代码收藏家技术教程 2024-08-14

STM32_HAL库看门狗功能详解

介绍

STM32的"看门狗"（Watchdog）是一种硬件安全特性，用于监控STM32微控制器的正常操作。当系统出现故障或异常时，看门狗能够检测到这些情况，并采取相应的措施，通常是重置微控制器，以防止系统陷入无效状态。

看门狗的基本工作原理是这样的：

定时器：看门狗内置了一个定时器，当看门狗被启用时，这个定时器开始计数。
喂狗：在程序运行过程中，必须定期地“喂狗”，即重置看门狗的定时器。这通常通过写入特定的寄存器来完成。
超时和复位：如果在设定的时间间隔内没有喂狗，看门狗会认为程序可能出现了异常，无法正常执行。这时，看门狗将引发一个超时事件，默认情况下，这个事件会导致微控制器复位，从而让系统有机会重新启动并恢复正常操作。

STM32微控制器通常包含两个看门狗：

独立看门狗（IWDG）

独立看门狗（Independent Watchdog）是一个由独立时钟源供电的看门狗，它的时钟源通常是内置的低速时钟（LSI）振荡器。由于它不依赖于主时钟系统，即使在主时钟发生故障的情况下，独立看门狗也能正常工作。这使得它在需要极高可靠性的应用中非常有用，例如那些对系统故障容忍度很低的环境。

独立看门狗的操作相对简单，它通常有一个可编程的计数器，当计数器减到0时，如果没有重新加载计数器（即“喂狗”），看门狗就会触发系统复位。由于它的独立性，独立看门狗通常用于监控那些对系统稳定性至关重要的任务。

窗口看门狗（WWDG）

窗口看门狗（Window Watchdog）提供了一个时间窗口，喂狗操作必须在这个窗口内进行。这种设计可以防止由于喂狗操作过早或过晚而导致的系统问题。窗口看门狗通常用于需要精确监控的应用，它可以在看门狗超时之前提供一个预警窗口，允许系统有机会采取一些预防措施。

窗口看门狗的时钟来源通常是主时钟，这使得它在主时钟正常工作时非常有效。窗口看门狗的超时时间较短，这意味着它可以在系统出现问题时快速响应。

区别

时钟源：
IWDG：使用独立的时钟源，通常是内置的低速内部时钟（LSI）振荡器。这意味着即使主时钟发生故障，IWDG仍然可以独立运行，确保系统的可靠性。
WWDG：通常使用主时钟（如HCLK）的分频值作为时钟源。因此，WWDG的精度和稳定性与主时钟系统相关联。
灵活性：
IWDG：提供固定的超时时间，用户可以通过编程设置不同的超时周期，但相对于WWDG来说，灵活性较低。
WWDG：提供一个可编程的时间窗口，允许在一定的范围内调整超时时间。这可以在看门狗超时之前提供一个预警窗口，让系统有机会采取预防措施。
用途：
IWDG：由于其独立性和简单的操作，通常用于监控那些对系统稳定性至关重要的任务，特别是在那些对系统故障容忍度很低的环境。
WWDG：由于其窗口特性，可以用于需要精确监控的应用，确保系统在规定的时间内正常运行，防止由于喂狗操作过早或过晚而导致的系统问题。
喂狗操作：
IWDG：当计数器减到0时，如果没有重新加载计数器（即“喂狗”），看门狗就会触发系统复位。
WWDG：喂狗操作必须在窗口期内进行，如果过早或过晚，看门狗会认为系统没有正确运行，并触发系统复位。
响应时间：
IWDG：由于使用的是低速时钟，其响应时间相对较长。
WWDG：使用主时钟的分频值，响应时间相对较短，适合快速检测和响应系统异常。

应用

独立看门狗（IWDG）的应用举例：

远程监控系统：在远程监控系统中，特别是在那些维护困难或成本高昂的环境中，如海底监控、远程气象站等，IWDG可以确保系统在极端条件下也能稳定运行。
医疗设备：在生命支持系统中，如心脏起搏器或呼吸机，系统的可靠性至关重要。IWDG可以保证即使在主时钟故障的情况下，设备也能安全地重置并继续工作。
无人驾驶车辆：在自动驾驶汽车或无人机中，IWDG可以作为一个最后的安全防线，确保控制系统在出现任何问题时都能恢复到已知的安全状态。

窗口看门狗（WWDG）的应用举例：

实时操作系统（RTOS）：在实时操作系统中，任务的执行必须在严格的时间约束下进行。WWDG可以确保任务在规定的时间内完成，防止系统因为任务延迟而出现性能问题。
电机控制：在电机控制应用中，精确的时间控制对于防止电机过热或损坏非常重要。WWDG可以帮助监控控制循环，确保及时更新电机的控制信号。
通信系统：在需要高精度时间同步的通信系统中，如无线基站或网络设备，WWDG可以确保数据包在规定的时间内发送和接收，维护通信的稳定性和可靠性。

