单片机的看门狗（Watchdog Timer）是一种硬件电路，用于监控单片机的运行状态，确保系统的稳定性和可靠性。当单片机由于软件或硬件故障导致程序运行异常或停滞时，看门狗能够检测到这种情况，并采取措施使系统复位，从而恢复正常运行。

看门狗的主要工作原理如下：

定时器：看门狗通常包含一个定时器，这个定时器会在单片机正常工作时被周期性地重置。如果单片机在设定的时间内没有重置看门狗定时器，那么看门狗会认为单片机出现了异常。

超时复位：一旦看门狗定时器超时，它将触发一个复位信号，将单片机复位到初始状态，从而允许系统重新启动并尝试恢复正常操作。

中断或处理程序：在某些设计中，看门狗超时可以触发一个中断，允许执行特定的错误处理程序，而不是立即复位。这样可以在系统复位前进行一些日志记录或清理操作。

看门狗在那些对安全性和稳定性要求较高的应用中特别重要，如工业控制、汽车电子、医疗设备和航空航天等领域。通过使用看门狗，可以大大减少系统因软件故障而导致的长时间不可用或错误操作的风险。

CW32单片机有两个看门狗：独立看门狗IWDT和窗口看门狗WWDT。

独立看门狗IWDT：

独立看门狗定时器 (IWDT)，使用专门的内部 RC 时钟源 RC10K，可避免运行时受到外部因素影响。一旦启动 IWDT，用户需要在规定时间间隔内对 IWDT 的计数器进行重载，否则计数器溢出会触发复位或产生中断信号。IWDT 启动后，可停止计数。可选择在深度休眠模式下 IWDT 保持运行或暂停计数。

IWDT的功能框图如下：

IWDT 由一个 12 位可重载的向下计数器实现，其计数时钟源为内部专用低速 RC 振荡器 RC10K，通过控制寄存器IWDT_CR 的 PRS 位域可对其时钟源 RC10K 信号进行 4 ~ 512 的预分频。IWDT 计数器发生溢出时可选择产生中断和复位信号。 

窗口看门狗WWDT：

窗口看门狗定时器 (WWDT)，用户需要在设定的时间窗口内进行刷新，否则将触发系统复位。

WWDT 通常被用来监测有严格时间要求的程序执行流程，防止由外部干扰或未知条件造成应用程序的执行异常， 导致发生系统故障。

WWDT的功能框图如下

WWDT 内含一个 7 位递减计数器，计数时钟源为内部系统时钟 PCLK，通过控制寄存器 WWDT_CR1 的 PRS 位域 可对其时钟源 PCLK 进行分频，分频后得到计数时钟 WWDTCLK 用来驱动计数器计数。WWDT 在深度休眠模式下将停止计数，CPU 被唤醒后恢复正常工作。

独立看门狗更注重在极端情况下的系统恢复能力，而窗口看门狗则提供了更灵活的时间窗口管理，以便更精确地监控程序的执行。开发者需要根据具体的应用需求选择合适的看门狗类型。

01、简介

在单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序跑飞而陷入死循环，程序的正常运行被打断，从而导致由单片机控制的系统无法继续工作，整个系统陷入停滞状态，发生不可预料的后果。这时候就需要使用专用的复位芯片来达到更可靠的复位。现在讲的“复位”，其作用就是通过相关电路产生“复位信号”， 让单片机能在上电后或者运行中恢复到默认的起始状态。

中微爱芯推出电压监控型以及看门狗型的复位电路，拥有齐全的复位电压点，可满足客户在不同条件下的使用需求，为整个系统的正常工作保驾护航。

以下将分别介绍两种类型的复位电路。

02、电压监控型复位电路

电压监控器是监控系统内一个或多个电源轨的器件。电压监控器可以检测欠压事件（电压低于某个阈值）或过压事件（电压超过某个阈值）。根据器件状态的不同，当受监控的电压轨电压低于或高于预设的阈值电压时，电压监控器会将信号置为使能、禁用或复位其他器件。部分电压监控器可以同时监控欠压和过压情况，称为窗口检测器。电压监控器旨在确保系统正常上电，防止处理器发生欠压，同时实时监控系统，避免因电压轨超出规范而产生性能问题或系统故障。其工作原理如下所示：

带有电压监控器功能的复位 IC，能够保证复位的释放发生在电源供应正常之后，从而确保可靠复位。同时，若电源出现过压或跌落故障，芯片还能及时保护处理器，并在电源恢复后执行可靠复位重启。

