看门狗
所谓的看门狗(watch dog)，实际上就是一个计时器， 它的特点就是当计数溢出时产生一个复位信号，要求处理器重启。为了防止处理器重启，软件上必须每个一段时间对其执行一次清零操作， 也就是常说的“喂狗”。这样，只要程序还在正常运行，那么计数器就不会溢出，系统也就不会重启。 因此，看门狗的作用就是为了防止系统软件因为bug或者一些异常情况的出现，而产生死机等现象，它的存在可以提高系统的可靠性。
在STM32F407中，有一个独立看门狗(Independent WatchDog, IWDG)和一个窗口看门狗(Window WatchDog, WWDG)。独立看门狗是由内部低速时钟(LSI)专门控制的， 与系统时钟无关，即使主时钟产生了故障，IWDG也可以正常工作。WWDG则是由APB1的时钟驱动的，它定义了一个时间窗口进行"喂狗"，过早或者过晚地"喂狗"都会触发异常。
本文将详细介绍IWDG和WWDG的结构和使用方法。
1. 独立看门狗IWDG
独立看门狗的特点就是它的驱动时钟是独立的，采用内部低速时钟(LSI)驱动，即使系统的主时钟异常了，它也是可以正常工作的。 缺点就是LSI的时钟精度并不高。它适用于高可靠性要求、低实时性要求的场合。
下图1中描述了IWDG的结构框图。它一共就只有4个寄存器，我们可以通过分频寄存器(IWDG_PR)对输入的LSI，设置看门狗的计数频率。 重装寄存器(IWDG_RLR)则用来描述每次"喂狗"操作时，IWDG向下计数的起始数值。IWDG_PR和IWDG_RLR一起决定了独立看门狗触发超时复位的时间。 状态寄存器(IWDG_SR)则反应了分频寄存器和重装寄存器中数值是否发生了改变。
为了防止误操作修改IWDG_PR和IWDG_RLR两个寄存器，导致系统不正常运行，STM32对这两个寄存器进行了保护。在修改它们中的数值时， 必须先向Key寄存器(IWDG_KR)中写入一次0x5555，之后才可以修改两个寄存器。为了防止看门狗计数溢出导致系统复位， 我们还需要在软件上及时地向IWDG_KR中写入0xAAAA，执行"喂狗"操作，重装计数器初值。
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| 图1 独立看门狗结构框图 |
使用IWDG之前需要先对其初始化，下面是一个初始化的函数。我们先向IWDG_KR寄存器中写入0x5555，解除对IWDG_PR和IWDG_RLR的保护。 然后设置分频系数、重装载数值以确定“喂狗”时间。然后写KR_KEY_RELOAD到IWDG_KR寄存器中触发看门狗装载计数， 最后写入KR_KEY_ENABLE开启看门狗。
#define KR_KEY_RELOAD 0xAAAA
#define KR_KEY_ENABLE 0xCCCC
void iwdg_init(void) {
IWDG->KR.bits.key = 0x5555;
IWDG->PR.bits.pr = IWDG_PR_DIV_16;
IWDG->RLR.bits.rl = 0xFFF;
IWDG->KR.bits.key = KR_KEY_RELOAD;
IWDG->KR.bits.key = KR_KEY_ENABLE;
}
调用该函数之后，就必须及时“喂狗”，否则将导致系统复位。下面的函数封装了“喂狗”操作。
void iwdg_feed(void) {
IWDG->KR.bits.key = KR_KEY_RELOAD;
}
2. 窗口看门狗WWDG
窗口看门狗WWDG的特点就是它可以定义一个时间窗口，程序只能在这个时间窗口中执行"喂狗"操作。 WWDG由APB1总线时钟驱动，所以相比于IWDG它具有更高的时间精度，适用于实时性要求较高的场合。
下图2是WWDG的结构框图，它一共有三个寄存器：配置寄存器(WWDG_CFR)、控制寄存器(WWDG_CR)和状态寄存器(WWDG_SR)，其中WWDG_SR没有体现在该框图中。
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| 图2 窗口看门狗结构框图 |
WWDG_CR中有一个使能位WDGA，控制着看门狗是否能够触发系统复位。 在控制寄存器中有一个7位的向下计数器，当T6位由1变为0的时候就会产生复位信号，应用程序需要在计数为0x3F之前写入一个大于0x3F的值到WWDG_CR中。 这个计数器是自由运行的，即使没有控制使能，它也会一直向下计数。因此，在使能看门狗之前必须先写一个值到计数器中，保证T6为1，否则将会直接触发系统复位。
