值（RLR）

  • 公式：超时时间（ms）=LSI频率（kHz）(PR+1)×(RLR+1)×1000

    • LSI 频率：取 40kHz（默认值，实际以芯片手册为准）。
    • 参数选择原则
      • 优先选择 较小的预分频系数（如 16、32 等），减少因整数取整导致的时间误差。
      • 确保 PR 和 RLR 的值在允许范围内（PR：07；`RLR`：00xFFF，即 0~4095）。

  • 示例计算（以超时时间 1000ms 为例）：

    • 选择 PR=16 分频（对应库函数参数IWDG_Prescaler_16），则：RLR=(161000×40)−1=2500−1=2499

    • 库函数调用

      IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_16);  // 设置预分频系数
IWDG_SetReload(2499);                  // 设置重装值
3. 启动独立看门狗
  • 操作：向 IWDG_KR 寄存器 写入 键值 0XCCCC（对应库函数：IWDG_Enable()）。
  • 效果：看门狗开始倒计时，从RLR值（如 2499）递减至 0 时触发复位。
4. 喂狗操作（主循环中持续执行）

  • 目的：防止看门狗超时复位，需在超时时间内定期 “喂狗”（重置计数器）。

  • 操作：向 IWDG_KR 寄存器 写入 键值 0XAAAA（对应库函数：IWDG_ReloadCounter()）。

  • 示例代码

    while (1) {
    IWDG_ReloadCounter();  // 喂狗
    delay_ms(800);         // 确保间隔小于超时时间（1000ms）
}

三、辅助配置：复位原因判断（可选）

  • 功能：通过 RCC 寄存器 判断复位是否由看门狗触发。

  • 步骤

    1. 查看标志位：调用 RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) 检测独立看门狗复位标志。
    2. 清除标志位：调用 RCC_ClearFlag() 清除标志，避免误判后续复位。

  • 代码示例

    if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) != RESET) {
    // 处理看门狗复位逻辑（如显示提示）
    RCC_ClearFlag();  // 必须清除标志位
} else {
    // 处理普通复位逻辑
}

四、注意事项与调试建议

  1. 写保护机制：
    • 配置完 PR 和 RLR 后，无需手动重新启用写保护（启动看门狗或写入非 0X5555 值会自动恢复保护）。
  2. 时间误差：
    • LSI 时钟精度较低（±10%），实际超时时间可能与计算值有偏差，建议预留 20%~30% 余量（如设置超时 1000ms 时，喂狗间隔控制在 800ms 以内）。
  3. 测试方法：
    • 故意延长喂狗间隔（如超过 1000ms），观察是否触发复位，验证看门狗功能是否正常。
    • 通过按键阻塞主循环，模拟程序卡死场景，测试看门狗复位逻辑。
函数名称 功能描述 参数 对应寄存器操作 返回值
IWDG_WriteAccessCmd 解除或启用独立看门狗寄存器的写保护 NewState： IWDG_WriteAccess_Enable（0X5555） IWDG_WriteAccess_Disable（0X0000） 向IWDG_KR写入键值 无
IWDG_SetPrescaler 设置独立看门狗的预分频系数 Prescaler：预分频系数（如IWDG_Prescaler_16、IWDG_Prescaler_32等） 向IWDG_PR写入预分频值 无
IWDG_SetReload 设置独立看门狗的重装值（计数器初始值） Reload：重装值（0~0xFFF，即 0~4095） 向IWDG_RLR写入重装值 无
IWDG_ReloadCounter 重新装载计数器（喂狗操作） 无 向IWDG_KR写入0XAAAA 无
IWDG_Enable 启动独立看门狗 无 向IWDG_KR写入0XCCCC 无
IWDG_GetFlagStatus 获取独立看门狗的标志位状态（如超时标志） Flag： IWDG_FLAG_RLRF（.reload 标志） 读取IWDG_SR寄存器 SET或RESET
RCC_GetFlagStatus 检测并返回 RCC 复位标志位状态（判断复位原因） RCC_FLAG： 如RCC_FLAG_IWDGRST（独立看门狗复位） RCC_FLAG_WWDGRST（窗口看门狗复位） 读取 RCC 控制寄存器的标志位 SET或RESET
RCC_ClearFlag 清除 RCC 的复位标志位（避免后续误判） 无 清除 RCC 控制寄存器的标志位 无

总结

不需要手动开器LSI时钟，如果开启看门狗 就自动开启 LSI时钟 ，下面需要输入 指令 关闭写保护（不用手动开启写保护 当开启看门狗 或者写入 非 0x55时，会自动开启写保护） ，然后再写入 预分频 写入 重装载寄存器 ，然后开启看门狗 装置，可以在主程序中加入 判断是否是 看门狗产生的复位等操作 来跟直观的看到 看门狗复位的程序现象。

独立看门狗主要代码

//main.c


#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "key.h"

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Key_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "IWDG_RET or RET");
	
	//判断是否是通过什么方式产生的复位
	if(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) == SET)
	{
		OLED_ShowString(2, 1, "IWDG_SET");
		Delay_ms(200);
		OLED_ShowString(2, 1, "        ");
		Delay_ms(100);
		
