STM32看门狗实验

独立看门狗实验

在由单片机构成的微型计算机系统中,由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰,造成程序的跑飞,而陷入死循环,程序的正常运行被打断,由单片机控制的系统无法继续工作,会造成整个系统的陷入停滞状态,发生不可预料的后果,所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑,便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片,俗称"看门狗"。

建议：看门狗是定时器的一种，学习看门狗对于理解定时器有着借鉴作用

实验目的：

1.分析和学习固件库

2.理解固件库的结构

3.通过stm32f10x_iwdg.c/.h文件，熟悉IWDG（独立看门狗）的控制和工作原理

4.复习按键中断的使用方法

实验要求：

1.使用LED灯LED1来指示程序是否重启（IWDG）

2.使用按键WAKEUP来不断地喂狗，并用LED4灯指示

硬件分析：

看门狗原理：

看门狗又叫watchdogtimer(WDT)，是一个定时器电路。

一个输入端：叫喂狗引脚；

一个输出端：连接到MCU的RESET引脚；

在系统运行以后，启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数；MCU正常工作时，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，将WDT清零；一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后，而进入死循环状态时，在超过规定的时间内“喂狗”程序不能被执行，看门狗计数器就会溢出，从而引起看门狗中断，就会输出一个复位信号到MCU，造成系统复位。

在使用看门狗时，要注意适时喂狗。

STM32看门狗简介：

启动方式：

通过选项字设定：硬件或软件启动；

基本特色：

自由运行的递减计数器；

内部独立的低功耗时钟LSI提供时钟，即使主时钟失效，看门狗仍处于激活状态；

一旦启动独立看门狗，就不能停止(LSI也不能被禁止)；

看门狗被激活后，则在计数器计数至0x000时产生复位；在电源稳定期间，即使系统进入STOP和STANDBY模式，独立看门狗复位能将系统从STANDBY模式唤醒。

最适合应用于要求看门狗运行时，完全独立与主应用之外的项目

硬件电路分析：

这里的核心是在STM32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，一个用来输入喂狗信号，另外一个用来指示程序是否重启。喂狗我们采用板上的WAKEUP键来操作，而程序重启，则是通过LED4来指示的。LED4和WAKEUP

的连接在前面跑马灯实验已经介绍了，这里我们不再多说

STM32的独立看门狗由内部专门的40Khz低速时钟驱动，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并不是准确的40Khz，而是在30~60Khz之间变化的一个时钟，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。

通过对LSI进行校准可获得相对精确的看门狗超时时间。有关LSI校准的问题，详见数据手册LSI时钟一节。IWDG的功能框图如上所示。

可以看出，IWDG主要由4个寄存器控制。

Prescalerregister：预分频寄存器

Statusregister：状态寄存器

Reloadregister：重装载寄存器

KeyRegister：键值寄存器

IWDG的工作流程如下：

40KHz的LSI时钟信号发送至8位预分频器进行分频，分频后的时钟信号发送至12位的递减计数器，重装载寄存器把12位的重装载数值发送至递减计数器，如果12位的递减计数器没有得到12位的重装载数值，当计数减至0x000时IWDG则复位

具体的寄存器的使用和特点见下。

IWDG寄存器介绍：

IWDG寄存器结构，IWDG_TypeDeff，在文件“stm32f10x_map.h”中定义如下：

typedefstruct

{

vu32KR;//KeyRegister键值寄存器

vu32PR;//Prescalerregister预分频寄存器

vu32RLR;//Reloadregiste重装载寄存器

vu32SR;//Statusregister状态寄存器

}IWDG_TypeDef;

IWDG外设声明于文件“stm32f10x_map.h”：

#definePERIPH_BASE((u32)0x40000000)

#defineAPB1PERIPH_BASEPERIPH_BASE

#defineAPB2PERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0x10000)

#defineAHBPERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0x20000)

#defineIWDG_BASE(APB1PERIPH_BASE+0x3000)

#ifndefDEBUG

...

#ifdef_IWDG

#defineIWDG((IWDG_TypeDef*)IWDG_BASE)

#endif/*_IWDG*/

...

#else/*DEBUG*/

...

