正点原子STM32F4/F7水星 开发板资料连载第十一章 独立看门狗实验

1）实验平台：正点原子水星 STM32F4/F7 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 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：
11.1 STM32F7 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 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 11.1.1 所示：


图 11.1.1 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 11.1.2 所示：


图 11.1.2 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 11.1.3 所示：


图 11.1.3 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。
11.2 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。
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。
11.4 下载验证
在编译成功之后，我们就可以下载代码到水星 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。
11.5 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 11.5.1：


图 11.5.1 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 11.5.2 所示：


图 11.5.2 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。