硬件开发手记

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窗口看门狗的使用方法 ​

1. 窗口看门狗简介 ​

窗口看门狗（Window Watchdog）是一种定时器，用于检测系统是否正常运行。当系统正常运行时，需要定期向看门狗定时器发送复位信号（即喂狗），否则看门狗定时器会溢出，触发系统复位。

窗口看门狗定时器的主要特点如下：

  1. 窗口看门狗定时器是硬件定时器，不需要软件控制。
  2. 窗口看门狗定时器有窗口功能，即窗口看门狗定时器在溢出之前，可以接受复位信号，从而避免系统复位。

2.如何设置窗口看门狗? ​

通过CubeMX配置窗口看门狗定时器，设置窗口看门狗定时器的溢出时间和窗口时间。

  1. 在STM32CubeMX中打开窗口看门狗定时器配置界面。
  2. 介绍窗口看门狗定时器配置界面：
    这是 STM32CubeMX 中 WWDG 的配置界面，以下是图中 “Parameter Settings” 标签页下各个参数的详细说明：

1. WWDG counter clock prescaler (WWGD计数器时钟预分频器) ​

  • 作用：用于对 WWDG 的时钟源进行分频，以设置看门狗递减计数器的计数频率。
  • 工作方式：
    • WWDG 的时钟源通常来自 APB1 总线时钟 (PCLK1)。
    • 此分频值（图中为 8）决定了 PCLK1 被分频多少次后才作为计数器计数的时钟。
    • 计算公式：计数器时钟频率 = PCLK1 / 预分频值。
  • 设置建议：
    • 结合窗口值和计数器初值，共同决定看门狗超时的“窗口期”和“最大超时时间”。
    • 分频值越大，计数器递减越慢，超时时间越长。

2. WWDG window value (WWDG窗口值) ​

  • 作用：设定一个窗口上限值。喂狗（刷新 WWDG）操作必须在这个值以下且高于 0x40 的计数范围内进行才有效，否则将触发复位。
  • 工作方式：
    • 计数器从设定的初始值开始递减。当计数器的值高于此窗口值时进行刷新，会触发复位（“过早喂狗”）。
    • 只有当计数器值低于此窗口值并高于 0x40 时，刷新操作才是合法的。
    • 图中值为 0x60 (十进制96)。
  • 设置建议：
    • 必须小于 WWDG free-running downcounter value (初始值)，否则整个窗口无效。
    • 需要根据程序中计划喂狗的最早时间和最晚时间来计算，以确保程序在预期的稳定执行阶段内完成喂狗。

3. WWDG free-running downcounter value (初始值) ​

  • 作用：设置看门狗递减计数器的初始值。
  • 工作方式：
    • 看门狗一旦激活，计数器就从该值开始递减，直到 0x40 时，如果还未被刷新，将产生看门狗复位。
    • 图中值为最大值 0x7F (十进制127)，意味着从开始到超时，允许的递减步数最多，即超时时间最长。
  • 设置建议：
    • 此值需大于 0x40 且大于 WWDG window value。
    • 通常设置为最大值 0x7F，以获得最长的超时时间。如果需要更短的超时时间，可以减小此值。

4. Early wakeup interrupt (提前唤醒中断) ​

  • 作用：使能或禁用 WWDG 的提前唤醒中断。
  • 工作方式：
    • 当递减计数器的值达到 0x40 时，如果此中断已使能，将产生一个中断请求。
    • 这给程序一个最后的警告机会：在计数器从 0x40 递减到 0x3F 从而触发复位前，有短暂的时间（通常等于一个计数器时钟周期）可以在中断服务程序中进行紧急处理（如保存关键数据、记录错误日志）或执行最后一次喂狗。
  • 设置建议：
    • 调试期间：建议启用，有助于定位程序是跑飞还是单纯喂狗不及时。
    • 量产发布：通常建议禁用，因为中断响应和处理本身也需要时间，在最危急的时刻可能增加不确定性。应将喂狗逻辑严格放在主循环或监控任务的正常流程中，而非依赖此“最后一搏”。
    • 如果启用，中断服务程序必须极其精简高效，并确保能在此中断后、复位发生前完成操作。

5.参数设置核心关系与总建议 ​

  1. 超时时间计算：
    • 超时时间 ≈ (计数器初始值 - 0x40) × (计数器时钟周期)
    • 计数器时钟周期 = (预分频值) / (PCLK1频率)
  2. 窗口期：
    • 合法的喂狗时间窗口是：从计数器递减到 （窗口值） 开始，到计数器递减到 0x40 之前结束。
  3. 配置黄金法则：
    • 必须满足：0x40 < 窗口值 < 计数器初始值 ≤ 0x7F。
    • 图中的设置 (0x7F, 0x60) 是典型的安全配置，提供了从96到64（即 0x60 到 0x40）的32个计数步长的窗口期。
  4. 设计流程：
    • 首先根据系统要求确定最大允许的超时时间。
    • 然后结合 PCLK1 频率和预分频器选项，计算出合适的计数器初始值。
    • 最后分析程序正常运行时的关键路径或任务周期，确定一个安全的喂狗点，并据此设置窗口值，既要避免过早喂狗，也要确保在超时前完成。

6.总结看门狗的时间配置的含义 ​

计数器值:  0x7F → ... → 0x61 → 0x60 → 0x5F → ... → 0x40 → 0x3F
状态:      [过早喂狗区]    [窗口期开始]    [窗口期内]    [窗口期结束] [复位!]
              └── 喂狗则复位 ──┘            └── 可安全喂狗 ──┘    └── 不喂狗则复位
  • 过早喂狗区：计数器值在 0x60 以下时，喂狗无效，立即复位。
  • 窗口期开始：计数器值达到 0x60。
  • 窗口期内：计数器值在 0x60 到 0x40 之间，喂狗有效，确保系统在超时前恢复。
  • 窗口期结束：计数器值达到 0x40。
  • 复位：计数器值在 0x40 以下时，喂狗无效，立即复位。

3.配置中断 ​

在Early wakeup interrupt中启用了中断,就必须将看门狗的中断全部打开才行. 另外,如果需要使用回调函数来响应中断,也必须要将中断全部打开才行.

4.允许中断回调 ​

5.代码 ​

通过以上配置后,要手动写的代码就很简单了. 只需要编写中断回调函数,函数名称及参数都也是固定的.

c
void HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)
{
    /* USER CODE BEGIN Callback 0 */

    /* USER CODE END Callback 0 */

    /* USER CODE BEGIN WWDG_EarlyWakeupCallback */

    /* USER CODE END WWDG_EarlyWakeupCallback */
}

简单的说, 只要在这个函数中写入喂狗的代码就行了. HAL_WWDG_Refresh(hwwdg); 即可.

6.要注意的点 ​

  1. 程序会在 main 函数中调用 HAL_WWDG_Init 函数初始化看门狗。一旦初始化成功，看门狗定时器将开始运行，并开始递减计数器。如果程序在窗口期之前没有喂狗，看门狗定时器将溢出，触发系统复位。
  2. 所以需要找一到一个合适的时机来初始化,避免整个程序还没有启动起来,就触发复位了.