STM32 之十三看门狗（WDG）及低功耗下的处理

今天药忘吃喽~ 2023-02-20 03:11 1阅读 0赞

最近在做低功耗项目时，遇到了看门狗不好处理的问题。在 ST 的各系列 MCU 中，看门狗应该算是使用配置起来最简单的一个外设了。我们通常仅需要配置很少的配置项，但是，一旦要配合低功耗模式则配置就比较麻烦了。MCU 中有两只狗，一只叫 Independent watchdog (IWDG)；另一只叫 System window watchdog (WWDG)。下面是这两只狗的简单介绍！

# IWDG #

IWDG 基本就等同于我们独立使用的看门狗芯片。最适合那些要求看门狗作为一个完全独立的进程在主应用程序之外运行，但时间精度约束较低的应用程序。独立的看门狗（IWDG）由其自己的专用低速时钟（LSI）提供时钟。因此即使主时钟发生故障，IWDG 仍然可以保持活动状态。下面是 IWDG 的框图：  
![IWDG][]  
  对预分频寄存器(IWDG\_PR)、重装寄存器(IWDG\_RLR)和窗口寄存器(IWDG\_WINR)的写访问受到保护。要修改它们，用户必须首先在密钥寄存器(IWDG\_KR)中写入代码 `0x00005555`。写入其他任意值，寄存器访问将再次受到保护。例如，在配置完成 IWDG 后，正常的喂狗操作就会导致寄存器访问将再次受到保护。

## IWDG\_KR ##

当在密钥寄存器（IWDG\_KR）中写入值 `0x0000CCCC` 时，计数器开始从 IWDG\_RLR 的重置值开始计数。当到达计数值 (0x000) 的时，将生成一个复位信号 (IWDG 复位)。只要在密钥寄存器（IWDG\_KR）中写入值 `0x0000AAAA`，就会在计数器中重新加载 IWDG\_RLR 值，并防止产生 IWDG 复位。***这就意味着，看门狗一旦启动将不能被停止，除非 MCU 复位！***

## IWDG\_RLR ##

重装寄存器（IWDG\_RLR）是一个 12 位的寄存器，最大值为 0xFFF，里面装着要刷新到计数器的值，这个值的大小决定着独立看门狗的溢出时间。超时时间 `Tout = ( 4 * 2^prv ) * rlv / LSI`，单位毫秒；prv：预分频寄存器值；rlv：重装值，LSI 取 32（单位 kHz）（注意：不同芯片 LSI 不同，有的是 40）。 下面是不同配置下的超时时间范围：  
![TIMEOUT][]

## 计数器 ##

独立看门狗的计数器是一个 IWDG 内部的 12 位的递减计数器，用户无法访问，最大值为 0xFFF（与重装寄存器对应）。当计数器减到 0 时，会产生一个复位信号 IWDG 复位。如果在计数器减到 0 之前刷新了计数器的值（在密钥寄存器（IWDG\_KR）中写入键值 `0x0000AAAA`）的话，就不会产生复位信号，重新刷新计数器值的这个动作我们俗称 **喂狗**。

## 窗口选项 ##

通过在窗口寄存器（IWDG\_WINR）中设置适当的窗口，IWDG 也可以用作窗口看门狗。如果在计数器大于窗口寄存器（IWDG\_WINR）中存储的值的同时执行重载操作，则会提供复位。用的比较少，这里不再多说。

## 配置 ##

以下是 IWDG 的寄存器配置序列（不启用窗口选项时）：

1.  通过在密钥寄存器（IWDG\_KR）中写入 `0x0000CCCC` 来启用 IWDG
2.  通过在密钥寄存器（IWDG\_KR）中写入`0x00005555` 来启用寄存器访问
3.  通过在预分频寄存器（IWDG PR）中设置时钟分频值（ 0 到 7 （看门狗对应的库文件中有定义好的宏值））
4.  写入重载寄存器（IWDG\_RLR）
5.  等待寄存器被更新（IWDG SR = 0x00000000）
6.  通过在 IWDG\_KR 中写入 `0x0000AAAA`，IWDG 就会自动使用 IWDG\_RLR 重装 IWDG 内部的计数器，以防止看门狗复位

# WWDG #

窗口看门狗通常被用来监测由外部干扰或不可预见的逻辑条件造成的应用程序背离正常的运行序列而产生的软件故障。除非递减计数器的值在 T6 位变成 0 前被刷新，看门狗电路在达到预置的时间周期时，会产生一个 MCU 复位。如果在递减计数器达到窗口寄存器值之前刷新控制寄存器中的 7 位递减计数器值，也会产生 MCU 复位。这意味着必须在限定的时间窗口内刷新计数器。

