「正点原子NANO STM32开发板资料连载」第十一章 独立看门狗实验

本帖最后由 正点原子运营官 于 2020-4-17 16:13 编辑

1）实验平台：ALIENTEK NANO STM32F411 V1开发板
2）摘自《正点原子STM32F4 开发指南（HAL 库版》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子


第十一章 独立看门狗（IWDG）实验
这一章，我们将向大家介绍如何使用 STM32 的独立看门狗（以下简称 IWDG）。STM32F4
内部自带了 2 个看门狗：独立看门狗（IWDG）和窗口看门狗（WWDG）。这一章我们只介绍
独立看门狗，窗口看门狗将在下一章介绍。在本章中，我们将通过按键 KEY_UP 来喂狗，然后
通过 DS0 提示复位状态。本章分为如下几个部分：
11.1 STM32F4 独立看门狗简介
11.2 硬件设计
11.3 软件设计
11.4 下载验证
11.5 STM32CubeMX 配置 IWDG
11.1 STM32F4 独立看门狗简介
STM32 的独立看门狗由内部专门的 32Khz 低速时钟（LSI）驱动，即使主时钟发生故障，它也仍然有效。这里需要注意独立看门狗的时钟是一个内部 RC 时钟，所以并不是准确的 32Khz，而是在 15~47Khz 之间的一个可变化的时钟，只是我们在估算的时候，以 32Khz 的频率来计算，
看门狗对时间的要求不是很精确，所以，时钟有些偏差，都是可以接受的。
独立看门狗有几个寄存器与我们这节相关，我们分别介绍这几个寄存器，首先是键值寄存
器 IWDG_KR，该寄存器的各位描述如图 11.1.1 所示：

在键值寄存器(IWDG_KR)中写入 0xCCCC，开始启用独立看门狗；此时计数器开始从其复位值 0xFFF 递减计数。当计数器计数到末尾 0x000 时，会产生一个复位信号(IWDG_RESET)。
无论何时，只要键寄存器 IWDG_KR 中被写入 0xAAAA， IWDG_RLR 中的值就会被重新加载
到计数器中从而避免产生看门狗复位 。
IWDG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器具有写保护功能。要修改这两个寄存器的值，必须先向IWDG_KR 寄存器中写入 0x5555。将其他值写入这个寄存器将会打乱操作顺序，寄存器将重新被保护。重装载操作(即写入 0xAAAA)也会启动写保护功能。
接下来，我们介绍预分频寄存器（IWDG_PR），该寄存器用来设置看门狗时钟的分频系数，最低为 4，最高位 256，该寄存器是一个 32 位的寄存器，但是我们只用了最低 3 位，其他都是保留位。预分频寄存器各位定义如图 11.1.2 所示：


在介绍完 IWDG_PR 之后，我们介绍一下重装载寄存器。该寄存器用来保存重装载到计数
器中的值。该寄存器也是一个 32 位寄存器，但是只有低 12 位是有效的，该寄存器的各位描述如图 11.1.3 所示：

