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1)实验平台:alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2)摘自《STM32F7 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 第十章 独立看门狗(IWDG)实验 这一章,我们将向大家介绍如何使用 STM32F7 的独立看门狗(以下简称 IWDG)。STM32F7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: 10.1 STM32F7 独立看门狗简介 10.2 硬件设计 10.3 软件设计 10.4 下载验证 10.5 STM32CubeMX 配置 IWDG 10.1 STM32F7 独立看门狗简介 STM32F767 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 17~47Khz 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 10.1.1 所示: 图 10.1.1 IWDG_KR 寄存器各位描述 在键寄存器(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 10.1.2 所示: 图 10.1.2 IWDG_ PR 寄存器各位描述 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 10.1.3 所示: 图 10.1.3 重装载寄存器各位描述 只要对以上三个寄存器进行相应的设置,我们就可以启动 STM32F7 的独立看门狗。 这里我们还要特别说明一下,STM32F7 的独立看门狗还可以当做窗口看门狗使用,这是 通过配置窗口寄存器 IWDG_WINR 来实现的。当我们没有设置 IWDG_WINR 寄存器的时候, 独立看门狗就是我们前面讲解的工作过程,窗口计数器从其复位值 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),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。 如果我们设置了 IWDG_WINR 寄存器的值(不等于 0xFFF),那么当计数器值大于窗口值 (IWDG_WINR)的值的时候如果执行重装操作,则会产生复位。所以我们必须在计数器的值 在 IWDG_WINR 和 0 之间的时候执行重载,也就形成了一个窗口的概念。本实验我们将不设 置 IWDG_WINR 寄存器的值,也就是不开启窗口功能。 独 立 看 门 狗 相 关 的 HAL 库 操 作 函 数 在 文 件 stm32f7xx_hal_iwdg.c 和 头 文 件 stm32f7xx_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 首先我们必须取消 IWDG_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频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,该参数是 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 3 个成员变量,分别用 来设置独立看门狗的预分频系数,重装载值以及窗口值,定义如下: typedef struct { uint32_t Prescaler; //预分频系数 uint32_t Reload; //重装载值 uint32_t Window; //窗口值 }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=500; //重装载值 IWDG_Handler.Init.Window=IWDG_WINDOW_DISABLE;//关闭窗口功能 HAL_IWDG_Init(&IWDG_Handler); 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,同时关闭窗口功 能。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 32Khz,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。 2)重载计数值喂狗(向 IWDG_KR 写入 0XAAAA) 在 HAL 中重载计数值的函数是 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讲解的 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,即实现独立看门狗的喂狗操作。 3) 启动看门狗(向 IWDG_KR 写入 0XCCCC) HAL 库函数里面启动独立看门狗是通过宏定义标识符来实现的: #define __HAL_IWDG_START(__HANDLE__) WRITE_REG((__HANDLE__)->Instance->KR, IWDG_KEY_ENABLE); 所以我们只需要调用宏定义标识符__HAL_IWDG_START 即可实现看门狗使能。实际上, 当我们调用了看门狗初始化函数 HAL_IWDG_Init 之后,在内部会调用该标识符来实现看门狗 启动。 通过上面 3 个步骤,我们就可以启动 STM32F7 的独立看门狗了,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 STM32F7 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。 10.2 硬件设计 本实验用到的硬件资源有: 1) 指示灯 DS0 2) KEY_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 STM32F767 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。 10.3 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文件 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 stm32f7xx_hal_iwdg.h 和 stm32f7xx_hal_iwdg.c 文件。 iwdg.c 代码如下: #include "iwdg.h" #include "sys.h" IWDG_HandleTypeDef IWDG_Handler; //独立看门狗句柄 //初始化独立看门狗 //prer:分频数:0~7(只有低 3 位有效!) //rlr:自动重装载值,0~0XFFF. //分频因子=4*2^prer.但最大值只能是 256! //rlr:重装载寄存器值:低 11 位有效. //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 IWDG_Handler.Init.Window=IWDG_WINDOW_DISABLE;//关闭窗口功能 HAL_IWDG_Init(&IWDG_Handler); } //喂独立看门狗 void IWDG_Feed(void) { HAL_IWDG_Refresh(&IWDG_Handler); //重装载 } 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。该函数有 2 个参数,分别用来设置预分频数与重装载 寄存器的值。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 STM32 的喂狗只需要向关键字寄存器 写入 0XAAAA 即可,也就是调用库函数 HAL_IWDG_Refresh,所以这个函数也是很简单的。 iwdg.h 内容比较简单,主要是一些函数申明,这里我们忽略不讲解。 接下来我们看看主函数,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。该部分代码如下: int main(void) { Cache_Enable(); //打开 L1-Cache HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz delay_init(216); //延时初始化 uart_init(115200); //串口初始化 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); //先点亮红灯 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。 10.4 下载验证 在编译成功之后,我们就可以下载代码到阿波罗 STM32 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。 10.5 STM32CubeMX 配置 IWDG 使用 STM3CubeMX 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 Pinout 界面的 Peripherals 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 10.5.1: 图 10.5.1 IWDG 配置选项 接下来依次点击 Configuration->IWDG,进入 IWDG 参数配置界面。进入界面后,我们 依次配置IWDG的预分频系数,窗口值和自动装载值,这三个参数的含义我们在前面已经讲解。 IWDG Configuration 配置界面如下图 10.5.2 所示: 图 10.5.2 IWDG 参数配置界面 这里我们配置预分频系数为 64,同时自动装载值为 500 即可,窗口值配置为缺省的最大值 0xfff 也就是默认关闭窗口功能。配置完成后生成实验工程。在生成的工程中,打开 main.c 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 函数内容一样,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,对于何时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。 |
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