配置寄存器WWDG_CFR则用来设置时间窗口的上限的。在图2中，我们可以看到一个比较器对比两个寄存器，判定WWDG_CFR中的数值是否大于WWDG_CR中计数器的值， 其输出和写WWDG_CR信号一起接入一个与门，产生复位信号。这样，当程序执行“喂狗”操作时，如果控制寄存器中计数值大于配置寄存器中的值，也会触发系统复位。
此外，WWDG还提供了一个EWI中断(Early Wakeup Interrupt)。如果我们在配置寄存器的EWI位设置开启中断，那么当向下计数到0x40时就会触发中断。 这样在触发系统复位之前，我们可以在中断服务函数中做一些操作，比如说保存必须的数据、输出提示信息等。甚至可以在中断服务函数中写控制寄存器，阻止看门狗复位。
下面是一个简单的驱动代码，这里目前没有考虑EWI中断的问题。其中一共涉及到两个函数(wwdg_init, wwdg_feed)和一个变量(_start_value)。 wwdg_init()用于初始化看门狗，wwdg_feed()用于喂狗操作，变量_start_value则用于保存喂狗的计数初值。
#include <stm32f407_rcc.h>
#include <wwdg.h>
uint8 _start_value;
/*
* wwdg_init - 初始化窗口看门狗
*
* @div: 分频系数
* @w: 窗口上限
* @s: 计数器初值
*/
void wwdg_init(uint8 div, uint8 w, uint8 s) {
// 打开WWDG的驱动时钟
RCC->APB1ENR.bits.wwdg = 1;
WWDG->CFR.bits.WDGTB = div;
WWDG->CFR.bits.W = w;
_start_value = s;
WWDG->CR.bits.T = _start_value;
WWDG->CR.bits.WDGA = 1;
}
void wwdg_feed(void) {
WWDG->CR.bits.T = _start_value;
}
wwdg_feed()和_start_value没什么好说的，这里解释一下初始化过程。因为窗口看门狗是由APB1总线驱动的，所以需要先在RCC中打开WWDG的驱动时钟。然后写配置寄存器设置分频系数和时间窗口，最后保存计数器初值到_start_value中，并写入控制寄存器。
3. 示例程序
本文的例程可以在这里下载。
为了能够看到系统因为看门狗超时重启的现象，在main函数中，一开始我们先点亮LED_0，LED_1，延迟一段时间之后再继续操作。
其中的延迟函数如下面右部的代码所示，仅仅是一个空的for循环。由于处理器的时钟频率是168MHz，
所以这里的Delay(16800000);基本上延迟了1秒。
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iwdg_init(IWDG_PR_DIV_16, 0xfff);
//wwdg_init(WWDG_DIV8, 0x7F, 0x7E);
while (1) {
LED_0 = LED_OFF; LED_1 = LED_ON;
Delay(16800000);
LED_0 = LED_ON; LED_1 = LED_OFF;
iwdg_feed();
Delay(16800000);
}
}
成功编译之后，烧录到芯片上，我们就可以看到两个LED不断的交替闪烁。如果我们把上述代码中第16行的喂狗操作注释掉，
将看到若干次闪烁之后，系统复位重新点亮两个LED灯。
4. 总结
看门狗存在的意义就是提高系统的可靠性，在程序跑飞以后，它可以帮忙复位系统。对于一个简单的裸机程序而言，它的重要性常常被人们忽略。 但对于一个操作系统而言，如果上下文切换出现了异常，整个系统就很有可能不再受控，这时看门狗的重要作用就体现出来了。 操作系统中需要一个进程不断地喂狗，这样就可以及时检测到上下文切换不正常，防止整个系统产生不可估计的后果。
在STM32中，为我们提供了两个看门狗。一个独立看门狗它不受系统时钟控制，但时间精度很低，适用于高可靠性要求但实时性要求较低的场合。 另一个是窗口看门狗，它受系统时钟控制，时间精度高，适用于实时性要求较高的场合。