【正点原子STM32连载】 第十八章 独立看门狗(IWDG)实验 摘自【正点原子】STM32F103 战舰开发指南V1.2

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【正点原子STM32连载】 第十八章 独立看门狗(IWDG)实验 摘自【正点原子】STM32F103 战舰开发指南V1.2

2023-06-06 19:13| 来源: 网络整理| 查看: 265

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第十八章 独立看门狗(IWDG)实验

本章我们学习如何使用STM32F1的独立看门狗(以下简称IWDG)。STM32F1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LED0提示复位状态。 本章分为如下几个小节: 18.1 IWDG简介 18.2 硬件设计 18.3 程序设计 18.4 下载验证

18.1 IWDG简介

独立看门狗本质上是一个定时器,这个定时器有一个输出端,可以输出复位信号。该定时器是一个12位的递减计数器,当计数器的值减到0的时候,就会产生一个复位信号。如果在计数没减到0之前,重置计数器的值的话,那么就不会产生复位信号,这个动作我们称为喂狗。看门狗功能由VDD电压域供电,在停止模式和待机模式下仍然可以工作。 18.1.1 IWDG框图 下面先来学习IWDG框图,通过学习IWDG框图会有一个很好的整体掌握,同时对之后的编程也会有一个清晰的思路。 在这里插入图片描述

图18.1.1.1 IWDG框图 从IWDG框图整体认知就是,IWDG有一个输入(时钟LSI),经过一个8位的可编程预分频器提供时钟给一个12位递减计数器,满足条件就会输出一个复位信号。IWDG内部输入/输出信号如下表: 在这里插入图片描述

表18.1.1.1 IWDG内部输入/输出信号 STM32F103的独立看门狗由内部专门的40Khz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40Khz,而是在30~60Khz之间的一个可变化的时钟,只是我们在估算的时候,以40Khz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。 18.1.2 IWDG寄存器 IWDG的框图很简单,用到的寄存器也不多。我们主要用到其中3个寄存器:  键寄存器(IWDG_KR) 键寄存器可以看作是独立看门狗的控制寄存器,其描述如图18.1.2.1所示: 在这里插入图片描述

图18.1.2.1 WDG_KR寄存器 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。  预分频寄存器(IWDG_PR) 预分频寄存器描述如图18.1.2.2所示: 在这里插入图片描述

图18.1.2.2 IWDG_PR寄存器 该寄存器用来设置看门狗时钟(LSI)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。  重载寄存器(IWDG_RLR) 在这里插入图片描述

图18.1.2.3 IWDG_RLR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,只有低12位是有效的。 18.2 硬件设计

例程功能 在配置看门狗后,LED0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LED0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LED0熄灭一次。硬件资源 1)LED灯 LED0 – PB5 2)独立按键 WK_UP - PA0。 3)独立看门狗原理图 独立看门狗实验的核心是在STM32F103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,一个用来触发喂狗信号,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LED0来指示的。 18.3 程序设计 18.3.1 IWDG的HAL库驱动 IWDG在HAL库中的驱动代码在stm32f1xx_hal_iwdg.c文件(及其头文件)中。HAL_IWDG_Init函数 IWDG的初始化函数,其声明如下: HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Init(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg); 函数描述: 用于初始化IWDG。 函数形参: 形参1是IWDG句柄,IWDG_HandleTypeDef结构体类型,其定义如下: typedef struct { IWDG_TypeDef *Instance; /* IWDG寄存器基地址 */ IWDG_InitTypeDef Init; /* IWDG初始化参数 */ } IWDG_HandleTypeDef; 1)Instance:指向IWDG寄存器基地址。 2)Init:IWDG初始化结构体,用于配置计数器的相关参数。 IWDG_InitTypeDef这个结构体类型定义如下: typedef struct { uint32_t Prescaler; /* 预分频系数 */ uint32_t Reload; /* 重装载值 */ } IWDG_InitTypeDef;

