MCU看門狗應用注意事項

一、前言

最近因為項目產品硬件設計有問題，導致設計的一款產品把硬件電源開關，以及硬件系統復位功能去掉了。更嚴重的是，這產品已經開始生產了，硬件已經無法修改，所以軟件必須上看門狗，否則設備死機或是異常后就只能拆設備拔電池復位了。

我們使用的MCU是普冉的PY32F030，這顆芯片在低功耗應用場景下，使用看門狗會有很多的問題和缺陷，需要非常注意，稍有不慎，就會出問題。

關于看門狗在低功耗場景下的應用，幾個問題點可以提前思考一下：

1.看門狗是在中斷中喂狗還是在主程序中喂狗比較好？

2.看門狗初始化可以放到時鐘初始化之前么？

3.如果時鐘死掉了，看門狗還能正常工作么？

4.低功耗深度休眠后還需要喂狗么？如果需要，要怎么設計？使用什么喚醒設備喂狗？

5.軟件獨立看門狗與硬件獨立看門狗它們有什么區別？

6.在看門狗初始化之前系統異常了會怎樣？

7.選項字節里開啟硬件看門狗與軟件代碼開啟有什么區別？

8.如果異常不可避免，有沒有一個地方可以緩存設備狀態，系統異常復位后狀態不被清除？

二、看門狗分類

看門狗的分類，根據實現方式的不同，可以分為軟件看門狗和硬件看門狗：

軟件看門狗：通過軟件實現的一種機制，通常由系統中的軟件來設置和管理

硬件看門狗: 嵌入在處理器或芯片中的專用硬件模塊

根據使用方式的不同，又可以區分為獨立看門狗和窗口看門狗：

獨立看門狗: 獨立看門狗通常用于監控整個系統的運行狀態，而不特定于某個任務或進程,當系統故障，死鎖，無響應的時候，應用程序無法進行正常喂狗，看門狗超時從而產生復位。

窗口看門狗: 窗口看門狗更專注于監控特定任務或進程的運行狀態，并在特定的時間窗口內完成。比如在某個任務中，它的執行時間要求非常高，可以使用窗口看門狗，它有一個時間窗口，如果太早喂狗和太晚喂狗，都會產生異常，正因為它喂狗時間有個時間窗口，所以才叫窗口看門狗。

我使用的普冉PY32F030系列MCU，它是32位Cortex-M0+的內核，里面帶有一個獨立看門狗IWDG和一個窗口看門狗WWDG。

其中，獨立看門狗和窗口看門狗，還有軟件和硬件的區別，主要差異是在看門狗的啟動方式上不同。下面我們的介紹，主要針對獨立看門狗。

三、啟動看門狗

看門狗的啟動有多種方式：

通過接口設置啟動

直接設置寄存器啟動

設置選項字節啟動

1、通過接口設置

這里可以直接參考官方sample進行初始化：

IWDG_HandleTypeDef ? IwdgHandle; ? ?HAL_Init(); ? ?/*##-3- Configure & Start the IWDG peripheral #########################################*/ ? ?IwdgHandle.Instance = IWDG; ? ?IwdgHandle.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_32;//T=1MS ? ?IwdgHandle.Init.Reload = (1000); ? ? ? ? ? ? ?//1ms*1000=1s ? ?IwdgHandle.Init.Window = IWDG_WINDOW_DISABLE; ? ?if(HAL_IWDG_Init(&IwdgHandle) != HAL_OK) ? ?{ ? ? ? ?/* Initialization Error */ ? ? ? ?Error_Handler(); ? ?}

這里需要特別注意，因為IWDG是依賴于LSI時鐘的，也就是在HAL_IWDG_Init 函數調用之前，必須先打開LSI時鐘。

官方給的sample中，是在HAL_Init()中把LSI時鐘打開了。當你把上面這段代碼移植到你自己工程上，如果你LSI沒有開啟，或者是在HAL_IWDG_Init后面才開LSI時鐘，你調用HAL_IWDG_Init就會一直失敗，系統一直ERROR，整個MCU會啟動不了。

2、通過寄存器直接設置

直接往 IWDG_SR，IWDG_RLR，IWDG_KR三個寄存器地址寫入對應的參數，使能IWDG

void init_wtd(void) { volatileu int32_t *IWDG_KR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003000UL; volatileu int32_t *IWDG_PR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003004UL; volatileu int32_t *IWDG_RLR_ADDR = (volatileuint32_t *)0x40003008UL; *IWDG_KR_ADDR = 0x5555; *IWDG_PR_ADDR = 0x03; *IWDG_RLR_ADDR = 0xF40; }

實際IWDG是有四個寄存器，還有一個IWDG_PR，它與前面一樣，如果不初始化時鐘，看門狗會啟動不了，就算是設置了，看門狗也是不會啟動。

如果要使能時鐘，可以添加時鐘設置語句：

SET_BIT(RCC->CSR, RCC_CSR_LSION);

