STM8的看门狗

看门狗概述

看门狗的作用

• 单片机系统在运行过程中受到干扰，可能出现死循环、程序跑飞、操作混乱等异常，为了检测异常状态并使系统恢复正常，就要用到看门狗
• 看门狗监控着STM8的运行，如果程序运行正常，就会在规定时间内“喂狗”，保证看门狗计数器不会发生超时溢出；倘若看门狗溢出了，就表示程序异常，看门狗就会强制系统复位
• 看门狗机制适合解决瞬时、突发的故障，但对无法通过复位解决的故障，如硬件损坏、电气故障等就没有作用

看门狗的分类

• IWDG独立看门狗

  又称硬件看门狗，优先级更高

  实质是一个向下计数的8位计数器，其使用LSI低速内部振荡器经过分频后作为时钟源，启用后其计数值不断递减，如果在递减到0时还没有“喂狗”（即重装载计数值）就会复位

• WWDG窗口看门狗

  又称软件看门狗，其优先级低于硬件看门狗

  与IWDG的不同在于其使用的时钟源是f​_CPU，也就是说如果系统主时钟崩溃，WWDG就无效了

  而且WWDG的实现机制比IWDG复杂得多

• 两种看门狗的配置方法不同，接下来分别介绍

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独立看门狗配置流程

独立看门狗结构介绍

• 在开始配置之前，先了解IWDG的系统结构：

  独立看门狗的结构类似先前介绍的定时器，在计时溢出之后产生操作

  而独立看门狗与定时器相比其特点是：使用的计数时钟是LSI，计数溢出后的操作是复位

  由此可知配置IWDG类似配置定时器，也需要设定分频系数与重载值来决定计数溢出的用时

独立看门狗配置简述

1. 启动独立看门狗

   有两种启动方式：软件启用(配置IWDG_KR寄存器)和硬件启用(配置选项字节IWDG_HW)

   • 软件程序启用：当STM8上电复位后，如果用户没有修改过选项字节，那么IWDG默认由软件程序启用

     配置键寄存器IWDG_KR，向其写入0xCC以使能IWDG

     一旦使能之后，除了复位之外就不能再关闭

   • 硬件启用：配置选项字节OPT3的IWDG_HW位

     配置为Independent Watchdog activated by Hardware硬件启用后，在STM8上电时IWDG就已经启用，不需要再写寄存器

2. 配置看门狗计时参数

   决定看门狗超时时间的参数有两个：计数值(在IWDG_RLR中设置)与计数频率(IWDG_PR寄存器中决定分频系数)

   注意这两个寄存器有写保护，在修改前必须配置IWDG_KR=0x55允许修改

3. 喂狗

   配置IWDG_KR=0xAA对看门狗进行刷新

   配置完成后需要刷新，并且在超时溢出前也需要对看门狗进行刷新，俗称“喂狗”，否则就会导致重置

独立看门狗相关寄存器

• 键寄存器IWDG_KR

  配置IWDG最为关键的寄存器，其写入不同的内容会有不同的操作含义

  • 0xCC：启动独立看门狗
  • 0xAA：刷新独立看门狗
  • 0x55：允许对受保护的IWDG_PR和IWDG_RLR寄存器进行操作

• 预分频寄存器IWDG_PR

  IWDG使用128kHz的LSI为时钟源，其会固定经过2分频，因此送入IWDG分频的信号是64kHz，IWDG对这个64kHz的时钟信号进行分频

由表可见分频系数即设定值+2作为2的幂次：即2^PR[2:0]+2

• 重装载寄存器IWDG_RLR

  用于设置计数值，共有8位，最大可设置为0xFF，最小递减到0，计数值为设定值再+1（比如寄存器设定为0时计数值为1）

IWDG超时溢出时间计算

• 超时时间计算公式

  通过对分频系数和重载计数值的控制，就可以设定IWDG的超时的时间

  超时时间t=2×T_LSI×P×R，T的单位是s

  • T_LSI是频率的倒数，单位为Hz，注意LSI不稳定，不一定就是128kHz，可以使用CCO时钟输出功能进行测量，因为LSI会经过固定的2分频，因此要乘2
  • P=2^PR[2:0]+2是分频系数
  • R是计数值（即重装载寄存器的设定值再加1）

• 重装载值的配置

  由超时时间公式变形，得到用于计算应该设定RLR寄存器重装载值的公式：

  IWDG_RLR=(T×f_LSI/P)-1

• 超时时间的范围

  在频率和设定值确定的情况下，可以将超时的时间分为两类：

  • 最短超时时间：IWDG_RLR寄存器为0的情况，这时在进行一次递减就会溢出超时
  • 最长超时时间：IWDG_RLR寄存器为0xFF的情况，这时要进行256次递减才会溢出

