34. IWDG—独立看门狗

本章参考资料:《STM32F4XX-中文参考手册》IWDG章节。

学习本章时,配合《STM32F4XX-中文参考手册》IWDG章节一起阅读,效果会更佳,特别是涉及到寄存器说明的部分。

34.1. IWDG简介

STM32有两个看门狗,一个是独立看门狗另外一个是窗口看门狗,独立看门狗号称宠物狗,窗口看门狗号称警犬,本章我们主要分析独立看门狗的功能框图和它的应用。 独立看门狗用通俗一点的话来解释就是一个12位的递减计数器,当计数器的值从某个值一直减到0的时候,系统就会产生一个复位信号,即IWDG_RESET。 如果在计数没减到0之前,刷新了计数器的值的话,那么就不会产生复位信号,这个动作就是我们经常说的喂狗。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。

34.2. IWDG功能框图剖析

IWDG功能框图

34.2.1. 独立看门狗时钟

独立看门狗的时钟由独立的RC振荡器LSI提供,即使主时钟发生故障它仍然有效,非常独立。LSI的频率一般在30~60KHZ之间, 根据温度和工作场合会有一定的漂移,我们一般取40KHZ,所以独立看门狗的定时时间并不一定非常精确,只适用于对时间精度要求比较低的场合。

34.2.2. 计数器时钟

递减计数器的时钟由LSI经过一个8位的预分频器得到,我们可以操作预分频器寄存器IWDG_PR来设置分频因子, 分频因子可以是:[4,8,16,32,64,128,256,256],计数器时钟CK_CNT= 40/ 4*2^PRV,一个计数器时钟计数器就减一。

34.2.3. 计数器

独立看门狗的计数器是一个12位的递减计数器,最大值为0XFFF,当计数器减到0时,会产生一个复位信号:IWDG_RESET, 让程序重新启动运行,如果在计数器减到0之前刷新了计数器的值的话,就不会产生复位信号,重新刷新计数器值的这个动作我们俗称喂狗。

34.2.4. 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。 超时时间Tout = (4*2^prv) / 40 * rlv (s) ,prv是预分频器寄存器的值,rlv是重装载寄存器的值。

34.2.5. 键寄存器

键寄存器IWDG_KR可以说是独立看门狗的一个控制寄存器,主要有三种控制方式,往这个寄存器写入下面三个不同的值有不同的效果。

键寄存器取值枚举

通过写往键寄存器写0XCCC来启动看门狗是属于软件启动的方式,一旦独立看门狗启动,它就关不掉,只有复位才能关掉。

34.2.6. 状态寄存器

状态寄存器SR只有位0:PVU和位1:RVU有效,这两位只能由硬件操作,软件操作不了。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’指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。

34.3. 怎么用IWDG

独立看门狗一般用来检测和解决由程序引起的故障,比如一个程序正常运行的时间是50ms, 在运行完这个段程序之后紧接着进行喂狗,我们设置独立看门狗的定时溢出时间为60ms,比我们需要监控的程序50ms多一点, 如果超过60ms还没有喂狗,那就说明我们监控的程序出故障了,跑飞了,那么就会产生系统复位,让程序重新运行。

34.4. IWDG超时实验

34.4.1. 硬件设计

  1. IWDG一个

  2. 按键一个

  3. LED一个

IWDG属于单片机内部资源,不需要外部电路,需要一个外部的按键和LED,通过按键来喂狗,喂狗成功LED亮,喂狗失败,程序重启,LED灭一次。

34.4.2. 软件设计

我们编写两个 IWDG驱动文件,bsp_iwdg.h 和 bsp_iwdg.c,用来存放IWDG的初始化配置函数。

34.4.2.1. 代码分析

这里只讲解核心的部分代码,有些变量的设置,头文件的包含等并没有涉及到,完整的代码请参考本章配套的工程。

IWDG配置函数

代码清单:IWDG-1 IWDG配置函数
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void IWDG_Config(uint8_t prv ,uint16_t rlv)
{
    // 使能 预分频寄存器PR和重装载寄存器RLR可写
    IWDG_WriteAccessCmd( IWDG_WriteAccess_Enable );

    // 设置预分频器值
    IWDG_SetPrescaler( prv );

    // 设置重装载寄存器值
    IWDG_SetReload( rlv );

    // 把重装载寄存器的值放到计数器中
    IWDG_ReloadCounter();

    // 使能 IWDG
    IWDG_Enable();
}

IWDG配置函数有两个形参,prv用来设置预分频的值,取值可以是:

代码清单:IWDG-2 形参 prv 取值
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/*
*     @arg IWDG_Prescaler_4:    IWDG prescaler set to 4
*     @arg IWDG_Prescaler_8:    IWDG prescaler set to 8
*     @arg IWDG_Prescaler_16:   IWDG prescaler set to 16
*     @arg IWDG_Prescaler_32:   IWDG prescaler set to 32
*     @arg IWDG_Prescaler_64:   IWDG prescaler set to 64
*     @arg IWDG_Prescaler_128:  IWDG prescaler set to 128
*     @arg IWDG_Prescaler_256:  IWDG prescaler set to 256
*/

