34. IWDG—独立看门狗

本章参考资料：《STM32H750用户手册》、《STM32H750xB规格书》、库帮助文档《STM32H753xx_User_Manual.chm》。

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0XCCCC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
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
void IWDG_Config(uint8_t prv ,uint16_t rlv)
{
    IWDG_Handle.Instance = IWDG;
    // 设置预分频器值
    IWDG_Handle.Init.Prescaler = prv;
    // 设置重装载寄存器值
    IWDG_Handle.Init.Reload = rlv;
    // 设置要与向下计数器进行比较的窗口值
    IWDG_Handle.Init.Window = IWDG_WINDOW_DISABLE;
    // 初始化IWDG
    HAL_IWDG_Init(&IWDG_Handle);
    // 启动 IWDG
    __HAL_IWDG_START(&IWDG_Handle);
}

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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
/*
*     @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
1
2
3
4
5
6
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
    HAL_IWDG_Refresh(&IWDG_Handle);
}

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
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
int main(void)
{
    /* 系统时钟初始化成480 MHz */
    SystemClock_Config();
    /* LED 端口初始化 */
    LED_GPIO_Config();

    HAL_Delay(1000);
    /* 检查是否为独立看门狗复位 */
    if (__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_IWDGRST) != RESET) {
        /* 独立看门狗复位 */
        /*  亮红灯 */
        LED_RED;

        /* 清除标志 */
        __HAL_RCC_CLEAR_RESET_FLAGS();

        /*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系统时钟、LED和按键相关的配置，设置IWDG 1s 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__HAL_RCC_GET_FLAG函数的时候，则会检测到是IWDG复位，然后让红灯亮。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。