直接設置寄存器有一個好處，就是在boot中， 因為對代碼量要求比較高，可以比較精簡的實現功能。

3、通過選項字節配置

MCU上內部有一個小的flash，里面有個FLASH user option，在這里面可以設置MCU的一些配置參數。

這個參數是可以通過燒錄器在燒錄的時候就把參數配置進去，對于已經燒錄的設備，可以通過寫選項字節的方式把IWDG_SW置位或是清零。

void Option_config_NRST_to_gpio_hwwdg(void) { FLASH_OBProgramInitTypeDef OBInitCfg; /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ /* 初始化flash擦寫時間參數 */ HAL_FLASH_Init(FLASH_PROGRAM_ERASE_CLOCK_8MHZ); /* 獲取option bytes數據 */ HAL_FLASHEx_OBGetConfig(&OBInitCfg); //配置Nreset為GPIO if(((OBInitCfg.USERConfig & OB_RESET_MODE_GPIO) != OB_RESET_MODE_GPIO)||((OBInitCfg.USERConfig & OB_IWDG_SW) == OB_IWDG_SW)) { /* 修改 USER(RESET , WWDG, IWDG) 配置值 , 注意一定要3個一起配置*/ OBInitCfg.OptionType = OPTIONBYTE_USER; MODIFY_REG(OBInitCfg.USERConfig, (OB_RESET_MODE_GPIO|OB_WWDG_SW|OB_IWDG_SW), (OB_RESET_MODE_GPIO | OB_WWDG_SW | OB_IWDG_HW)); /* 啟動option byte編程 */ HAL_FLASHEx_OBProgram(&OBInitCfg); /* 產生一個復位，option byte裝載 */ HAL_FLASH_OB_Launch(); } }

通過選項字節配置了硬件看門狗之后，芯片會自動開啟LSI時鐘，這個時候，軟件要關閉LSI時鐘是關閉不了的。

軟件獨立看門狗與硬件獨立看門狗的區別：

1.軟件獨立看門狗通過軟件初始化，可以通過關閉時鐘的方式把它關閉了。

2.如果在設備上電到看門狗初始化之前系統異常了，看門狗是不生效的，這種情況比較多的出現在軟件初始化的時候異?？ㄋ?。

3.硬件獨立看門狗通過燒錄器燒錄的時候配置，或者是通過軟件程序，修改選項字節里面參數進行修改。

4.硬件獨立看門狗一但配置上，它從上電的時候就會開始生效，停止不了，除非重新修改配置項參數。

5.硬件獨立看門狗開啟之后，LSI時鐘會自動開啟，并且關閉不了。

四、休眠喚醒喂狗

在低功耗設備中，MCU更加多的時候是在深度睡眠的模式，以達到省功耗的目的。在深度休眠模式下，看門狗還是在正常運行的。

也就是說，在深度休眠模式下，還是需要定時喚醒設備進行喂狗，喂完狗之后，設備再重新進入休眠。

1、常規方式

官方補充文檔上有介紹，在PY32F030、PY32F003、PY32F002A系列上，在休眠前，需要進行下面幾個操作:

1.關閉非喚醒源中斷

2.關閉系統滴答 HAL_SuspendTick();

3.保證RTC穩定 while(RTC->DIVL<2);

實際在使用的時候，我們比較常用的方式是，使用RTC的秒中斷，在休眠的時候，每秒喚醒一下設備，然后進行喂狗操作，最后再休眠下去。

2、異常情況

實際測試的時候發現，在普冉030使用RTC喚醒喂狗的方式，隨著時間的推移，設備會出現異常導致看門狗復位。

我們升級五百臺設備，24小時內，會有幾臺設備偶爾出現該問題，36小時后，大部分的設備基本上都會出現這個異常。

普冉官方的解釋是，它們RTC作為喚醒源確實是會存在這個問題，沒有好的解決方案，只能是改用LPTIM來做喚醒源。出現這類問題的根本原因是如果休眠的stop指令與喚醒源中斷同一時間觸發，那么他們芯片就會掛死。

實際使用的時候，使用LPTIM的方式，還是會存在上面的內容，只是出現的概率會比較低而已。

3、補救方案

上面的異常情況，是設備在產線上才發現的，那要怎么解？客戶肯定也是接受不了這種頻繁重啟的情況，特別是在低功耗設備上。

最后的方式是將RAM進行分區，分出一個IRAM2區，將一些狀態位保存在IRAM2區，該區啟動的時候不進行初始化，看門狗復位的時候，該區的數據也不會被清除掉。

如果是檢測到看門狗異常導致的復位，可以通過保存在狀態位信息恢復到復位前的狀態。

使用IRAM2區不初始化的方式需要注意一點：如果程序分為boot和app兩個部分，需要在boot和app上同時設置該區域，否則可能在boot運行階段，IRAM2區的數據就被清除掉了。

將變量定義到IRAM2分區可以使用下面這種方式指定地址：

uint8_t myVariable? __attribute__((at(0x20000FFC)))??;

五、結尾

針對普冉PY32F030 MCU，如果要使用獨立看門狗，需要注意幾點：

1.最好是在燒錄的時候就直接配置啟動硬件看門狗

2.不要使用RTC作為休眠喚醒源進行喂狗

3.最好預留一個IRAM分區，以備不時之需

有些坑，沒踩之前并不知道這是一個坑，對于做嵌入式應用軟件的工程師而言，他并不知道芯片設計上會存在什么樣的缺陷。

如果一顆芯片，價格比別人便宜很多倍，那么在使用的時候就需要特別注意了，為啥它可以做到這么便宜？是不是哪里有坑我們不清楚？就算時間再緊急，最好也要小批量試產之后才能批量使用。

審核編輯：黃飛

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