18 . 独立看门狗（IWDG）实验

Posted 2023-02-15 孤帆工作室

独立看门狗（IWDG）实验

我们来学习下STM32F1 的独立看门狗（以下简称IWDG）。STM32F1内部自带了两个看门狗，一个是独立看门狗IWDG，另一个是窗口看门狗WWDG，只介绍独立看门狗IWDG，窗口看门狗WWDG 会在后面介绍。要实现的功能是：通过K_UP 按键进行喂狗，喂狗的时候D2 指示灯点亮，超过喂狗时间产生复位后D2 指示灯熄灭，同时使用D1 指示灯闪烁表示系统运行。分为如下几部分内容：

1. IWDG 介绍
2. IWDG 配置步骤
3. 硬件设计
4. 软件设计

IWDG 介绍

IWDG 简介
stm32f1 芯片内部含有两个看门狗外设，一个事独立看门狗IWDG 宁一个事窗口看门狗 WWDG 两个看门狗外设独立和窗口 均可用于检车并解决由软件错误导致的故障 ，独立看门狗简单理解其实就是一个12位递减计数器，当计数器从某一个值 递减到0时，如果看门狗已激活 系统就会产生一次复位。如果在计数器递减到0之前刷新了计数器值，那么系统就不会产生复位。这个刷新计数器值过程我们称之为“喂狗”。看门狗功能由VDD 电压域供电，在停止模式和待机模式下仍能工作。
IWDG 结构框图
要更好的理解独立看门狗，就需要了解它内部的结构，如图：

我们把IWDG 结构框图分成6 个子模块，按照顺序依次进行简单介绍。
（1）标号1：IWDG 时钟
独立看门狗(IWDG)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。在前面介绍时钟树时，我们就讲解过LSI，其频率一般在30-60KHz 之间，通常选择40KHz 作为IWDG 时钟。由于LSI 的时钟频率并不非常精确，所以独立看门狗只适用于对时间精度要求比较低的场合。
（2）标号2：预分频器寄存器
LSI 时钟并不是直接提供给计数器时钟，而是通过一个8 位预分频寄存器IWDG_PR 分频后输入给计数器时钟。我们可以操作IWDG_PR 寄存器来设置分频因子，分频因子可以为4、8、16、32、64、128、256。分频后的计数器时钟为：CK_CNT= 40/ 42^PRE，PRE 为预分频系数（0-6），42^PRE 大小就是4、8、16、32、64、128、256 值。每经过一个计数器时钟，计数器就减1。
（3）标号3：计数器
独立看门狗的计数器是一个12 位的递减计数器，计数最大值为0XFFF，当递减到0 时，会产生一个复位信号，让系统重新启动运行，如果在计数器减到0之前刷新了计数器值的话，就不会产生复位信号，这个刷新计数器值过程我们称之为“喂狗”。
（4）标号4：重装载寄存器
重装载寄存器是一个12 位的寄存器，里面装着要刷新到计数器的值，这个值的大小决定着独立看门狗的溢出时间。溢出时间Tout = (42^pre) / 40rlr(ms)，pre 是预分频器系数（0-6），rlr 是重装载寄存器的值，公式内的40 是独立看门狗的时钟。比如设置pre=4，rlr=800，那么独立看门狗溢出时间是1280ms，也就是说如果在1280ms 内没有进行喂狗，那么系统将进行重启，即程序重新开始运行。
（5）标号5：密钥寄存器
密钥寄存器（IWDG_KR）也称为关键字寄存器或键寄存器。此寄存器可以说是IWDG 的一个控制寄存器。往该寄存器写入三种值会有三种控制效果：
1.写入0X5555，由于IWDG_PR 和IWDG_RLR 寄存器具有写访问保护。若要修改寄存器，必须首先对IWDG_KR 寄存器写入代码0x5555。若写入其他值将重启写保护。
2.写入0XAAAA，把IWDG_RLR 寄存器内值重装载到计数器中。
3.写入0XCCCC，启动IWDG 功能。此方式属于软件启动，一旦开启独立看门狗，它就关不掉，只有复位才能关掉。
（6）标号6：状态寄存器
状态寄存器IWDG_SR 只有位0： PVU 和位1： RVU 有效，这两位只能由硬件操作。RVU：看门狗计数器重装载值更新，硬件置1 表示重装载值的更新正在进行中，更新完毕之后由硬件清0。PVU: 看门狗预分频值更新，硬件置1表示预分频值的更新正在进行中，当更新完成后，由硬件清0。所以只有当RVU/PVU 等于0 的时候才可以更新重装载寄存器/预分频寄存器。由于篇幅限制， 本章并没有对相关寄存器进行介绍，大家可以参考《STM32F10x 中文参考手册》-17 独立看门狗（IWDG）章节，里面有详细的讲解。

IWDG 配置步骤

接下来我们介绍下如何使用库函数对IWDG 进行配置。这个也是在编写程序中必须要了解的。具体步骤如下：（IWDG 相关库函数在stm32f10x_iwdg.c 和stm32f10x_iwdg.h 文件中）
（1）开启寄存器访问（给IWDG_KR 寄存器写入0X5555）
通过前面内容的介绍我们知道IWDG_PR 和IWDG_RLR 寄存器具有写访问保护。若要修改寄存器，必须首先对IWDG_KR 寄存器写入代码0x5555，如果写入其他的值将重新开启写保护。在库函数中实现函数如下：

IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable); //取消寄存器写保护

这个函数非常简单，里面的参数就是用来使能或失能写访问，即开启或关闭写访问。
（2）设置IWDG 预分频系数和重装载值
设置IWDG 预分频系数函数为：

void IWDG_SetPrescaler(uint8_t IWDG_Prescaler); //设置IWDG 预分频值

设置IWDG 重装载值函数为：

void IWDG_SetReload(uint16_t Reload); //设置IWDG 重装载值

设置好IWDG 的分频系数pre 和重装载值就可以知道独立看门狗的喂狗时间，也就是看门狗溢出时间，该时间的计算公式前面已经介绍，公式如下：

Tout = (4*2^pre) / 40 * rlr

其中Tout 为独立看门狗溢出时间，单位是ms。pre 是预分频器系数（0-6），rlr 是重装载寄存器的值，公式内的40 是独立看门狗的时钟。比如设置pre=4，rlr=800，那么独立看门狗溢出时间是1280ms，只要你在1280ms 之内，有一次写入0XAAAA 到IWDG_KR，就不会导致看门狗复位（当然写入多次也是可以的）。这里需要提醒大家的是，看门狗的时钟不是准确的40Khz，所以在喂狗的时候，最好不要太晚了，否则，有可能发生看门狗复位。
（3）重载计数器值（喂狗）（给IWDG_KR 寄存器写入0XAAAA）重载计数器值（喂狗）库函数是：

IWDG_ReloadCounter(); //重装载初值

此函数功能是将IWDG_RLR 寄存器内值重新加载到独立看门狗计数器内，实现喂狗操作。
（4）开启IWDG（给IWDG_KR 寄存器写入0XCCCC）
要使用独立看门狗，我们还需要打开它，开启IWDG 的库函数是：

IWDG_Enable(); //打开独立看门狗

这里提醒下大家：IWDG 在一旦启用，就不能再被关闭，想要关闭，只能重启，并且重启之后不能打开IWDG，否则问题依旧存在。所以如果不用IWDG 的话，就不要去打开它，免得麻烦。通过以上几步配置好后，我们就可以正常使用独立看门狗了，我们需要在规定的时间内喂狗，否则系统即会重新启动。

硬件设计

由于IWDG 是STM32F1 内部资源，因此本硬件电路非常简单，只有LED 指示灯、K_UP 按键连接，其对应的电路图在前面章节中都有介绍，这里就不多说。D1 指示灯用来提示系统运行，D2 指示灯用来作为喂狗和系统重启时的提示，K_UP按键用来喂狗操作，喂狗时D2 指示灯亮，喂狗失败系统重启，D2 指示灯灭。

软件设计

所要实现的功能是：通过K_UP 按键进行喂狗，喂狗的时候D2 指示灯亮，同时串口输出“喂狗”提示信息，超过喂狗时间系统重启D2 指示灯灭，同时串口输出“复位系统”提示信息，同时使用D1 指示灯闪烁表示系统运行。程序框架如下：
（1）初始化IWDG（开启IWDG，设置溢出时间）
（2）编写主函数
在前面介绍IWDG 配置步骤时，就已经讲解如何开启IWDG、设置溢出时间。

IWDG 初始化函数
要使用IWDG，我们必须先对它进行配置。IWDG 初始化代码如下：

/****************************************************************
***************
* 函数名: IWDG_Init
* 函数功能: IWDG 初始化
* 输入: pre:预分频系数(0-6)
rlr:重装载值(12 位范围0xfff)
独立看门狗复位时间计算公式：t=(4*2^pre*rlr)/40
* 输出: 无
*****************************************************************
**************/
void IWDG_Init(u8 pre,u16 rlr)

IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable); //取消寄存器写保
护
IWDG_SetPrescaler(pre);//设置预分频系数0-6
IWDG_SetReload(rlr);//设置重装载值
IWDG_ReloadCounter(); //重装载初值
IWDG_Enable(); //打开独立看门狗

在IWDG_Init()函数中，首先打开IWDG 写访问，设置IWDG 的预分频系数和重装载值，然后将重装载寄存器中的值加载到独立看门狗计数器中，最后开启独立看门狗。这一过程在前面步骤介绍中已经提了。IWDG_Init()函数有两个参数，用来设置IWDG 的分频系数和重装载值，方便大家修改独立看门狗溢出时间。

主函数
编写好独立看门狗初始化函数后，接下来就可以编写主函数了，代码如下：

/****************************************************************
***************
* 函数名: main
* 函数功能: 主函数
* 输入: 无
* 输出: 无
*****************************************************************
**************/
int main()

u8 i=0;
SysTick_Init(72);
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //中断优先级分组分2 组
LED_Init();
USART1_Init(9600);
KEY_Init();
IWDG_Init(4,800); //只要在1280ms 内进行喂狗就不会复位系统
led2=1;
printf("复位系统\\r\\n");
while(1)

if(KEY_Scan(0)==KEY_UP)

IWDG_FeedDog();//喂狗
led2=0;
printf("喂狗\\r\\n");

i++;
if(i%20==0)

led1=!led1;

delay_ms(10);

主函数实现的功能很简单，首先调用之前编写好的硬件初始化函数，包括SysTick 系统时钟，中断分组，LED 初始化等。然后调用我们前面编写的IWDG初始化函数，这里我们设定预分频系数为4，重装载值为800，独立看门狗溢出时间即为1280ms。然后熄灭D2 指示灯，同时通过printf 函数输出一串字符提示。最后进入while 循环语句，不断让D1 指示间隔200ms 闪烁，同时不断检测
K_UP 按键是否按下，如果按键按下进行喂狗，同时D2 指示灯亮，串口输出“喂狗”信息，如果在独立看门狗溢出时间前没有喂狗，也就是说在1280ms 内没有按下K_UP 按键，系统将复位，此时D2 指示灯灭，串口输出“复位系统”信息。
其中调用了IWDG_FeedDog()函数，这个是我们自己封装的一个函数，里面就是一个喂狗函数：

IWDG_ReloadCounter(); //重装载初值