只要对以上三个寄存器进行相应的设置，我们就可以启动 STM32F4 的独立看门狗，独立看门狗相关的 HAL 库操作函数在文件 stm32f4xx_hal_iwdog.c 和头文件 stm32f4xx_hal_iwdg.h
中。接下来我们讲解一下通过 HAL 库配置独立看门狗的步骤：
1）取消寄存器写保护，设置看门狗预分频系数和重装载值，并启动看门狗
首先我们必须取消 IWDOG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器的写保护，这样才可以设置寄存器IWDG_PR 和 IWDG_RLR 的值。取消写保护和设置预分配系数以及重装载值在 HAL 库中是通过函数 HAL_IWDG_Init 实现的。该函数声明为：
HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Init(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg);
该函数只有一个入口参数 hiwdg，该函数是 IWDG_HandleTypeDef 结构体指针类型。接下来我们看看结构体 IWDG_HandleTypeDef 定义：
typedef struct
{
IWDG_TypeDef
*Instance;
IWDG_InitTypeDef
Init;
}IWDG_HandleTypeDef;
成员变量 Instance 用来设置看门狗寄存器基地址，实际上在 HAL 库中已经通过标识符定义了，这里对于独立看门狗直接设置为标识符 IWDG 即可。
成员变量 Init 是一个 IWDG_InitTypeDef 结构体类型，该结构体只有 2 个成员变量，分别用来设置独立看门狗的预分频系数和重装载值，定义如下：
typedef struct
{
uint32_t Prescaler;
uint32_t Reload;
} IWDG_InitTypeDef;
HAL_IWDG_Init 函数使用的一般方法为：
IWDG_HandleTypeDef IWDG_Handler; //独立看门狗句柄
IWDG_Handler.Instance=IWDG;
//独立看门狗
IWDG_Handler.Init.Prescaler=IWDG_PRESCALER_64;
//设置 IWDG 分频系数
IWDG_Handler.Init.Reload=625;
//重装载值
HAL_IWDG_Init(&IWDG_Handler);
//初始化 IWDG,默认会开启独立看门狗
上面程序的作用是初始化 IWDG，设置分频系数为 64，重装载值为 500。设置完预分频系数和重装载值后，我们就可以知道看门狗的喂狗时间（也就是看门狗溢出时间），该时间的计
算方式为：
Tout=((4×2^prer) ×rlr) /32
其中 Tout 为看门狗溢出时间（单位为 ms）；prer 为看门狗时钟预分频值（IWDG_PR 值），
范围为 0~7；rlr 为看门狗的重装载值（IWDG_RLR 的值）；
比如我们设定 prer 值为 4（4 代表的是 64 分频，HAL 库中可以使用宏定义标识符
IWDG_PRESCALER_64），rlr 值为 500，那么就可以得到 Tout=64×500/32=1000ms，这样，看
门狗的溢出时间就是 1s，只要你在一秒钟之内，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。
内部初始化 IWDG 后，同时会启动看门狗（IWDG_KR 写入 0XCCCC）。
2）重载计数值喂狗（向 IWDG_KR 写入 0XAAAA）
在 HAL 中重载计数值函数是 HAL_IWDG_Refresh，该函数声明为：
HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Refresh(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg)；
该函数有一个入口参数为前面所讲的 IWDG_HandleTypeDef 结构体类型指针，它的作用是
把值 0xAAAA 写入到 IWDG_KR 寄存器，从而触发计数器重载，及实现独立看门狗的喂狗操作。
3）启动看门狗（向 IWDG_KR 写入 0XAAAA）
HAL 库函数里面启动独立看门狗的函数是 HAL_IWDG_Start:
HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Start(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg);
通过上面 3 个步骤，我们就可以启动 STM32F4 的看门狗了，使能了看门狗，在程序里面就必须间隔一定时间喂狗，否则将导致程序复位。利用这一点，我们本章将通过一个 LED 灯来
指示程序是否重启，来验证 STM32F4 的独立看门狗。
在配置看门狗后，DS0 将常亮，如果 KEY_UP 按键按下，就喂狗，只要 KEY_UP 不停的
按，看门狗就一直不会产生复位，保持 DS0 的常亮，一旦超过看门狗定溢出时间（Tout）还没
按，那么将会导致程序重启，这将导致 DS0 熄灭一次。
11.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有：
1） 指示灯 DS0
2） WK_UP 按键
3） 独立看门狗
前面两个在之前都有介绍，而独立看门狗实验的核心是在 STM32F4 内部进行，并不需要外部电路。但是考虑到指示当前状态和喂狗等操作，我们需要 2 个 IO 口，一个用来输入喂狗信号，另外一个用来指示程序是否重启。喂狗我们采用板上的 KEY_UP 键来操作，而程序重启，
