如何去实现一种基于STM32 NANO看门狗的监视复位功能

　　【嵌入式系统】独立看门狗原理+看门狗实验分析
　　1、看门狗模块概述
　　在由单片机构成的微机系统中，由于单片机工作常常会受到来自外界电磁场干扰导致程序跑飞，陷入死循环——即程序正常运行被打断，系统无法继续工作。这种情况下会造成系统陷入停滞状态，发生不可预料的后果。因此出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的模块或芯片，称为看门狗。STM32F10xxx内置两个看门狗：独立看门狗（IWDG， Independent WatchDoG）和窗口看门狗（WWDG， Windows WatchDoG），提供了更高的安全性、时间的精确性和使用的灵活性。
　　
　　图1 STM32基本看门狗类型 WWDG和IWDG原理有所区别，本篇文章仅对IWDG作分析
　　2、IWDG原理
　　
　　图2 IWDG结构框图 IWDG由独立时钟LSI驱动且处于VDD供电区，因此可在睡眠、停机、待机模式下运行。当IWDG_KR写入0xCCCC时IWDG递减计数器启动，从0xFFFF开始减计数，当计数器计数为0时系统就进行复位。在正常工作状态下，每隔一段时间会向IWDG_KR写入0xAAAA，即将一个寄存在IWDG_RLR的12bits数值装载到IWDG计数器中——可见正常工作下IWDG永远不会触发系统复位；当系统跑飞时将无法正常喂狗，从而一段时间后产生系统复位，维护系统运行稳定。
　　看门狗溢出时间如下，当计数器第一次重装载后，超过 T o u t T_{out} Tout不重装载将产生系统复位。在战舰版中，LSI如图2为40kHz，因此令 f L S I f_{LSI} fLSI=40即可
　　T o u t = （ 4 × 2 P r e ） × R L R f L S I T_{out}=frac{（4×2^{Pre}）×RLR}{f_{LSI}} Tout=fLSI（4×2Pre）×RLR
　　
　　图3 IWDG主要寄存器
　　3、IWDG实验分析
　　本实验基于STM32NANO（HAL库），结合KEY、LED与IWDG观察看门狗的监视复位功能。
　　int main（void）
　　{
　　HAL_Init（）; //初始化HAL库
　　Stm32_Clock_Init（RCC_PLL_MUL9）; //设置时钟，72M
　　delay_init（72）; //初始化延时函数
　　uart_init（115200）; //初始化串口
　　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
　　IWDG_Init（IWDG_PRESCALER_64，625）; //分频数为64，重载值为625
　　LED0=0;
　　while（1）
　　{
　　if（KEY_Scan（1）==WKUP_PRES） //如果WK_UP按下，喂狗
　　{
　　IWDG_Feed（）; //喂狗
　　}
　　delay_ms（10）;
　　}
　　}
　　IWDG_Init（IWDG_PRESCALER_64，625）设置了溢出时间为：
　　T o u t = 64 × 625 40 m s = 1 s T_{out}=frac{64×625}{40}ms=1s Tout=4064×625ms=1s
　　即超过1s没有喂狗，系统将执行复位。
　　LED0=0使用位带操作进行点灯，位带操作点灯的原理可以参考：位带操作原理+LED实验分析while（1）循环内将喂狗函数和WK_UP按键绑定，即按下WK_UP就执行了重装载操作（KEY_Scan（1）即选用支持连按）。IWDG初始化前的延时delay_ms（100）是为了使LED0的闪烁可见：如图4所示，若没有delay（），两次点灯时间间隔很短，无法观察到因为复位导致的LED0灭灯现象。
　　
　　图4 下面讲解封装过的独立看门狗初始化函数void IWDG_Init（u8，u16）原理：
　　IWDG_HandleTypeDef IWDG_Handler; //独立看门狗句柄
　　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
　　}
　　首先在IWDG头文件中定义了全局的IWDG句柄，句柄定义如下，包含的是IWDG寄存器组基址以及预分频系数、重装载值等资源信息。
　　typedef struct
　　{
　　IWDG_TypeDef *Instance; /*！《 Register base address */
　　IWDG_InitTypeDef Init; /*！《 IWDG required parameters */
　　}IWDG_HandleTypeDef;
　　接下来在函数中对这个全局句柄进行初始化，将输入参数Prep、Rlr以及IWDG基址赋给IWDG_Handle，之后使用此句柄进行实质性的IWDG初始化和启动。下面给出了IWDG的初始化封装HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Init（IWDG_HandleTypeDef *）中
　　与IWDG配置有关的代码
　　HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Init（IWDG_HandleTypeDef *hiwdg）
　　{
　　……
　　/* Enable IWDG. LSI is turned on automaticaly */
　　__HAL_IWDG_START（hiwdg）;
　　/* Enable write access to IWDG_PR and IWDG_RLR registers by writing 0x5555 in KR */
　　IWDG_ENABLE_WRITE_ACCESS（hiwdg）;
　　/* Write to IWDG registers the Prescaler & Reload values to work with */
　　hiwdg-》Instance-》PR = hiwdg-》Init.Prescaler;
　　hiwdg-》Instance-》RLR = hiwdg-》Init.Reload;
　　/* Reload IWDG counter with value defined in the reload register */
　　__HAL_IWDG_RELOAD_COUNTER（hiwdg）;
　　/* Return function status */
　　return HAL_OK;
　　}
　　大多数配置都是通过宏定义函数进行的，例如
　　#define WRITE_REG（REG， VAL） （（REG） = （VAL））
　　#define IWDG_ENABLE_WRITE_ACCESS（__HANDLE__）
　　WRITE_REG（（__HANDLE__）-》Instance-》KR， IWDG_KEY_WRITE_ACCESS_ENABLE）
　　其中IWDG_KEY_WRITE_ACCESS_ENABLE就是0x5555，即往KR写入0x5555，参照图3知此时取消了RLR与PR的写保护，可以向其中写入预分频因子和重装载值了。
　　将IWDG初始化并启动后，若不进行喂狗系统将在溢出时间到达后自动复位。IWDG_Feed（）是对宏定义函数__HAL_IWDG_RELOAD_COUNTER（hiwdg）的封装，即往KR中写入0xAAAA对计数器进行重装载。