1)Prescaler:预分频系数,IWDG_PRESCALER_4到IWDG_PRESCALER_256。 2)Reload:重装载值,范围:0到0x0FFF。 3)Window:窗口值。 函数返回值: HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。 2. HAL_IWDG_Refresh函数 HAL_IWDG_Refresh函数是独立看门狗的喂狗函数。其声明如下: HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Refresh(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg); 函数描述: 用于把重装载寄存器的值重载到计数器中,喂狗,防止IWDG复位。 函数形参: 形参1是IWDG_HandleTypeDef结构体指针类型的IWDG句柄。 函数返回值: HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。 独立看门狗配置步骤 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。 通过该函数设置看门狗的分频系数,和重装载的值。看门狗的喂狗时间(也就是看门狗溢出时间)的计算方式为: Tout=((4×2^prer) ×rlr) /40 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),定时值为Tout=1秒,那么就可以得到Tout=64×rlr/40Khz=1s,这样,得到看门狗的溢出时间要为1s需要设置rlr为625,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) 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); 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,在内部已经调用了该宏启动看门狗。 18.3.2 程序流程图 下面看看本实验的程序流程图: 在这里插入图片描述

图18.3.2.1 独立看门狗实验程序流程图 18.3.3 程序解析

IWDG驱动代码 这里我们只讲解核心代码,详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。独立看门狗(IWDG)驱动源码包括两个文件:wdg.c和wdg.h。 wdg.h头文件只有函数的声明,就不解释了。下面我们直接解析wdg.c的程序,先看IWDG的初始化函数,其定义如下: /** * @brief 初始化独立看门狗 * @param prer: IWDG_PRESCALER_4~IWDG_PRESCALER_256,对应4~256分频 * @arg 分频因子 = 4 * 2^prer. 但最大值只能是256! * @param rlr: 自动重装载值,0~0XFFF. * @note 时间计算(大概):Tout=((4 * 2^prer) * rlr) / 40 (ms). * @retval 无 */ void iwdg_init(uint8_t prer, uint16_t rlr) { g_iwdg_handle.Instance = IWDG1; g_iwdg_handle.Init.Prescaler = prer; /* 设置IWDG分频系数 */ g_iwdg_handle.Init.Reload = rlr; /* 重装载值 */ g_iwdg_handle.Init.Window = IWDG_WINDOW_DISABLE; /* 关闭窗口功能 */ HAL_IWDG_Init(&g_iwdg_handle); }

IWDG_Init是独立看门狗初始化函数,主要设置预分频数和重装载寄存器的值。通过这两个寄存器,就可以大概知道看门狗复位的时间周期为多少了。

/** * @brief 喂独立看门狗 * @param 无 * @retval 无 */ void iwdg_feed(void) { HAL_IWDG_Refresh(&g_iwdg_handle); /* 重装载计数器 */ }

iwdg_feed函数用来喂狗,在该函数内部只需调用HLA库函数HAL_IWDG_Refresh。 2. main.c代码 在main.c里面编写如下代码:

int main(void) { HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */ sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */ delay_init(72); /* 延时初始化 */ usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */ 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_64,625); /* 预分频数64,重载值为625,溢出时间约为1s */ LED0(0); /* 点亮LED0(红灯) */ while (1) { if (key_scan(1) == WKUP_PRES) /* 如果WK_UP按下,则喂狗 */ { iwdg_feed(); /* 喂狗 */ } delay_ms(10); } }

在main函数里,先初始化系统和用户的外设代码,然后先点亮LED0,在无限循环里开始获取按键的键值,并判断是不是按键WK_UP按下,是的话就喂狗,不是则延时10ms,继续上述操作。当1秒钟后都没测到按键WK_UP按下,IWDG就会产生一次复位信号,系统复位,可以看到LED0因系统复位熄灭一次,再亮。反之,当按下按键WK_UP后,1秒内再按下按键WK_UP,就会及时喂狗,结果就是系统不会复位,LED0也就不会闪烁。 iwdg_init(IWDG_PRESCALER_64, 625);这个语句有必要跟大家说明一下,这里的第一个形参直接使用HAL库自定义的IWDG_PRESCALER_64,即预分频系数为64,重装载值是625,所以可由公式得到Tout=64×625/40=1000ms,即溢出时间就是1s。只要你在一秒钟之内,有一次写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。 18.4 下载验证 下载代码后,可以看到LED0不停的闪烁,证明系统在不停的复位,否则LED0常亮。这时我们试试不停的按KEY_UP按键,可以看到LED0就常亮了,不会再闪烁。说明我们的实验设计成功了。



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