前言
在上一篇中已經介紹了 WWDG 的基本概念。這一篇要接著介紹 WWDG 窗口看門狗的程式。
正文
首先一樣以 Nucleo-F446RE 做示範。
首先建立一個 PIO 的專案，選擇 Framework 爲「libopencm3」，並在 src/ 資料夾中新增並開啓 main.c 檔案。
完整程式
1/**
2 * @file main.c
3 * @brief WWDG (Window watchdog) example for STM32 Nucleo-F446RE.
4 */
5
6#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
7#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
8#include <libopencm3/stm32/wwdg.h>
9#include <libopencm3/cm3/systick.h>
10#include <libopencm3/cm3/nvic.h>
11
12#define WWDG_COUNTER (0x7F) /* WWDG_CR -> T[6:0], 0x7F ~ 0x40. */
13#define WWDG_WINDOWS (0x5F) /* WWDG_CFR -> W[6:0], T[6:0] ~ 0x40. */
14
15#define WWDG_MS(v) (1.0 / (rcc_apb1_frequency / 1000) * 4096 * 8 * (v))
16
17#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
18#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
19#define GPIO_LED_PIN (GPIO5) /* D13. */
20
21static volatile uint32_t systick_delay = 0;
22
23static void delay_ms(uint32_t value)
24{
25 systick_delay = value;
26 while (systick_delay != 0)
27 {
28 /* Wait. */
29 }
30}
31
32static void rcc_setup(void)
33{
34 rcc_clock_setup_pll(&rcc_hse_8mhz_3v3[RCC_CLOCK_3V3_84MHZ]);
35 rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
36 rcc_periph_clock_enable(RCC_WWDG);
37}
38
39static void systick_setup(void)
40{
41 systick_set_clocksource(STK_CSR_CLKSOURCE_AHB_DIV8);
42 systick_set_reload(rcc_ahb_frequency / 8 / 1000 - 1);
43 systick_interrupt_enable();
44 systick_counter_enable();
45}
46
47static void wwdg_refresh(void)
48{
49 WWDG_CR |= WWDG_COUNTER << WWDG_CR_T_LSB;
50}
51
52static void wwdg_setup(void)
53{
54 WWDG_CFR |= WWDG_CFR_WDGTB_CK_DIV8 << WWDG_CFR_WDGTB_LSB; /* Set WDG prescaler to div8. */
55
56 WWDG_CR &= ~(0x7F << WWDG_CR_T_LSB); /* Clear T[6:0]. */
57 WWDG_CR |= WWDG_COUNTER << WWDG_CR_T_LSB; /* Setup T[6:0]. */
58
59 WWDG_CFR &= ~(0x7F << WWDG_CFG_W_LSB); /* Clear W[6:0]. */
60 WWDG_CFR |= WWDG_WINDOWS << WWDG_CFG_W_LSB; /* Setup W[6:0]. */
61
62 WWDG_CR |= WWDG_CR_WDGA; /* Enable WWDG. */
63}
64
65static void led_setup(void)
66{
67 gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_LED_PIN);
68 gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_LED_PIN);
69}
70
71int main(void)
72{
73 rcc_setup();
74 systick_setup();
75 led_setup();
76
77 gpio_clear(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN);
78 delay_ms(10);
79 gpio_set(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN);
80 delay_ms(1000);
81
82 wwdg_setup(); /* Setup and start WWDG. */
83
84 delay_ms(WWDG_MS(WWDG_COUNTER - WWDG_WINDOWS + 1));
85 wwdg_refresh();
86
87 while (1)
88 {
89 gpio_toggle(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on/off. */
90 delay_ms(WWDG_MS((WWDG_COUNTER & 0x3F) + 1)); /* 0x3F is the mask for bit[5:0]. */
91 wwdg_refresh();
92 }
93
94 return 0;
95}
96
97/**
98 * @brief SysTick handler.