为了适应不同的应用，复位 IC 通常还支持可选的高电平有效或低电平有效，推挽或开漏输出。推挽和开漏指的是输出驱动的类型，推挽输出在输出端使用两个晶体管。当顶部晶体管导通时，输出设置为高电平；底部晶体管导通时，输出设置为低电平。开漏输出仅使用一个晶体管，通过其将输出设置为低电平，同时另外使用一个上拉电阻代替顶部晶体管设置高电平输出。下图展示了开漏和推挽两种输出类型：

推挽式输出的优点是速度快并且功耗低。然而，开漏输出可以将多个监控器件的输出连接在一起，形成或/与逻辑输出配置，方便多电源轨的监控控制。

以我司AiP810这款高电平复位电路专用芯片为例，搭建如图1所示电路，上电后测量“Reset”电气网络可以得到如图2所示波形：

图1

图2

以下是我司复位类IC选型表：

复位电压选型表：

03、看门狗型复位电路

出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称"看门狗"(watchdog)。

看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。因此硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”。

硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在看门狗定时器定时时间到之前对其进行复位。如果出现死循环，或者说PC指针不能回来，那么定时时间到后就会使单片机复位。

 以下为我司看门狗型复位电路选型：

复位电压选型表：

04、高精度复位电路

中微爱芯推出高精度复位电路，此系列复位电路可在全温范围内复位电压保持在2%的精度，更适用于可靠性要求较高的方案。

以下为我司高精度复位电路选型：

复位电压选型表：

中科芯CKS32F4xx系列产品内部提供两个看门狗定时器单元，独立型看门狗IWDG（Independent Watchdog）和窗口型看门狗WWDG（Window Watchdog），本文主要介绍WWDG的应用，关于IWDG的详情，请参看我们的IWDG微课堂内容。

WWDG简介

通过前面的课程，我们知道IWDG独立看门狗的工作原理就是一个递减计数器在LSI时钟的驱动下不断的往下递减计数，当减到0之前如果没有刷新递减计数器的值（俗称喂狗），便会触发系统复位。

WWDG窗口看门狗也是一个递减计数器不断的往下递减计数。但和IWDG独立看门狗有四处不同：（1）IWDG由独立RC振荡器产生的LSI驱动，不受主时钟影响，但精度不高；WWDG由APB1分频时钟驱动，受主时钟影响，精度高;

（2）IWDG直接由VDD电压域供电，即使在MCU停止模式和待机模式下仍然能照常工作;

（3）IWDG计数器减到下限0时触发复位，WWDG计数器减到下限0x40时触发复位，下限值不同;（4）IWDG计数器只有复位下限值0，WWDG计数器不仅有复位下限0x40，还有一个复位上限X（用户设定），上限值与下限值之间形成一个复位窗口。WWDG计数器的值在减到上限X之前（窗口外）喂狗,同样也会产生复位。因此WWDG必须在窗口上限和窗口下限之间才可以喂狗，这是窗口看门狗的特殊之处。

WWDG详细介绍

1.WWDG功能框图解析

下图是窗口看门狗的功能框图，分4个部分进行说明:

① WWDG时钟：窗口看门狗的时钟来自APB1时钟线分频出的PCLK1，最大42MHz，由RCC时钟控制器控制开启;

② 计数器时钟和WWDG_CFR寄存器：CK计时器时钟 = PCLK1 / 4096，计数器时钟由CK计时器时钟经过预分频器分频得到，分频系数由配置寄存器WWDG_CFR的WWDGTB[1:0]控制，可以是0~3，因此计数器的时钟CNT_CK = PCLK1 / 4096 / (2^WWDGTB)，进而可算出一个计数周期时间是T = 1 / CNT_CK;

③ 计数器和WWDG_CR寄存器：WWDG的计数器是一个7位递减计数器，其值存放在控制器寄存器WWDG_CR的T[6:0]中，当该计数器的值从0x40变为0x3F时，产生复位，因此计数器的值只能是在0x7F~0x40之间，有效位是T[5:0]。WWDG_CR的WDGA位则是窗口看门狗的激活位，可由软件置1来启动WWDG，要注意WDGA一旦置1，只能在硬件复位后才能清零;

④ 窗口上限值：WWDG的窗口下限值固定是0x40,但窗口上限值可以人为设定，具体可由WWDG_CFR配置寄存器的W[6:0]设置，其值必须大于0x40且小于0x7F，否则就失去了意义。