  根据这两个数据，可以判断合适的“喂狗时间”，即刷新看门狗的时间，不及时刷新或是过快刷新都会导致工作异常

代码实现

• 软件启动看门狗

  IWDG_KR=0xCC;//软件启动看门狗
  IWDG_KR=0x55;//解除写保护
  IWDG_PR=0;//设定4分频
  IWDG_RLR=0xFF;//设定重载值
  IWDG_KR=0xAA;//刷新IWDG配置
  //其他代码省略
  IWDG_KR=0xAA;//在设定溢出时间之前，要进行刷新
  

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窗口看门狗配置流程

窗口看门狗结构介绍

• 窗口看门狗的时钟源

  WWDG与IWDG最为明显的差异是其计数时钟使用的是f_CPU而非LSI，这意味着若f_CPU失效WWDG会一同失效；

  另外，WWDG会对f_CPU进行固定的12288分频，因此WWDG是没有预分频寄存器的

• 窗口看门狗的系统结构

  窗口看门狗的系统结构比起独立看门狗更为复杂：除了常规的计数部分(由WWDG_CR控制寄存器来控制启动以及计数值)外还有一个特殊的窗口寄存器用于存放窗口值

  虽有相似的计数部分，但WWDG系统具体的工作方式不只是IWDG那样计数值递减到溢出后进行复位，而是对计数值和窗口值进行比较，不同的条件会产生不同的事件，这些事件共同决定WWDG的操作，具体如下

• 窗口看门狗复位的逻辑

  将各类条件归结为事件，可以得到进行复位的表达式：

  WWDG复位=WWDG开启×(计数值最高位递减至0+(计数值>窗口值)×WWDG_CR发生刷新事件)

  也就是说，WWDG要复位，首要条件WWDG必须是开启状态，而后有两种情况能导致复位产生

  1. 计数值最高位达到0，计数值不断递减直到其最高位为0后进行复位，类似IWDG的计数溢出后复位，即喂狗太迟
  2. 计数值>窗口值的情况下WWDG_CR被刷新，刷新WWDG_CR即喂狗，这种情况即喂狗太早

  具体的工作逻辑如图，想要系统正常运行，就要在计数达到B的区间时喂狗

  

  由此可知配置WWDG不仅需要设定重载值来决定计数溢出的用时，还要恰当的设定窗口值

窗口看门狗配置简述

1. 设置f_CPU

   窗口看门狗的计数时钟依赖于f_CPU，因此需要先设置好单片机的时钟源

   比如说，如果配置了CLK_CKDIVR=0;对HSI不进行分频，那么就会有f_CPU=f_MASTER=f_HSI

2. 启动窗口看门狗

   同样拥有软件和硬件两种启动方法

   • 软件启动：默认的启用方式

     配置控制寄存器WWDG_CR的WDGA位(位7)为1时即可开启看门狗

   • 硬件启动：将选项字节OPT3的WWDG_HW位配置为Window Watchdog activated by Hardware，这样一上电便会启动WWDG

3. 配置计数值和窗口值

   在WWDG_CR的T[6:0]位配置计数值，在WWDG_WR的W[6:0]位配置窗口值

   两个值的具体配置公式见后文

4. 喂狗

   在恰当的时间内进行喂狗以防重置

   在启动后窗口看门狗即开始计数，但是其没有自动重装载的功能，因此WWDG的喂狗事实上是在重复软件启动的代码，填入新的计数值

窗口看门狗相关寄存器

• 控制寄存器WWDG_CR

  最高位WDGA是开启位，控制是否启动WWDG，如果配置了硬件启动方式则此位无效

  T[6:0]这剩下的7位则用作计数值的储存，每个计数周期后值递减1，需要注意的是T的取值范围有要求：(0x7F,0x40)，对于计数值最高位为0时复位的情况，也就是0x40到0x3F的时候，如果这时还没有“喂狗”就会复位

  

• 窗口寄存器WWDG_WR

  W[6:0]用于保存窗口值，这个值会和计数值T[6:0]进行比较

  

WWDG超时时间计算

• WWDG的超时溢出时间

  T[6:0]与W[6:0]是有默认值的，不配置的情况下，默认为0x7H，这时溢出时间的计数公式是：t=(12288/f_CPU)×64，t单位为s，f_CPU单位为Hz

  由于最高位T6必须为1才不会复位，可以把公式变形为：

  t=(12288/f_CPU)×(T[5:0]+1)

• 重装载值与窗口值的配置

  根据超时溢出时间的公式，变形可得：

  T[6:0]=(t×f_CPU/12288)+63

  在确定了重装载值后，就可以依此按需确定窗口值了

代码实现

• 软件启动窗口看门狗

  WWDG_CR = 0xFF; //软件启动且T设置为0x70
  WWDG_WR = 0x50; //设定窗口值为0x50
  WWDG_CR = 0xFF; //这就是WWDG喂狗的语句，重新写入了计数值
  //注意如果直接执行此处的代码，会因为过早喂狗产生复位，喂狗要在恰当的时间