99 */
100void sys_tick_handler(void)
101{
102 if (systick_delay != 0)
103 {
104 systick_delay--;
105 }
106}
分段說明
Include
1#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
2#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
3#include <libopencm3/stm32/wwdg.h>
4#include <libopencm3/cm3/systick.h>
5#include <libopencm3/cm3/nvic.h>
和 IWDG 時一樣，爲了要更方便驗證 WWDG 的運作，我使用 SysTick 實現較精確的 ms 級 delay()，因此需要 systick.h 與 nvic.h。當然也需要今天的主角——wwdg.h。
RCC
1static void rcc_setup(void)
2{
3 rcc_clock_setup_pll(&rcc_hse_8mhz_3v3[RCC_CLOCK_3V3_84MHZ]);
4 rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
5 rcc_periph_clock_enable(RCC_WWDG);
6}
要注意這裡與 IWDG 不同，WWDG 在 APB1 底下，所以要記得爲它致能 Clock。
WWDG Timeout 計算
1#define WWDG_COUNTER (0x7F) /* WWDG_CR -> T[6:0], 0x7F ~ 0x40. */
2#define WWDG_WINDOWS (0x5F) /* WWDG_CFR -> W[6:0], T[6:0] ~ 0x40. */
3
4#define WWDG_MS(v) (1.0 / (rcc_apb1_frequency / 1000) * 4096 * 8 * (v))
複習一下上一篇提到的基本概念。在啓用 WWDG 時有兩種情況會造成它觸發 System Reset：
- 當 WWDG 下數計數器的值 T[6:0] 變得小於
0x40，即 T6 位元變成0。 - 在時間窗口（Window）外（即 T[6:0] > W[6:0]）時下數計數器被重新裝載（Reload）。
▲ WWDG 的 Window 示意圖。取自 RM0390 Rev 6 P.648。
▲ WWDG 的 Timeout 計算公式。取自 RM0390 Rev 6 P.648。
只要參考上面的公式就可以計算 WWDG 的 Timeout 長度。
我這裡以 WWDG_COUNTER 爲名定義 T[6:0] 爲 0x7F，以 WWDG_WINDOWS 爲名定義 W[6:0] 爲 0x5F。
再使用一個 Macro WWDG_MS() 來定義 Timeout 計算公式爲 1.0 / (rcc_apb1_frequency / 1000) * 4096 * 8 * (v)。
依此設定，必須要在 T[6:0] = 0x5F~0x40 的這段時間內才可以 Refresh。T[6:0] = 0x7F~0x60 是 Window 外，T[6:0] ≦ 0x3F時代表 Timeout。
WWDG 設定
1static void wwdg_setup(void)
2{
3 WWDG_CFR |= WWDG_CFR_WDGTB_CK_DIV8 << WWDG_CFR_WDGTB_LSB; /* Set WDG prescaler to div8. */
4
5 WWDG_CR &= ~(0x7F << WWDG_CR_T_LSB); /* Clear T[6:0]. */
6 WWDG_CR |= WWDG_COUNTER << WWDG_CR_T_LSB; /* Setup T[6:0]. */
7
8 WWDG_CFR &= ~(0x7F << WWDG_CFG_W_LSB); /* Clear W[6:0]. */
9 WWDG_CFR |= WWDG_WINDOWS << WWDG_CFG_W_LSB; /* Setup W[6:0]. */
10
11 WWDG_CR |= WWDG_CR_WDGA; /* Enable WWDG. */
12}
有沒有感受到這一段程式的風格突變？
因爲截止寫文章當下，LibOpenCM3 還沒有實作任何 WWDG 的相關函式，所以只好回歸最原始的暫存器操作。還好 WWDG 是個很簡單的功能，要操作的暫存器甚至比使用 GPIO 還少。
要設定的值只有四個，分別爲 WDG 預除頻器的除頻值 WDGTW、T[6:0]、W[6:0]，最後再將 WDGA 設爲 1 以致能 WWDG。
注意，寫入 WWDG_CR 暫存器的值必須要在
0xFF與0xC0之間。由於第 7 位 WDGA 只能在 Reset 後由硬體清爲0，所以寫入 WWDG_CR 的第 7 位元一定是1。而如果第 6 位 T6 被設定爲0的話會立刻觸發 Reset。
WWDG Refresh
1static void wwdg_refresh(void)
2{
3 WWDG_CR |= WWDG_COUNTER << WWDG_CR_T_LSB;
4}
Refresh 也非常單純，就是寫入 T[6:0] 讓計數器 Reload。
主程式
1int main(void)
2{
3 rcc_setup();
4 systick_setup();
5 led_setup();
6
