MCU/CPU/*PU的 WatchDog/看门狗 使用注意事项

MCU/CPU/*PU的 WatchDog/看门狗 使用注意事项

类比于 Heartbeat/心跳 检测多用在软件及服务领域，
WatchDog/看门狗 多用在硬件与系统领域(硬件看门狗)，
也有用在软件与应用及服务领域的(软件看门狗)。

“喂狗”即“心跳探活”, 系统分三部分:

• 监控部分: 有规律性的心跳检测，
• 响应部分: 硬件/系统或进程/服务/应用/任务 的心跳响应,
• 异常处理部分: 看门狗/心跳 检测异常时触发的机制与行为，
  例如触发硬件中断或系统软件中断，硬重启(冷启动)与软重启(热启动)。

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前言
最近因为项目产品硬件设计有问题，导致设计的一款产品把硬件电源开关以及硬件系统复位功能去掉了。
更严重的是，这产品已经开始生产了，硬件已经无法修改，
所以软件必须上看门狗，否则设备死机或是异常后就只能拆设备拔电池复位了。

关于看门狗在低功耗场景的应用，几个问题点可以提前思考：

在看门狗初始化之前系统异常了会怎样？软件独立看门狗与硬件独立看门狗它们有什么区别？
如果异常不可避免，有没一个地方可以缓存设备状态，系统异常复位后状态不被清除。

选项字节里开启硬件看门狗与软件代码开启有什么区别？
看门狗是在中断过程喂狗还是在主程序中喂狗比较好？
​看门狗初始化可以放到时钟初始化之前么？如果时钟死掉了，看门狗还能正常工作么？
低功耗深度休眠后还需要喂狗么？如果需要，要怎么设计？使用什么唤醒设备喂狗？

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(一)看门狗分类
看门狗的分类，根据实现方式的不同，可以分为软件看门狗和硬件看门狗：

• 软件看门狗：通过软件实现的一种机制，通常由系统中的软件来设置和管理
• 硬件看门狗: 嵌入在处理器或芯片中的专用硬件模块

根据使用方式的不同，又可以区分为独立看门狗和窗口看门狗

• 独立看门狗: 独立看门狗通常用于监控整个系统的运行状态，而不特定于某个任务或进程;
  当系统故障，死锁，无响应时，应用程序无法正常喂狗，看门狗超时从而产生复位。
• 窗口看门狗: 窗口看门狗更专注于监控特定任务或进程的运行状态，并在特定的时间窗口内完成。
  比如在某个任务执行时间要求非常高，可以使用窗口看门狗，
  它有一个时间窗口，如果太早喂狗和太晚喂狗，都会产生异常，
  正因为它喂狗时间有个时间窗口，所以才叫窗口看门狗。

软件独立看门狗与硬件独立看门狗的区别：
软件独立看门狗通过软件初始化，可以通过关闭时钟以关闭。
如果在设备上电到初始化看门狗之前系统异常，看门狗是不生效的，这种情况多出现在软件初始化的时候异常。

硬件独立看门狗通过烧录器烧录的时候配置，或者是通过软件程序修改选项字节里面参数进行修改。
硬件独立看门狗一旦配置好，上电的时候开始生效并且无法关闭，除非重新修改配置项参数。
硬件独立看门狗开启之后，硬件时钟会自动开启并且无法关闭。

休眠唤醒喂狗
超低功耗设备的*PU处理器多是深度睡眠模式以达到省功耗的目的；此模式状态的看门狗还是在正常运行的。
即在深度休眠模式，还是需要有规律的唤醒设备进行喂狗。

我使用的硬件内核带有独立看门狗IWDG和窗口看门狗WDG。
其中，独立看门狗和窗口看门狗，还有软件和硬件的区别，主要差异是在看门狗的启动方式上不同。
下面我们的介绍，主要针对独立看门狗。

(二)启动看门狗
看门狗的启动有多种方式：

• 通过接口设置启动
• 直接设置寄存器启动
• 设置Setting/Config Bits的Flags(选项字节启动)

设置Setting/Config Bits的Flags(选项字节启动)
MCU内部有一个小的flash，有个FLASH user option可以设置MCU的一些配置参数包括看门狗参数。
注意这些参数是可以通过烧录器在烧录的时候就把参数配置进去，即硬件级全局配置。
对于已经烧录的设备，可以通过写选项字节的方式把IWDG_SW置位或是重置。

直接设置寄存器启动
直接往Datasheet上公开的*WDG寄存器地址写入对应参数使能IWDG, 例:
void init_wtd(void)
{
volatileu int32_t *IWDG_KR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003000UL;
volatileu int32_t *IWDG_PR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003004UL;
volatileu int32_t *IWDG_RLR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003008UL;
*IWDG_KR_ADDR = 0x5555;
*IWDG_PR_ADDR = 0x03;
*IWDG_RLR_ADDR = 0xF40;
}
实际IWDG是有四个寄存器，还有一个IWDG_PR，
如果不初始化时钟，看门狗不会启动的，即使设置完看门狗也是不会启动。
如果要使能时钟，可以添加时钟设置语句：SET_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_LSION);
直接设置寄存器有一个好处，就是在boot中， 因为对代码量要求比较高，可以比较精简的实现功能。

通过接口设置
可以直接参考官方sample进行初始化：
IWDG_HandleTypeDef IwdgHandle;
HAL_Init();
/##-3- Configure & Start the IWDG peripheral ########/
IwdgHandle.Instance = IWDG;
IwdgHandle.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_32;//T=1MS
IwdgHandle.Init.Reload = (1000); //1ms1000=1s
IwdgHandle.Init.Window = IWDG_WINDOW_DISABLE;
if(HAL_IWDG_Init(&IwdgHandle) != HAL_OK)
{
/ Initialization Error */
Error_Handler();
}

需要特别注意，因为IWDG是依赖于LSI时钟的，在HAL_IWDG_Init 函数调用之前必须先打开LSI时钟。
以上官方给的sample，是在HAL_Init()中把LSI时钟打开的。