则是通过 DS0 来指示的。
11.3 软件设计
我们直接打开光盘的独立看门狗实验工程，可以看到工程里面新增了 iwdg.c，同时引入了头文件 iwdg.h。同样的道理，我们要加入 HAL 库看门狗支持文件 stm32f4xx_hal_iwdg.h 和
stm32f4xx_hal_iwdg.c 文件。
iwdg.c 里面的代码如下：
#include "iwdg.h"
IWDG_HandleTypeDef IWDG_Handler; //独立看门狗句柄
//初始化独立看门狗
//prer:分频数:IWDG_PRESCALER_4~IWDG_PRESCALER_256
//rlr:自动重装载值,0~0XFFF.
//时间计算(大概):Tout=((4*2^prer)*rlr)/32 (ms).
void IWDG_Init(u8 prer,u16 rlr)
{
IWDG_Handler.Instance=IWDG;
IWDG_Handler.Init.Prescaler=prer;
//设置 IWDG 分频系数
IWDG_Handler.Init.Reload=rlr;
//重装载值
HAL_IWDG_Init(&IWDG_Handler); //初始化 IWDG,默认会开启独立看门狗
HAL_IWDG_Start(&IWDG_Handler); //启动独立看门狗
}
//喂独立看门狗
void IWDG_Feed(void)
{
HAL_IWDG_Refresh(&IWDG_Handler); //喂狗
}
该代码就 2 个函数，void IWDG_Init(u8 prer，u16 rlr)是独立看门狗初始化函数，就是按照上面介绍的步骤 1 来初始化独立看门狗的，并且启动。该函数有 2 个参数，分别用来设置与预
分频数与重装寄存器的值的。通过这两个参数，就可以大概知道看门狗复位的时间周期为多少了。其计算方式上面有详细的介绍，这里不再多说了。
void IWDG_Feed(void)函数，该函数用来喂狗，因为 STM32F4 的喂狗只需要向键值寄存器
写入 0XAAAA 即可,也就是调用 IWDG_ReloadCounter()函数，所以，我们这个函数也是简单的
很。
iwdg.h 内容比较简单，主要是一些函数声明，这里我们忽略不讲解。
接下来我们看看主函数 main 的代码。在主程序里面我们先初始化一下系统代码，然后启动
按键输入和看门狗，在看门狗开启后马上点亮 LED0（DS0），并进入死循环等待按键的输入，
一旦 KEY_UP 有按键，则喂狗，否则等待 IWDG 复位的到来。这段代码很容易理解，该部分
代码如下：
int main(void)
{
HAL_Init();
//初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(96,4,2,4); //设置时钟,96Mhz
delay_init(96);
//初始化延时函数
uart_init(115200);
//初始化串口 115200
LED_Init();
//初始化 LED
KEY_Init();
//初始化按键
delay_ms(100);
//延时 100ms 再初始化看门狗,LED0 的变化"可见"
IWDG_Init(IWDG_PRESCALER_64,500); //分频数为 64,重载值为 500,溢出时间为 1s
LED0=0;
while(1)
{
if(KEY_Scan(0)==WKUP_PRES) //如果 WK_UP 按下，喂狗
{
IWDG_Feed();
//喂狗
}
delay_ms(10);
}
}
上面的代码，鉴于篇幅考虑，我们没有把头文件给列出来（后续实例将会采用类同的方
式处理），因为以后我们包含的头文件会越来越多，大家想看，可以直接打开光盘相关源码查
看。至此，独立看门狗的实验代码，我们就全部编写完了，接着要做的就是下载验证了，看看
我们的代码是否真的正确。
11.4 下载验证
在编译成功之后，我们就可以下载代码到 NANO STM32F4 开发板上，实际验证一下，我
们的程序是否正确。下载代码后，可以看到 DS0 不停的闪烁，证明程序在不停的复位，否则只
会 DS0 常亮。这时我们试试不停的按 KEY_UP 按键，可以看到 DS0 就常亮了，不会再闪烁。
说明我们的实验是成功的。
11.5 STM32CubeMX 配置 IWDG
使用 STM32CubeMX 工具配置 IWDG 生成初始化代码的步骤非常简单，我们只需要使能
IWDG，同时配置 IWDG 的预分频系数和自动装载值即可。
首先我们看看使能 IWDG 的方法，在 System Core 界面的一栏选择 IWDG，然后勾选上
Activated 选项即可使能 IWDG。操作方法如下图 11.5.1：

接下来依次点击 Configuration->IWDG，进入 IWDG 参数配置界面。进入配置界面后，我
们依次配置 IWDG 的预分频系数和自动装载值，这两个参数的含义我们在前面已经讲解。
IWDG
Configuration 配置界面如下图 11.5.2 所示：

这里我们配置预分频系数为 64，同时自动装载值为 500 即可。配置完成后生成实验工程。
在生成的工程中，打开 main 文件可以看到生成的函数 MX_IWDG_Init 和看门狗实验工程中的
IWDG_Init 函数内容一致，不同的是 IWDG_Init 函数的这两个参数是通过入口参数传入的。当
然，对于合适启动看门狗以及何时喂狗的操作软件是无法确定的，还需要用户根据自己需求在
合适的程序段中编写这两项操作。