		//要手动清除标志位 
		RCC_ClearFlag();
	}
	else
	{
		OLED_ShowString(3, 1, "SET");
		Delay_ms(200);
		OLED_ShowString(3, 1, "   ");
		Delay_ms(100);
	}
	
	//下面为开启看门狗的操作
	//先写使能
	IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);
	//写入 重装值 预分频器值
	//查看表格 看要设置的分频器的计数范围 是否 包含要计数的计数次数
	IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_16);
	//计算重装值 1000 ms = 1 / 40khz * 16 * （RL + 1）  ---》 RL =  2499 注意单位换算
	IWDG_SetReload(2499);
	
	IWDG_Enable();
	while(1)
   {
	   
	   //按下按键 阻塞程序
	   Key_GetNum();
	   
	   //在循环中设置时间 执行喂狗操作
	   IWDG_ReloadCounter();
	   
	   OLED_ShowString(4, 1, "FEED");
	   Delay_ms(200);
	   OLED_ShowString(4, 1, "    ");
	   Delay_ms(600);
   }
}

窗口看门狗（小实验）

窗口看门狗（WWDG）操作流程

  1. 第一步：开启时钟
    • 时钟来源：WWDG 时钟来自 PCLK1（需手动开启，不同于 IWDG 的自动时钟开启）。
    • 函数调用：通过RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE)开启 WWDG 的 APB1 时钟。
  2. 第二步：配置寄存器
    • 预分频系数（Prescaler）：通过WWDG_SetPrescaler(WWDG_Prescaler_8)设置分频比（例：选择 8 分频，即 2^3=8）。
    • 窗口值（Window Value）：通过WWDG_SetWindowValue(0x21)设置窗口上限值（需结合计算，见下文）。
    • 特点：WWDG 无写保护，可直接写入寄存器配置。
  3. 第三步：使能看门狗并初始化计数器
    • 调用WWDG_Enable(0x54 | 0x40)使能 WWDG，同时设置初始计数器值（需包含 T6 位，见参数计算部分），使能要先进行一次喂狗 ，注意 使能与 循环函数中的喂狗操作不能间隔太近，否则会提前喂狗导致复位。
    • 控制寄存器（CR）：需设置使能位（WDGA，最高位）、计数器值（T6~T0）和溢出标志位等。
  4. 主循环喂狗
    • 调用WWDG_SetCounter(0x54 | 0x40)定期向计数器写入值，确保计数器值在窗口范围内（即大于窗口值且未超时）。

参数计算

超时时间

窗口时间

在这里插入图片描述

注意与解决

  1. 问题现象

    • 编译下载后程序持续复位，原因：
      • 初始化时首次喂狗与主循环中第二次喂狗间隔过短（<30ms），触发 “喂狗过快” 复位。

  2. 解决方案

    • 方案 1：将喂狗代码移至延时之后，确保两次喂狗间隔≥窗口时间（30ms）。

    • 方案 2：通过标志位判断首次执行，首次使能时同步喂狗，后续循环单独喂狗：

      static uint8_t isFirstRun = 1;
if (isFirstRun) {
    WWDG_Enable(0x94); // 首次使能并喂狗
    isFirstRun = 0;
} else {
    WWDG_SetCounter(0x54); // 后续喂狗
}

窗口看门狗主要程序

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "key.h"

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Key_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "WWDG_RET or RET");
	

	//判断是否是通过什么方式产生的复位
	if(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_WWDGRST) == SET)
	{
		OLED_ShowString(2, 1, "WWDG_SET");
		Delay_ms(200);
		OLED_ShowString(2, 1, "        ");
		Delay_ms(100);
		
		//要手动清除标志位 
		RCC_ClearFlag();
	}
	else
	{
		OLED_ShowString(3, 1, "SET");
		Delay_ms(200);
		OLED_ShowString(3, 1, "   ");
		Delay_ms(100);
	}
	
	//下面为开启看门狗的操作
	//开启看门狗时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE);
	//看表格 要想 超时时间为50ms 窗口时间为 30ms 分频系数的选择只有8分频
	WWDG_SetPrescaler(WWDG_Prescaler_8);
	//设置窗口值 30ms T[5:0] - W[5:0] = 30 / ((1/ 36MHZ)*1000 * 4096 * 8) = 33
	WWDG_SetWindowValue(0x40 | 21);
	//使能窗口看门狗要先进行一次喂狗  设置超时时间 50ms
	// T[5:0] + 1 = 50 / ((1/ 36MHZ)*1000 * 4096 * 8) = 55
	WWDG_Enable(0x40 | 54);
	
	while(1)
   {
	   
	   //按下按键 阻塞程序
	   Key_GetNum();
	   
	   OLED_ShowString(4, 1, "FEED");
	   Delay_ms(20);
	   OLED_ShowString(4, 1, "    ");
	   Delay_ms(15);
	   
	   //在循环中设置时间 执行喂狗操作 喂狗 50ms
	   WWDG_SetCounter(0x40 | 54);
   }
}

# stm32 # 嵌入式硬件 # 单片机
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