这些宏在stm32f4xx_iwdg.h中定义,宏展开是8位的16进制数,具体作用是配置配置预分频寄存器IWDG_PR,获得各种分频系数。 形参rlv用来设置重装载寄存器IWDG_RLR的值,取值范围为0~0XFFF。溢出时间Tout = prv/40 * rlv(s), prv可以是[4,8,16,32,64,128,256]。如果我们需要设置1s的超时溢出,prv可以取IWDG_Prescaler_64,rlv取625, 即调用:IWDG_Config(IWDG_Prescaler_64 ,625)。Tout=64/40*625=1s。

喂狗函数

代码清单:IWDG-3 喂狗函数
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void IWDG_Feed(void)
{
    // 把重装载寄存器的值放到计数器中,喂狗,防止IWDG复位
    // 当计数器的值减到0的时候会产生系统复位
    IWDG_ReloadCounter();
}

喂狗只是一个俗语,它的实际作用就是在递减计数器的值在没有递减到0的时候及时的刷新递减计数器的值, 否则将产生系统复位,让程序重新执行。

主函数

代码清单:IWDG-4 主函数
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int main(void)
{
    /* LED 端口初始化 */
    LED_GPIO_Config();

    Delay(0X8FFFFF);

    /* 检查是否为独立看门狗复位 */
    if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) != RESET)
    {
        /* 独立看门狗复位 */
        /*  亮红灯 */
        LED_RED;

        /* 清除标志 */
        RCC_ClearFlag();

        /*如果一直不喂狗,会一直复位,加上前面的延时,会看到红灯闪烁
        在1s 时间内喂狗的话,则会持续亮绿灯*/
    }
    else
    {
        /*不是独立看门狗复位(可能为上电复位或者手动按键复位之类的) */
        /* 亮蓝灯 */
        LED_BLUE;
    }

    /*初始化按键*/
    Key_GPIO_Config();

    // IWDG 1s 超时溢出
    IWDG_Config(IWDG_Prescaler_64 ,625);


    //while部分是我们在项目中具体需要写的代码,这部分的程序可以用独立看门狗来监控
    //如果我们知道这部分代码的执行时间,比如是500ms,那么我们可以设置独立看门狗的
    //溢出时间是600ms,比500ms多一点,如果要被监控的程序没有跑飞正常执行的话,那么
    //执行完毕之后就会执行喂狗的程序,如果程序跑飞了那程序就会超时,到达不了喂狗的
    //程序,此时就会产生系统复位。但是也不排除程序跑飞了又跑回来了,刚好喂狗了,
    //歪打正着。所以要想更精确的监控程序,可以使用窗口看门狗,窗口看门狗规定必须
    //在规定的窗口时间内喂狗。
    while (1)
    {
        if ( Key_Scan(KEY1_GPIO_PORT,KEY1_PIN) == KEY_ON  )
        {
            // 喂狗,如果不喂狗,系统则会复位,复位后亮红灯,如果在1s
            // 时间内准时喂狗的话,则会亮绿灯
            IWDG_Feed();
            //喂狗后亮绿灯
            LED_GREEN;
        }
    }
}

主函数中我们初始化好LED和按键相关的配置,设置IWDG 1s超时溢出之后,进入while死循环,通过按键来喂狗,如果喂狗成功, 则亮绿灯,如果喂狗失败的话,系统重启,程序重新执行,当执行到RCC_GetFlagStatus函数的时候,则会检测到是IWDG复位, 然后让红等亮。如果喂狗一直失败的话,则会一直产生系统复位,加上前面延时的效果,则会看到红灯一直闪烁。

我们这里是通过按键来模拟一个喂狗程序,真正的项目中则不是这样使用。while部分是我们在项目中具体需要写的代码, 这部分的程序可以用独立看门狗来监控,如果我们知道这部分代码的执行时间,比如是500ms,那么我们可以设置独立看门狗的溢出时间是510ms, 比500ms多一点,如果要被监控的程序没有跑飞正常执行的话,那么执行完毕之后就会执行喂狗的程序,如果程序跑飞了那程序就会超时, 到达不了喂狗的程序,此时就会产生系统复位,但是也不排除程序跑飞了又跑回来了,刚好喂狗了,歪打正着。所以要想更精确的监控程序, 可以使用窗口看门狗,窗口看门狗规定必须在规定的窗口时间内喂狗,早了不行,晚了也不行。

34.4.3. 下载验证

把编译好的程序下载到开发板,在1s的时间内通过按键来不断的喂狗,如果喂狗失败,红灯闪烁。如果一直喂狗成功,则绿灯常亮。