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独立看门狗IWDG结构框图和配置步骤

STM32F1 芯片内部含有两个看门狗外设,一个是独立看门狗 IWDG,另一个是窗口看门狗 WWDG。两个看门狗外设(独立和窗口)均可用于检测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。
(1)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 23.1.1 所示:

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。
(1.1)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。
(1.2)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/ 4*2^PRE,PRE 为预分频系数(0-6),4*2^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。
(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”。
(1.4)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 = (4*2^pre) / 40 * rlr(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。
(1.5)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。
(1.6)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。
(2)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)
(2.1)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。
(2.2)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。
(2.3)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。
(2.4)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。

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