WDT 使用说明

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简介

看门狗设备可以保证我们的代码在我们的预期中进行，可以有效防止我们的程序因为一些其它不可控因素导致代码”跑飞“。本示例展示了如何在 Titan Board 上使用 RA8 系列 MCU 的 WDT 模块，结合 RT-Thread 的 WDT 驱动框架 实现看门狗功能，包括定时器配置、喂狗操作及超时响应。

WDT（Watchdog Timer）简介

1. 概述

WDT（看门狗定时器） 是嵌入式系统中用于 监控系统运行状态、防止程序卡死或异常挂起的硬件定时器。

当 MCU 或处理器在规定时间内未对 WDT 进行复位（Kick/Reload）时，WDT 会 自动复位系统，确保系统能够恢复正常运行。

WDT 常用于：

  • 防止软件死循环或任务卡死

  • 提高系统可靠性和稳定性

  • 工业控制、汽车电子、无人机、通信设备等关键应用

2. 工作原理

  1. 计数器模式

    • WDT 内部有一个递减计数器，从设定初值开始计数。

    • MCU 必须在计数器到达零前 清零计数器（Reload/Kick）。

    • 如果计数器归零，触发 系统复位 或 中断。

  2. 喂狗机制

    • MCU 定期向 WDT 写入特定值，重置计数器

    • 俗称 “喂狗”，保证系统正常运行时 WDT 不复位

  3. 复位/中断模式

    • 复位模式：WDT 到期直接复位 MCU

    • 中断模式：WDT 到期产生中断，可先尝试软件自我恢复

3. WDT 类型

类型

描述

独立看门狗（Independent WDT, IWDT）

独立时钟源，系统重启或挂起时仍能运行

窗口看门狗（Window WDT）

MCU 必须在规定窗口时间内喂狗，否则触发复位

超级看门狗（Super WDT）

提供更高精度或可配置更长时间的保护

软看门狗（Software WDT）

通过软件定时器实现，看门狗功能由操作系统或应用维护

4. 关键参数

  • 计数器位数：决定 WDT 最大时间间隔

  • 超时时间（Timeout）：从上次喂狗到 WDT 触发复位的时间

  • 时钟源：独立低速晶振或系统时钟

  • 复位方式：硬件复位或中断通知

示例：

  • MCU WDT 超时时间 500 ms

  • MCU 任务每 100 ms 喂狗一次

  • 若任务卡死 500 ms 未喂狗 → WDT 自动复位系统

5. WDT 使用原则

  1. 定期喂狗：确保系统在正常运行时 WDT 不触发

  2. 关键任务喂狗：通常在主循环或关键任务中喂狗

  3. 中断安全：喂狗操作应避免被中断阻塞

  4. 合理超时设置：超时时间既要大于任务执行时间，又不能太长，防止死机长时间不被复位

RA8 系列 WDT 模块（r_wdt）简介

RA8 系列 MCU 内置高性能 WDT 模块（r_wdt），提供可靠的系统监控能力，可通过硬件复位或中断模式实现故障保护。

1. 基本特性

  • 定时器模式：支持单次计时或周期计时

  • 时钟源：独立低功耗时钟（LPO）或系统时钟

  • 复位与中断输出：

    • 超时可触发 MCU 系统复位

    • 可选择中断模式，产生 WDT 中断供软件处理

  • 计数范围：支持 8~32 位计数器，可灵活配置超时时间

  • 安全性特性：

    • 禁止误操作保护（有些寄存器需要解锁序列）

    • 多级复位模式（WDT Reset, Non-maskable Reset）

  • 独立操作：在 MCU 低功耗或睡眠模式下依然可运行

2. 模块架构

RA8 WDT 模块主要包含以下子模块：

  1. 计数器单元（Counter Unit）

    • 基于时钟源递减计数

    • 支持周期性溢出检测

  2. 控制寄存器（Control Register）

    • 启动/停止 WDT

    • 配置超时时间和中断/复位模式

    • 配置喂狗序列

  3. 状态寄存器（Status Register）

    • 反映 WDT 当前状态

    • 超时标志

    • 中断/复位触发标志

  4. 复位与中断控制单元

    • 超时触发 MCU 复位

    • 可选择中断模式通知 CPU

    • 支持 NMI 或系统复位输出

3. 工作原理

  1. 启动 WDT：配置计数器、时钟源、超时时间后启动 WDT。

  2. 喂狗操作：软件周期性写入特定寄存器序列，重置计数器防止超时。

  3. 超时响应：

    • 若未喂狗，计数器溢出触发超时

    • 根据配置选择：

      • 硬件复位 MCU

      • 触发 WDT 中断供程序处理

  4. 安全保护：WDT 控制寄存器通常需解锁后才能修改，防止误操作。

RT-Thread WDT 框架简介

RT-Thread WDT（Watchdog Timer）框架 是 RT-Thread 设备驱动层提供的统一接口，用于管理各类 MCU 的硬件看门狗模块。该框架将硬件 WDT 功能抽象为标准设备接口，使应用层能够跨平台使用统一的 API 来实现系统自恢复机制。