WWDG 最适合那些要求看门狗在精确计时窗口起作用的应用程序。WWDG 时钟是预先从 APB 时钟中分频出来的，并且有一个可配置的时间窗口，可以通过编程来检测异常的晚期或早期应用程序行为。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
看门狗总是在复位后关闭。它是通过在 WWDG\_CR 寄存器中设置 WDGA 位来启用的，除非进行复位，否则不能再次禁用它。

项目中并不使用 WWDG，这里就不过多介绍了！

# 调试模式 #

当 MCU 进入调试模式并使内核暂停止时，根据 DBG 模块中的配置位，以上两只狗要么继续正常工作，要么停止。试想，调试中我们暂停程序执行后，就不能执行喂狗语句，如果看门狗不暂停，系统就会重启！我们就可以通过以下配置来使的暂停程序执行时，看门狗也暂停。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

*  **DBG\_IWDG\_STOP：** 内核暂停时，IWDG 计数器停止运行
    
     *  0：即使内核暂停，IWDG 仍然运行。**上电复位默认值！**
     *  1：内核暂停，IWDG 也暂停运行。**注意：通常我们使用调试工具进行调试时，调试工具会默认配置该项为 1。**
 *  **DBG\_WWDG\_STOP：** 内核暂停时，WWDG 计数器停止运行
    
     *  0：即使内核暂停，WWDG 仍然运行**上电复位默认值！**。
     *  1：内核暂停，WWDG 也暂停运行。**注意：通常我们使用调试工具进行调试时，调试工具会默认配置该项为 1。**

> 注意：
> 
> 1.  这里容易造成调试模式下看门狗暂停不用喂狗错觉！即使是在调试模式下，不喂狗仍然会产生看门狗复位。看门狗暂停的配置是指，我们在调试下暂停运行的时候（例如遇到断点的暂停），此时的看门狗也跟着暂停，这样就会不导致复位了。
> 2.  ***在使用中发现，当使用 Jlink 仿真器进入调试模式时，Jlink 会自动配置以上的位，ST-Link 则不会自动配置。***
> 3.  ***在使用中发现，当正常调试退出 Jlink 的调试模式时，以上设置并不会被清除！***

# FLASH 选项中的配置 #

在 MCU 的 FLASH 部分，有专门的一块区域：Option bytes，如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
这部分的配置选项主要用来让用户根据自己的需求配置 MCU 的一些默认行为，其中就有关于 看门狗的配置。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

*  **IWDG\_SW：** 看门狗模式选择
    
     *  0：硬件独立看门狗。看门狗在开机时自动启用。就等同于使用独立的看门狗芯片。
     *  1：软件独立看门狗。软件配置之后才会启动。**默认值！**
 *  **IWDG\_STDBY：** 配置独立的看门狗计数器在待机模式（Standby mode）下冻结
    
     *  0: 冻结
     *  1: 不冻结，待机模式下仍然运行。
 *  **IWDG\_STOP：** 配置独立的看门狗计数器在停止模式（Stop mode）下冻结
    
     *  0: 冻结
     *  1: 不冻结，待机模式下仍然运行。

通过以上配置我们可以发现，低功耗的看门狗的配置只针对于待机模式（Standby mode）和停止模式（Stop mode）。

# 低功耗 #

通过上面的介绍不难看出，看门狗一旦被启用，将无法停止。那么，在低功耗下，我们将面临一个问题：低功耗下程序暂停，无法喂狗将导致看门狗复位！通过上面的介绍，我们大体可以看到几种方法：

1.  使用外部独立看门狗代替 MCU 内部看门狗。简单粗暴！但是，外部狗时间一般比较短。例如，我的项目中，唤醒周期最短 16 秒，一般的狗只有几秒。
2.  在待机模式（Standby mode）和停止模式（Stop mode）模式下，可以通过配置来冻结看门狗。但是这不适应与其他低功耗模式！
3.  进入低功耗之前利用复位关闭看么狗，然后根据 RCC 中 CSR 寄存器中的复位类型以及自己的标志来做相应的处理。具体流程如下：
    
     *  进入低功耗：
        
        1.  保存需要的状态以及运行中的一些状态（因为要复位，复位后所有变量将被清空）
        2.  复位（看门狗自动被关闭），根据 RCC 中 CSR 寄存器中的复位类型以及自己记录的标志来决定是否需要进入低功耗还是正常运行
        3.  如果决定进入低功耗，则需要在进入前修改记录的状态；如果是正常运行，则需要配置开启看门狗
     *  退出低功耗：
        
        1.  无论何种方式唤醒的 MCU，重新开启看门狗
4.  使用 RTC 周期性唤醒 MCU，然后喂狗后接着进入低功耗，只在必要的时间才执行实际功能。

其实，上面说了这么多基本就是一点，STM32 中，低功耗之下的看门狗并没有太完美的处理办法！

# 参考 #

1.  RM0351.pdf

[IWDG]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200213161327830.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[TIMEOUT]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200216095742371.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200213162227880.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200213163311904.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200602131915766.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200216153429725.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4=,size_16,color_FFFFFF,t_70