31. 独立看门狗

一、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。

二、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（iwdg1_out_rst）。IWDG 内部输入/输出信号如下表：

  STM32F407 的独立看门狗由内部专门的 32Khz 低速时钟（lsi_ck）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 32Khz，而是在 17 ~ 47Khz 之间的一个可变化的时钟，只是我们在估算的时候，以 32Khz 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。

三、IWDG溢出时间计算

  看门狗的喂狗时间（也就是看门狗溢出时间）的计算方式为：

\[T_{out} = \frac{psc * rlr}{f_{IWDG}} = \frac{4 * 2^{prer} * rlr}{f_{IWDG}} \]

  其中 \(T_{out}\) 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），rlr 值为 500，那么就可以得到 \(T_{out} = \frac{64×500}{32} = 1000ms，\)这样，看门狗的溢出时间就是 1s，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 32Khz，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。

四、IWDG常用寄存器

4.1、关键字寄存器

  关键字寄存器可以看作是独立看门狗的控制寄存器。在关键字寄存器（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，只要关键字寄存器 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。

4.2、预分频寄存器

  该寄存器用来设置看门狗时钟（LSI）的分频系数，最低为 4，最高为 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。

4.3、重载寄存器

  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。

4.4、状态寄存器

五、IWDG配置步骤

5.1、配置IWDG工作参数

  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。

HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Init(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg);

  形参 hiwdg 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;

  Instance：指向 IWDG 寄存器基地址，可选值如下：

#define IWDG                ((IWDG_TypeDef *) IWDG_BASE)

  Init：IWDG 初始化结构体，用于配置计数器的相关参数。

typedef struct
{
    uint32_t Prescaler;     // 预分频系数
    uint32_t Reload;        // 重装载值
} IWDG_InitTypeDef;

  Prescaler：预分频系数，可选值如下：

#define IWDG_PRESCALER_4                0x00000000u                                     /*!< IWDG prescaler set to 4   */
#define IWDG_PRESCALER_8                IWDG_PR_PR_0                                    /*!< IWDG prescaler set to 8   */
#define IWDG_PRESCALER_16               IWDG_PR_PR_1                                    /*!< IWDG prescaler set to 16  */
#define IWDG_PRESCALER_32               (IWDG_PR_PR_1 | IWDG_PR_PR_0)                   /*!< IWDG prescaler set to 32  */
#define IWDG_PRESCALER_64               IWDG_PR_PR_2                                    /*!< IWDG prescaler set to 64  */
#define IWDG_PRESCALER_128              (IWDG_PR_PR_2 | IWDG_PR_PR_0)                   /*!< IWDG prescaler set to 128 */
#define IWDG_PRESCALER_256              (IWDG_PR_PR_2 | IWDG_PR_PR_1)                   /*!< IWDG prescaler set to 256 */

  Reload：重装载值，范围：0 到 0x0FFF。

  该函数的返回值是 HAL_StatusTypeDef 枚举类型的值，有 4 个，分别是 HAL_OK 表示 成功，HAL_ERROR 表示 错误，HAL_BUSY 表示 忙碌，HAL_TIMEOUT 表示 超时。

typedef enum 
{
    HAL_OK = 0x00U,             // 成功
    HAL_ERROR = 0x01U,          // 错误
    HAL_BUSY = 0x02U,           // 忙碌
    HAL_TIMEOUT = 0x03U         // 超时
} HAL_StatusTypeDef;

5.2、启动IWDG

  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(__HANDLE) 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。

5.3、喂狗

  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。

HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Refresh(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg);

  形参 hiwdg 是 IWDG 句柄，IWDG_HandleTypeDef 结构体类型。

  该函数的返回值是 HAL_StatusTypeDef 枚举类型的值，有 4 个，分别是 HAL_OK 表示 成功，HAL_ERROR 表示 错误，HAL_BUSY 表示 忙碌，HAL_TIMEOUT 表示 超时。

六、程序源码

  IWDG 初始化函数：

IWDG_HandleTypeDef g_iwdg_handle;                                               // 独立看门狗句柄

/**
 * @brief IWDG初始化函数
 * 
 * @param prescaler 预分频值
 * @param reload 重载值
 */
void IWDG_Init(uint8_t prescaler, uint16_t reload)
{
    g_iwdg_handle.Instance = IWDG;                                              // IWDG寄存器基地址
    g_iwdg_handle.Init.Prescaler = prescaler;                                   // 预分频值
    g_iwdg_handle.Init.Reload = reload;                                         // 重载值
    HAL_IWDG_Init(&g_iwdg_handle);
}

  main() 函数：

int main(void)
{
    HAL_Init();
    System_Clock_Init(8, 336, 2, 7);
    Delay_Init(168);

    UART_Init(&g_usart1_handle, USART1, 115200);
    Key_Init();

    printf("你还没有喂狗，请及时喂狗！\r\n");

    IWDG_Init(IWDG_PRESCALER_32, 1000);

    while (1)
    {
        if (Key_Scan(0) == WKUP_PRESS)
        {
            HAL_IWDG_Refresh(&g_iwdg_handle);                                   // 喂狗
            printf("你已经进行喂狗了！\r\n");
        }
        HAL_Delay(10); 
    }
  
    return 0;
}

  在 main() 函数里，先初始化系统和用户的外设代码，然后先点亮 LED，在无限循环里开始获取并判断触摸按键是否按下，如果按下的话就喂狗，不是则延时 10ms，继续上述操作。当 1 秒钟后都没测到触摸按键按下，IWDG 就会产生一次复位信号，系统复位，可以看到 LED 因系统复位熄灭一次，再亮。反之，当按下触摸按键后，1 秒内再按下触摸按键，就会及时喂狗，结果就是系统不会复位，LED 也就不会闪烁。

IWDG_Init(IWDG_PRESCALER_32, 1000);

  这个语句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 500，所以可由公式得到 \(T_{out} = \frac{pser * rlr}{f_{IWDG}} = \frac{64 × 500}{32} = 1000ms\)，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 32Khz，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。