1. 设备模型

在 RT-Thread 中，WDT 被作为 设备对象（struct rt_device 的子类，类型为 RT_Device_Class_WDT）进行管理，开发者无需关心底层硬件寄存器操作，只需调用标准接口即可完成看门狗功能。

2. 操作接口

应用程序通过 RT-Thread 提供的 I/O 设备管理接口来访问看门狗硬件，相关接口如下所示：

  • 查找看门狗

rt_device_t rt_device_find(const char* name);

  • 初始化看门狗

rt_err_t rt_device_init(rt_device_t dev);

  • 控制看门狗

rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, rt_uint8_t cmd, void* arg);

看门狗的命令控制字可取如下宏定义值：

#define RT_DEVICE_CTRL_WDT_GET_TIMEOUT    (1) /* 获取溢出时间 */
#define RT_DEVICE_CTRL_WDT_SET_TIMEOUT    (2) /* 设置溢出时间 */
#define RT_DEVICE_CTRL_WDT_GET_TIMELEFT   (3) /* 获取剩余时间 */
#define RT_DEVICE_CTRL_WDT_KEEPALIVE      (4) /* 喂狗 */
#define RT_DEVICE_CTRL_WDT_START          (5) /* 启动看门狗 */
#define RT_DEVICE_CTRL_WDT_STOP           (6) /* 停止看门狗 */

  • 关闭看门狗

rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev);

3. 框架特点

  • 设备抽象统一：所有硬件 WDT 通过相同的设备接口暴露给上层应用。

  • 跨平台支持：应用程序可在不同 MCU 平台间移植而无需修改 WDT 相关代码。

  • 超时保护：支持配置超时时间，系统未及时喂狗则触发中断或复位。

  • 运行模式可选：支持 中断模式 和 复位模式，满足不同场景需求。

  • 安全可靠：结合硬件 WDT 提供强制复位机制，防止系统异常卡死。

硬件说明

无

FSP 配置

  • 打开 FSP 工具 新建 Stacks 选择 r_wdt：

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  • 注意：使用 WDT 需要使能 OFS0 寄存器配置。

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RT-Thread Settings 配置

  • 使能 WDT。

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示例工程说明

示例程序位于 project/Titan_driver_wdt/src/hal_entry.c。

#include <rtthread.h>
#include "hal_data.h"
#include <rtdevice.h>
#include <board.h>

#define DBG_TAG "wdt"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

#define WDT_DEVICE_NAME "wdt"    // 默认看门狗设备名，视 BSP 而定
#define WDT_FEED_INTERVAL 1000   // 喂狗间隔（单位 ms）
#define WDT_TIMEOUT 3            // 看门狗超时时间（单位 s）

static rt_device_t wdt_dev = RT_NULL;
static rt_thread_t feed_thread = RT_NULL;

#define LED_PIN_0    BSP_IO_PORT_06_PIN_00 /* Onboard LED pins */

void hal_entry(void)
{
    rt_kprintf("\nHello RT-Thread!\n");
    rt_kprintf("==================================================\n");
    rt_kprintf("This example project is an driver wdt routine!\n");
    rt_kprintf("==================================================\n");

    LOG_I("Tips:");
    LOG_I("You can run wdt testcase by executing the instruction: \'wdt_sample\'");

    while (1)
    {
        rt_pin_write(LED_PIN_0, PIN_HIGH);
        rt_thread_mdelay(1000);
        rt_pin_write(LED_PIN_0, PIN_LOW);
        rt_thread_mdelay(1000);
    }
}

static void feed_dog_entry(void *parameter)
{
    int count = 0;

    while (1)
    {
        if (count < 10)
        {
            rt_device_control(wdt_dev, RT_DEVICE_CTRL_WDT_KEEPALIVE, RT_NULL);
            LOG_I("[FeedDog] Feeding watchdog... %d", count);
        }
        else
        {
            LOG_E("[FeedDog] Simulate exception! Stop feeding.");
        }

        count++;
        rt_thread_mdelay(WDT_FEED_INTERVAL);
    }
}

static int wdt_sample(void)
{
    rt_err_t ret;

    wdt_dev = rt_device_find(WDT_DEVICE_NAME);
    if (wdt_dev == RT_NULL)
    {
        LOG_E("Cannot find %s device!", WDT_DEVICE_NAME);
        return -1;
    }

    ret = rt_device_control(wdt_dev, RT_DEVICE_CTRL_WDT_START, RT_NULL);
    if (ret != RT_EOK)
    {
        LOG_E("Start watchdog failed!");
        return -1;
    }

    LOG_I("Watchdog started...", WDT_TIMEOUT);

    feed_thread = rt_thread_create("feed_dog", feed_dog_entry, RT_NULL, 1024, 10, 10);
    if (feed_thread != RT_NULL)
        rt_thread_startup(feed_thread);

    return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(wdt_sample, wdt_sample);

编译&下载

  • RT-Thread Studio：在 RT-Thread Studio 的包管理器中下载 Titan Board 资源包，然后创建新工程，执行编译。

编译完成后，将开发板的 USB-DBG 接口与 PC 机连接，然后将固件下载至开发板。

运行效果

在终端输入 wdt_sample 指令运行 WDT 测试程序，在喂狗 10 次后停止喂狗，模拟了程序异常情况。

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