最后介绍的是状态寄存器（WWDG_SR）和EWI(Early wakeup interrupt)中断，该寄存器用来记录当前是否有提前唤醒EWI的中断标志。该寄存器仅有位0有效，其他都是保留位。当计数器值达到0x40时，此位由硬件置1，它必须通过软件写0来清除。在初始化WWDG时，一般会先通过软件写0清除一次。用户可以在EWI(Early wakeup interrupt)中断服务程序里进行一些必要的操作。

2.计算看门狗超时时间

窗口看门狗的时序图如下:

假设PCLK1时钟为42MHz，按照上述计算方法，可以得到WWDG的超时时间计算公式Twwdg =1 / PCLK1 x 4096 x 2^WDGTB x (T[5:0]+1)，范围如下表:

3.WWDG库函数配置步骤

接下来介绍如何驱动CKS32F4xx系列产品的WWDG工作。窗口看门狗相关的库操作函数在文件cks32f4xx_wwdg.c和对应的头文件cks32f4xx_wwdg.h中。具体配置步骤如下：

（1）使能WWDG时钟

不同于IWDG，IWDG有自己独立的32KHz时钟，不需要使能。而WWDG使用的PCLK1时钟需要先进行使能。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE); // WWDG 时钟使能

（2）设置WWDG窗口上限和WDGTB分频系数

void WWDG_SetWindowValue(uint8_t WindowValue);      //设置WWDG 窗口上限
void WWDG_SetPrescaler(uint32_t WWDG_Prescaler);    //设置WDGTB分频系数

（3）开启WWDG中断并分组

WWDG_ClearFlag(); //清除提前唤醒中断标志位
NVIC_Init();      //设置中断优先级
WWDG_EnableIT();  //开启窗口看门狗中断

（4）设置计数器初始值并使能看门狗

void WWDG_Enable(uint8_t Counter);  //设置计数器值并使能看门狗

完成以上4个步骤之后，我们就可以使用CKS32F4的窗口看门狗了。之后在程序里面就必须周期性的在窗口上下限范围内进行喂狗（一般调用WWDG_SetCounter函数），否则将导致系统复位。

4.WWDG的应用场景

WWDG一般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。比如一个十分关键的程序段正常运行的时间是50ms以内，在运行完这个段程序之后紧接着进行喂狗，如果在规定的时间窗口内还没有喂狗，那就说明我们监控的程序并没有在预期的50ms内运行完成，可以认为出故障了或跑飞了，那么此时产生系统复位来解除这个故障，让程序重新运行。

实验例程

为本期微课堂配套了一个例子，整体功能如下：

（1）系统上电后，LED1~LED4依次点亮后（流水动态效果）保持常亮，配置窗口看门狗，进入主程序while循环，主程序中不断去读WWDG计数器的当前值，并与WWDG窗口值进行比较，一旦发现计数器的值落入窗口范围内，就进行喂狗操作。

（2）按下USER按键，进入死循环，从而造成无法执行喂狗程序，WWDG触发系统复位，可重新看到LED1~LED4依次点亮（流水动态效果）现象。

我们都知道硬件看门狗的目的：是用来监测系统，防止系统死机，并在死机的情况下使其系统复位重启。

在RTOS操作系统中，如果任务（线程）较多，出现高优先级任务长时间占用CPU资源，低优先级任务长时间得不到执行这种想象，那么我们的系统就是具有“Bug”的系统。

如上描述，假如我们的线程没有死机，只是长时间得不到执行。在这种异常情况下，我们又不希望系统复位，只希望执行特定代码，那我们该如何来避免这种问题呢？ 

关于看门狗

硬件看门狗：利用一个定时器计数电路，其定时输出连接到电路的复位端，程序在一定时间范围内对定时“喂狗”。

因此程序正常工作时，定时器总不能溢出，也就不能产生复位信号。如果程序出现故障，不在定时周期内喂狗，就使得看门狗定时器溢出产生复位信号并重启系统。

在STM32中，有两个看门狗：独立看门狗和窗口看门狗。原理和功能都类似，只是应用场景不一样。
软件看门狗：软件看门狗和硬件看门狗原理类似，都是定期（在时间溢出之内），对其喂狗。只是软件喂狗的方式是通过自身设计的计数来实现。

硬件+软件看门狗监测多任务的原理

1.利用一个监测线程（自身），来监测其它多个线程；2.利用硬件看门狗来监测自身。

如图：

假如我系统中有多个应用线程（如上图），我就利用一个监测线程（自身），来监测其它多个应用线程。

同时，为了防止自身线程异常，利用一个硬件看门狗来监测自身。这样就可以做到双重监测的作用。

软件案例

上一节上述的原理可能对于有些人来说，是比较抽象的。那么这一节来看看代码：

监测线程（自身）：

简单来说：在监测线程（自身）之中，需要对硬件看门狗进行喂狗。软件看门狗的角色：在这里就是对齐计数，浏览是否溢出，我把它封装成一个浏览函数。具体的喂狗就在其他各个被监测的线程中。

