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STM32中独立看门狗（IWDG）与窗口看门狗（WWDG）设计及时间计算

article 2024/12/28 14:16:04

文章目录

- - STM32中独立看门狗（IWDG）与窗口看门狗（WWDG）设计及时间计算
  - 一、独立看门狗（IWDG）
  - - 1.1 IWDG 原理
    - 1.2 IWDG 时间计算公式
    - 1.3 IWDG 配置案例
  - 二、窗口看门狗（WWDG）
  - - 2.1 WWDG 原理
    - 2.2 WWDG 时间计算公式
    - 2.3 WWDG 配置案例
  - 三、总结

STM32中独立看门狗（IWDG）与窗口看门狗（WWDG）设计及时间计算

在嵌入式系统设计中，看门狗是一种用于防止系统死机的保护机制，能够在系统发生故障时自动复位。STM32 系列单片机提供了两种看门狗机制：独立看门狗（Independent Watchdog, IWDG）和窗口看门狗（Window Watchdog, WWDG）。本文将详细介绍这两种看门狗的原理、计时设计及相关计算公式，并结合具体案例说明如何进行配置。

一、独立看门狗（IWDG）

1.1 IWDG 原理

独立看门狗（IWDG）是一个基于低速内部时钟（LSI）的看门狗计时器，通常用于要求较高安全性的应用场合。IWDG 不受系统时钟影响，具有独立的时钟源，通常为 32 kHz。它可以在系统出现软件故障时通过自动复位来重启系统，从而保证系统稳定运行。

1.2 IWDG 时间计算公式

IWDG 的计时由预分频器（Prescaler）和重载寄存器（Reload Register）的值决定：

预分频器（Prescaler）：可以设置为 4、8、16、32、64、128 或 256。
重载寄存器（Reload Register）：值范围为 0 到 0xFFF（4095）。

其超时时间的计算公式为：

[
T_{timeout} = \frac{(Reload + 1) \times Prescaler}{LSI_frequency}
]

其中：

( Reload ) 为重载寄存器的值（0 到 4095）。
( Prescaler ) 为预分频器的值，可选范围是 4 到 256。
( LSI_frequency ) 是低速内部时钟的频率，通常为 32 kHz。

1.3 IWDG 配置案例

假设设备需要每 4 秒喂狗一次，否则系统将复位。LSI 时钟频率为 32 kHz。

配置步骤：

选择预分频器（Prescaler）：
可选的预分频器值为 4、8、16、32、64、128 或 256。为了满足约 4 秒的超时时间，我们选择预分频器为 64。
计算重载值（Reload）：
根据公式：

[
4 = \frac{(Reload + 1) \times 64}{32000}
]

解得：

[
Reload + 1 = \frac{4 \times 32000}{64} = 2000
]

因此：

[
Reload = 1999
]

总结：
通过选择预分频器为 64，重载寄存器值设为 1999，独立看门狗的超时时间将接近 4 秒。如果在 4 秒内没有重置 IWDG，系统将复位。

二、窗口看门狗（WWDG）

2.1 WWDG 原理

窗口看门狗（WWDG）是一种基于高速外部时钟（通常为主系统时钟）计时的看门狗计时器。WWDG 通过设置一个允许喂狗的时间窗口，当系统在该窗口之外进行喂狗操作时，将触发复位。因此，WWDG 适用于对喂狗时机有严格要求的场合。

2.2 WWDG 时间计算公式

WWDG 的时间计算涉及计数器初始值、窗口值和预分频器：

计数器（Counter）：初始值设置在 0x40 到 0x7F 之间。
窗口值（Window Value）：设置允许喂狗的时间窗口，范围为 0x40 到 0x7F。
预分频器（Prescaler）：分频因子可为 1、2、4 或 8。

超时时间计算公式为：

[
T_{timeout} = \frac{(Counter - 0x40) \times Prescaler}{Clock_frequency}
]

其中：

( Counter ) 为计数器的初始值（0x40 到 0x7F）。
( Prescaler ) 为预分频器的值（1、2、4 或 8）。
( Clock_frequency ) 为看门狗使用的时钟频率（通常为分频后的系统时钟）。

2.3 WWDG 配置案例

假设要求设备在 200 毫秒到 400 毫秒之间喂狗，否则系统复位。系统时钟频率为 8 MHz。

配置步骤：

选择预分频器（Prescaler）：
我们选择预分频器为 8，以降低计数器递减的速度。
设置计数器初始值（Counter）：
设置计数器初始值为 0x7F（十进制 127）。
设置窗口值（Window Value）：
为满足 200 毫秒到 400 毫秒之间喂狗的需求，选择窗口值为 0x50（十进制 80）。
计算最小和最大超时时间：
- 最小超时时间（对应窗口值 0x50）：
  
  [
  T_{min} = \frac{(0x50 - 0x40) \times 8}{8000000} = \frac{16 \times 8}{8000000} = 16 \text{毫秒}
  ]
- 最大超时时间（对应计数器初始值 0x7F）：
  
  [
  T_{max} = \frac{(0x7F - 0x40) \times 8}{8000000} = \frac{63 \times 8}{8000000} = 504 \text{毫秒}
  ]