总结

监控CPU（或微控制器核心）：(独立)
看门狗可以监控CPU是否能够定期“喂狗”，即更新看门狗的计数器。如果CPU由于硬件故障、电磁干扰、软件错误等原因无法正常工作，它可能无法在规定的时间内更新看门狗，导致看门狗超时并触发系统复位。这样，看门狗确保了即使CPU出现问题，系统也能重启并尝试恢复正常运行。
监控程序的执行：（窗口）
看门狗也用于确保程序能够按预期运行。在正常情况下，程序会在执行过程中定期喂狗。如果程序由于软件错误、死锁、无限循环或其他原因而无法继续执行，它可能无法及时喂狗，从而导致看门狗超时并重置系统。通过这种方式，看门狗可以帮助检测和恢复由于软件问题导致的系统故障。

实例

独立看门狗

步骤

使用独立看门狗的一般步骤如下：

初始化独立看门狗，设置合适的时钟和预分频器。
启动独立看门狗。
在主循环或其他适当的时机，定期调用HAL_IWDG_Refresh()函数刷新看门狗计数器。

函数

常用函数包括：

HAL_IWDG_Init() – 初始化独立看门狗，设置其时钟和预分频器。
HAL_IWDG_Refresh() – 刷新独立看门狗的计数器，防止看门狗超时导致系统复位。（喂狗）

stm32cude MX

main.h源码

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "iwdg.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_IWDG_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

	//HAL_Delay(1000);//开启将卡在循环延迟中//超出看门狗的时间
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);//喂狗
		char a[]={"已喂狗"};
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)a,6,20);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSI|RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.LSIState = RCC_LSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

窗口看门狗

步骤如下：

配置WWDG时钟：在使用WWDG之前，需要先使能其时钟。这通常通过调用__HAL_RCC_WWDG_CLK_ENABLE()宏来实现。
初始化WWDG句柄：创建一个WWDG_HandleTypeDef类型的结构体变量，用于配置WWDG的参数。
配置WWDG参数：在WWDG_HandleTypeDef结构体中设置WWDG的参数，包括预分频器（Prescaler）、窗口值（Window）、计数器值（Counter）和早期中断（EWI）模式。
初始化WWDG：调用HAL_WWDG_Init()函数，传入步骤2中创建的WWDG句柄作为参数，以初始化WWDG。
实现MspInit回调函数（如果需要）：如果需要在WWDG初始化过程中执行特定的硬件配置，可以重写HAL_WWDG_MspInit()函数。
在主循环中刷新WWDG：在主循环中，定期调用HAL_WWDG_Refresh()函数来刷新WWDG的计数器，以防止WWDG复位。
处理错误情况：如果HAL_WWDG_Init()或HAL_WWDG_Refresh()函数返回错误码（非HAL_OK），应该有相应的错误处理机制。
可选：实现中断回调函数：如果启用了早期中断（EWI），则需要实现HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback()函数来处理中断。

窗口看门狗HAL库函数：

HAL_WWDG_Init: 初始化窗口看门狗，设置预分频器、窗口值和计数器值。
HAL_WWDG_Refresh: 更新窗口看门狗的计数器，以防止看门狗复位。
HAL_WWDG_IRQHandler: 窗口看门狗中断处理函数。
HAL_WWDG_MspInit: 窗口看门狗底层硬件初始化函数。
HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback：回调函数，它在窗口看门狗的早期唤醒中断发生时被调用
HAL_WWDG_MODULE_ENABLED 是一个宏，用于在HAL库的配置文件 stm32fXxx_hal_conf.h 中启用或禁用窗口看门狗模块。

WWDG会触发以下动作：

系统复位：WWDG会生成一个系统复位信号，将微控制器重置到其初始状态。这是WWDG的主要功能，用于确保系统在出现软件故障或硬件故障时能够自动恢复。
早期中断（EWI）：如果在WWDG的配置中启用了早期中断（EWI）功能，那么在计数器接近0之前，WWDG会生成一个中断。这个中断可以用来执行一些清理操作或日志记录，以便在系统复位之前保存重要的信息。

STM32cude MX （要设置一下值和分频值我下面设置的太快了）

在STM32微控制器中，窗口看门狗（WWDG）的时间计算依赖于内部低速时钟（LSI）和预分频器设置。以下是计算WWDG超时时间的基本步骤

源码

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "wwdg.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_WWDG_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
//HAL_Delay(1000);//

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		HAL_WWDG_Refresh(&hwwdg);
		char a[]={"已喂狗"};
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)a,6,20);
		//HAL_WWDG_Refresh(&hwwdg);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

作者：快秃头的码农