7 gpio_clear(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN);
8 delay_ms(10);
9 gpio_set(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN);
10 delay_ms(1000);
11
12 wwdg_setup(); /* Setup and start WWDG. */
13
14 delay_ms(WWDG_MS(WWDG_COUNTER - WWDG_WINDOWS + 1));
15 wwdg_refresh();
16
17 while (1)
18 {
19 gpio_toggle(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on/off. */
20 delay_ms(WWDG_MS((WWDG_COUNTER & 0x3F) + 1)); /* 0x3F is the mask for bit[5:0]. */
21 wwdg_refresh();
22 }
23
24 return 0;
25}
主程式的部分和 IWDG 時差不多。在 WWDG 設定並啓動（wwdg_setup()）前先讓 LED off 10ms 後 on 1s，以方便觀察是否發生 Reset。
在 WWDG 啓動後等待數毫秒再進行一次 Refresh，這邊是要驗證 Window（條件 2），如果更早進行 Refresh 的話就會觸發 Reset。
主迴圈就是讓 LED 閃爍，並在一定時間後進行 Refresh，這裡是要驗證 WWDG 的 Timeout（條件 1），若更晚進行 Refresh 的話就會觸發 Reseet。
多環境程式（F446RE + F103RB）
由於 STM32F1 的部分函式不同，所以 F103RB 沒辦法直接使用上面的 F446RE 的程式。
以下列出主要的差異部分。完整的程式請看 GitHub repo。
1static void rcc_setup(void)
2{
3#if defined(STM32F1)
4 rcc_clock_setup_in_hse_8mhz_out_72mhz();
5#elif defined(STM32F4)
6 rcc_clock_setup_pll(&rcc_hse_8mhz_3v3[RCC_CLOCK_3V3_84MHZ]);
7#endif
8
9 rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
10 rcc_periph_clock_enable(RCC_WWDG);
11}
1static void led_setup(void)
2{
3 /* Set LED pin to output push-pull. */
4#if defined(STM32F1)
5 gpio_set_mode(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ, GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL, GPIO_LED_PIN);
6#else
7 gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_LED_PIN);
8 gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_LED_PIN);
9#endif
10}
成果
這次使用 PlatformIO 的 Debug 功能來測試 WWDG 的運作。
可以看到 Refresh 前，T[6:0] 的值數到 0x5F，已經不大於 W[6:0] 了（條件 2），所以這時 Refresh 不會觸發 Reset。
在 Refresh 前，T[6:0] 的值爲 0x40，還沒到下限 0x3F（條件 1），所以這時還來得及 Refresh 而不會觸發 Reset。
這裡的 delay 的最小單位是 1 ms，但實際計算 WWDG 的各項參數是會算到小數點後，這一點在實際應用上應該被考慮，例如使用 ns 級的 delay 函式。
小結
這次接續 IWDG 的內容，繼續介紹 WWDG 的用法。由於 LibOpenCM3 目前沒有實作 WWDG 的相關操作函式，所以這次是使用操作暫存器的方式來示範，但因爲我幾乎沒有在直接操作暫存器，因此不確定上述的寫法是不是最好的，畢竟這種東西應該有不少細節是需要注意的，若有任何建議都歡迎提出。
另外，這次也使用了 PIO 的 Debug 功能來做程式的驗證。Debug 是非常好用的功能，尤其 Nucleo 開發板上都有 ST-Link，可以直接進行 Debug，即時查看程式的運作與 STM32 中的暫存器數值。如果還沒用過的話請一定要學習並嘗試看看。
參考資料
- STM32 Window Watchdog (WWDG) - Hackster.io
- libopencm3/libopencm3-examples
- platformio/platform-ststm32
- STM32F446RE datasheet (DS10693)
- STM32F446xx reference manual (RM0390)
- STM32F103RB datasheet (DS5319)
- STM32 Nucleo-64 board user manual (UM1724)
本文的程式也有放在 GitHub 上。
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