第34章 IWDG—独立看门狗—零死角玩转STM32-F429系列
第34章 IWDG—独立看门狗
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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
图 341 IWDG功能框图
1. 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一定非常精确，只适用于对时间精度
要求比较低的场合。
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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
表格 341 键寄存器取值枚举
|
键值 |
键值作用 |
|
0XAAAA |
把RLR的值重装载到CNT |
|
0X5555 |
PR和RLR这两个寄存器可写 |
|
0XCCCC |
启动IWDG |
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。
6. 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。
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 341 IWDG配置函数
1 void IWDG_Config(uint8_t prv ,uint16_t rlv)
2 {
3
// 使能预分频寄存器PR和重装载寄存器RLR可写
4 IWDG_WriteAccessCmd( IWDG_WriteAccess_Enable );
5
6
// 设置预分频器值
7 IWDG_SetPrescaler( prv );
8
9
// 设置重装载寄存器值
10 IWDG_SetReload( rlv );
11
12
// 把重装载寄存器的值放到计数器中
13 IWDG_ReloadCounter();
14
15
// 使能 IWDG
16 IWDG_Enable();
17 }
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 342 形参 prv 取值
1 /*
2 * @arg IWDG_Prescaler_4: IWDG prescaler set to 4
3 * @arg IWDG_Prescaler_8: IWDG prescaler set to 8
4 * @arg IWDG_Prescaler_16: IWDG prescaler set to 16
5 * @arg IWDG_Prescaler_32: IWDG prescaler set to 32
6 * @arg IWDG_Prescaler_64: IWDG prescaler set to 64
7 * @arg IWDG_Prescaler_128: IWDG prescaler set to 128
8 * @arg IWDG_Prescaler_256: IWDG prescaler set to 256
9 */
这些宏在stm32f10x_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 343 喂狗函数
1 void IWDG_Feed(void)
2 {
3
// 把重装载寄存器的值放到计数器中，喂狗，防止IWDG复位
4
// 当计数器的值减到0的时候会产生系统复位
5 IWDG_ReloadCounter();
6 }
主函数
代码 344 主函数
1 int main(void)
2 {
3 /* LED 端口初始化 */
4 LED_GPIO_Config();
5
6 Delay(0X8FFFFF);
7
8 /* 检查是否为独立看门狗复位 */
9 if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) != RESET)
10 {
11 /* 独立看门狗复位 */
12 /* 亮红灯 */
13 LED_RED;
14
15 /* 清除标志 */
16 RCC_ClearFlag();
17
18 /*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
19 在1s 时间内喂狗的话，则会持续亮绿灯*/
20 }
21 else
22 {
23 /*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) */
24 /* 亮蓝灯 */
25 LED_BLUE;
26 }
27
28 /*初始化按键*/
29 Key_GPIO_Config();
30
31 // IWDG 1s 超时溢出
32 IWDG_Config(IWDG_Prescaler_64 ,625);
33
34
35 //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
36 //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
37 //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
38 //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
39 //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，
40 //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
41 //在规定的窗口时间内喂狗。
42 while (1)
43 {
44 if ( Key_Scan(KEY1_GPIO_PORT,KEY1_PIN) == KEY_ON )
45 {
46 // 喂狗，如果不喂狗，系统则会复位，复位后亮红灯，如果在1s
47 // 时间内准时喂狗的话，则会亮绿灯
48 IWDG_Feed();
49 //喂狗后亮绿灯
50 LED_GREEN;
51 }
52 }
53 }
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。