那么，再看软件看门狗对其中一个应用线程喂狗的代码：这里只是简单的举例，一个主线程里面的喂狗。相当于：我线程启动之后，就需要定时喂狗。如果这里长时间不喂狗，那么监测线程（自身）就会发现你没有喂狗。

实现方法

看到这里，相信大家都知道其原理了。具体实现的方式方法很多种，可根据自己实际项目需要，添加相应的接口。这里举例几点吧。
定义一个数据结构：

这里举例，是实现最基础的东西，比如计数器，最大超时值等。

注册接口函数：

监测浏览函数接口：

以上只是教大家方法，具体的实现，可自己根据自己习惯，项目需求来定制化开发。

早期的MCU没有看门狗，就容易引起有些产品死机了不能重启工作。为了避免这个问题，后期的MCU在内部集成了看门狗的功能。

为了满足更多使用场景，现在很多MCU都集成了两个看门狗：独立看门狗与窗口看门狗。

拿现在大家熟悉的STM32来说，都集成了独立看门狗和窗口看门狗，下面就展开来讲讲这个两个看门狗以及它们的区别。

独立看门狗

独立看门狗，顾名思义，就是独立的一个看门狗，由其专用低速时钟 (LSI) 驱动，因此，即便在主时钟发生故障时仍然保持工作状态。

IWDG 最适合应用于那些需要看门狗作为一个在主程序之外，能够完全独立工作，并且对时间精度要求较低的场合。

独立看门狗特性：

• 自由运行递减计数器

• 时钟由独立 RC 振荡器提供（可在待机和停止模式下运行）

• 当递减计数器值达到 0x000 时产生复位（如果看门狗已激活）

窗口看门狗

窗口看门狗，之所以称为窗口，是因为其喂狗时间是一个有上下限的范围内，你可以通过设定相关寄存器，设定其上限时间和下限时间：喂狗的时间不能过早也不能过晚。

窗口看门狗的上窗口就是配置寄存器WWDG->CFR里设定的W[6:0]；下窗口是固定的0x40；当窗口看门狗的计数器在上窗口值之外，或是低于下窗口值都会产生复位。

上窗口的值可以只有设定，7位二进制数最大只可以设定为127(0x7F)，最小又必须大于下窗口的0x40，所以其取值范围为64~127(即：0x40~0x7F)；配置寄存器WWDG->CFR中为计数器设定时钟分频系数，确定这个计数器可以定时的时间范围，从而确定窗口的时间范围。

窗口看门狗的时钟来自于PCLK1，在时钟配置中，其频率为外部时钟经倍频器后的二分频时钟，即为36MHz，根据手册可以知道其定时时间计算方法：

两者对比

1.使用条件对比

2.特点对比

两者的区别

独立看门狗与窗口看门狗的区别如下：

• 独立看门狗没有中断，窗口看门狗有中断。

• 独立看门狗有硬件软件之分，窗口看门狗只能软件控制。

• 独立看门狗只有下限，窗口看门狗有下限和上限。

• 独立看门狗是12位递减的，窗口看门狗是7位递减的。

• 独立看门狗是用的内部大约40KHz的RC振荡器，窗口看门狗是用的系统时钟APB1ENR

独立看门狗没有中断功能，只要在计数器减到0(下限)之前，重新装载计数器的值，就不会产生复位。

要注意看门狗和外接复位IC同时存在的情况，外部电路可能会阻止看门狗复位。

窗口看门狗有中断，这个中断的作用是在计数器达到下限0x40的时候，产生中断，让你喂狗；如果你不喂狗，计数器的值变为0x3f的时候，将会产生系统复位；即使是喂狗，也应该在中断里快速喂狗，要不时间长了计数器减1也会变成0x3f产生复位。

窗口看门狗还有一个上限值，这个值如果大于计数器的初始值，那么就没有任何作用了；这个值小于计数器初始值的时候，当计数器的值大于上限值时你对计数器进行装载，将会产生复位，只有在计数器减到小于上限值时，你才能重新装载计数器。意思就是说只有计数器的值在上限值和下限值之间你才能装载计数器，否则就会产生系统复位，当上限值小于下限值，也没有意义。

最后，拓展一下基于STM32、FreeRTOS实现硬件看门狗+软件看门狗监测多任务的思路。