看門狗定時(shí)器（Watchdog Timer，WDT）是嵌入式系統(tǒng)中至關(guān)重要的組件，用于監(jiān)控和維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主要是用來監(jiān)測單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和解決程序引起的故障的模塊。在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來自外界電磁場的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”（watchdog）。根據(jù)功能不同，通常分為獨(dú)立看門狗和窗口看門狗。因?yàn)楠?dú)立看門狗受工作場合因素的影響會(huì)多一點(diǎn)，僅適用于一些對(duì)時(shí)間精度要求較低的場合；窗口看門狗適用于對(duì)時(shí)間精度高的場合。

一、獨(dú)立看門狗

獨(dú)立看門狗本質(zhì)上是一個(gè)定時(shí)器，這個(gè)定時(shí)器有一個(gè)輸出端，可以輸出復(fù)位信號(hào)。該定時(shí)器是一個(gè) 12 位的遞減計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值減到 0 的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。如果在計(jì)數(shù)沒減到 0 之前，重置計(jì)數(shù)器的值的話，那么就不會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，這個(gè)動(dòng)作我們稱為喂狗。看門狗功能由 VDD 電壓域供電，在停止模式和待機(jī)模式下仍然可以工作。

從 IWDG 框圖整體認(rèn)知可得以下結(jié)論：

時(shí)鐘源：IWDG 的時(shí)鐘源通常來自一個(gè)低速內(nèi)部振蕩器（LSI），獨(dú)立于主系統(tǒng)時(shí)鐘，確保在主系統(tǒng)時(shí)鐘故障時(shí)仍能正常運(yùn)行。

分頻器：IWDG 使用分頻器來調(diào)整計(jì)時(shí)器的頻率。通過配置分頻器，可以改變 IWDG 的計(jì)時(shí)周期，從而靈活控制超時(shí)時(shí)間。

計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器是 IWDG 的核心部分，它會(huì)根據(jù)配置的分頻值進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。系統(tǒng)需要定期重置計(jì)數(shù)器（即“喂狗”），以防止計(jì)數(shù)器達(dá)到零觸發(fā)復(fù)位。

復(fù)位控制邏輯：當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到零時(shí)，復(fù)位控制邏輯會(huì)生成一個(gè)復(fù)位信號(hào)，觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位。

控制寄存器：IWDG 包含一組控制寄存器，用于配置分頻值、計(jì)數(shù)器初始值以及控制 IWDG 的啟停狀態(tài)。

• 看門狗啟動(dòng)邏輯：該邏輯用于啟用和禁用 IWDG。在一些系統(tǒng)中，IWDG 的啟動(dòng)邏輯可能是一次性的，即一旦啟動(dòng)便無法關(guān)閉，以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。

IWDG 的工作流程可以概括為以下幾個(gè)步驟：

時(shí)鐘源供電：IWDG 通過低速內(nèi)部振蕩器（LSI）提供的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，確保即使主系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生故障，IWDG 仍然可以正常運(yùn)行。

配置分頻器：通過設(shè)置控制寄存器中的分頻器值，調(diào)整 IWDG 的計(jì)時(shí)頻率和超時(shí)時(shí)間。常見的分頻值范圍從 4 到 256 倍，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

初始化計(jì)數(shù)器：將計(jì)數(shù)器初始化為一個(gè)預(yù)設(shè)值，開始計(jì)時(shí)。計(jì)數(shù)器會(huì)根據(jù)配置的分頻值逐漸遞減。

系統(tǒng)定期“喂狗”：在系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，主程序或定時(shí)任務(wù)需要定期重置計(jì)數(shù)器，以防止計(jì)數(shù)器達(dá)到零。如果計(jì)數(shù)器未在設(shè)定時(shí)間內(nèi)重置，IWDG 將認(rèn)為系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。

觸發(fā)復(fù)位：當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減至零時(shí)，復(fù)位控制邏輯生成復(fù)位信號(hào)，觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位后，重新初始化 IWDG，并進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

二、 窗口看門狗

窗口看門狗（Window Watchdog，WWDG）是一種高級(jí)看門狗定時(shí)器，主要用于檢測系統(tǒng)在指定時(shí)間窗口內(nèi)的運(yùn)行情況。相比于傳統(tǒng)的看門狗定時(shí)器，窗口看門狗通過限制系統(tǒng)“喂狗”的時(shí)間窗口，能夠更精準(zhǔn)地監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，避免系統(tǒng)過早或過晚重置看門狗。本文將通過框圖介紹窗口看門狗的整體結(jié)構(gòu)和功能。

對(duì)于一般的看門狗,程序可以在它產(chǎn)生復(fù)位前的任意時(shí)刻刷新看門狗，但這有一個(gè)隱患,有可能程序跑亂了又跑回到正常的地方,或跑亂的程序正好執(zhí)行了刷新看門狗操作,這樣的情況下一般的看門狗就檢測不出來了，如果使用窗口看門狗，程序員可以根據(jù)程序正常執(zhí)行的時(shí)間設(shè)置刷新看門狗的一個(gè)時(shí)間窗口,保證不會(huì)提前刷新看門狗也不會(huì)滯后刷新看門狗，這樣可以檢測出程序沒有按照正常的路徑運(yùn)行非正常地跳過了某些程序段的情況。

窗口看門狗中有一個(gè)7位的遞減計(jì)數(shù)器T[6:0]，它會(huì)在出現(xiàn)下述2種情況之一時(shí)產(chǎn)生看門狗復(fù)位：

當(dāng)喂狗的時(shí)候如果計(jì)數(shù)器的值大于某一設(shè)定數(shù)值W[6:0]時(shí)，此設(shè)定數(shù)值在WWDG——CFR寄存器定義。（上窗口）

當(dāng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值從0x40見到0x3F時(shí)，【T6位跳變到0】。（下窗口）

如果啟動(dòng)了看門狗并且允許中斷，當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器等于0x40時(shí)，產(chǎn)生早期喚醒中斷（EWI），它可以用于喂狗以避免WWDG復(fù)位。

三、總結(jié)

窗口看門狗作為一種先進(jìn)的時(shí)間監(jiān)控機(jī)制，能夠有效提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和安全性。通過合理配置和使用窗口看門狗，開發(fā)者可以確保系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，防止系統(tǒng)因時(shí)間偏差或異常操作而失控。未來，隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，窗口看門狗將在系統(tǒng)安全和穩(wěn)定性保障方面繼續(xù)發(fā)揮重要作用。