#ifdef_IWDG

EXTIWDG_TypeDef*IWDG;

#endif/*_IWDG*/

...

#endif

”中定义如下：为了访问IWDG寄存器，_IWDG必须在文件“stm32f10x_conf.hstm32f10x_conf.h”

#define_IWDG

键寄存器(IWDG_KR)键寄存器(IWDG_KR)

位31:16保留，始终读为0。

位15:0KEY[15:0]:键值(只写寄存器，读出值为0x0000)(Keyvalue)

软件必须以一定的间隔写入0xAAAA，否则，当计数器为0时，看门狗会产生复位。

写入0x5555表示允许访问IWDG_PR和IWDG_RLR寄存器。

写入0xCCCC，启动看门狗工作(若选择了硬件看门狗则不受此命令字限制)。

在WDG_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。以不同的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。对于寄存器的典型值，在stm32f10x.h中有如下定义

#defineIWDG_WriteAccess_Enable((uint16_t)0x5555)

#defineIWDG_WriteAccess_Disable((uint16_t)0x0000)

(IWDG_PR)预分频寄存器预分频寄存器(IWDG_PR)

预分频寄存器（IWDG_PR），该寄存器用来设置看门狗时钟的分频系数，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。预分频寄存器各位定义如下：

位31:3保留，始终读为0。

位2:0PR[2:0]:预分频因子(Prescalerdivider)这些位具有写保护设置.

通过设置这些位来选择计数器时钟的预分频因子。要改变预分频因子，IWDG_SR寄存器的PVU位必须为0。000:预分频因子=4

001:预分频因子=8

010:预分频因子=16

011:预分频因子=32

100:预分频因子=64

101:预分频因子=128

110:预分频因子=256

111:预分频因子=256

注意：对此寄存器进行读操作，将从VDD电压域返回预分频值。如果写操作正在进行，则读回的值可能是无效的。因此，只有当IWDG_SR寄存器的PVU位为0时，读出的值才有效。

预分频值的设定，在stm32f10x.h中有如下定义

#defineIWDG_Prescaler_4((uint8_t)0x00)

#defineIWDG_Prescaler_8((uint8_t)0x01)

#defineIWDG_Prescaler_16((uint8_t)0x02)

#defineIWDG_Prescaler_32((uint8_t)0x03)

#defineIWDG_Prescaler_64((uint8_t)0x04)

#defineIWDG_Prescaler_128((uint8_t)0x05)

#defineIWDG_Prescaler_256((uint8_t)0x06)

(IWDG_RLR)重装载寄存器重装载寄存器(IWDG_RLR)

在介绍完IWDG_PR之后，我们介绍一下重装载寄存器。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，但是只有低12

位是有效的，该寄存器的各位描述如下：

位31:12保留，始终读为0。

位11:0RL[11:0]:

看门狗计数器重装载值(Watchdogcounterreloadvalue)这些位具有写保护功能。

用于定义看门狗计数器的重装载值，每当向IWDG_KR寄存器写入0xAAAA时，重装载值会被传送到计数器中。随后计数器从这个值开始递减计数。看门狗超时周期可通过此重装载值和时钟预分频值来计算。只有当IWDG_SR寄存器中的RVU位为0时，才能对此寄存器进行修改。

注：对此寄存器进行读操作，将从VDD电压域返回预分频值。如果写操作正在进行，则读回的值可能是无效的。因此，只有当IWDG_SR寄存器的RVU位为0时，读出的值才有效。

(IWDG_SR)状态寄存器状态寄存器(IWDG_SR)

位31:2保留。

位1RVU:

看门狗计数器重装载值更新(Watchdogcounterreloadvalueupdate)此位由硬件置’1’用来指示重装载值的更新正在进行中。当在VDD域中的重装载更新结束后，此位由硬件清’0’(最多需5个40kHz的RC周期)。重装载值只有在RVU位被清’0’后才可更新。

位0PVU:

看门狗预分频值更新(Watchdogprescalervalueupdate)此位由硬件置’1’用来指示预分频值的更新正在进行中。当在VDD域中的预分频值更新结束后，此位由硬件清’0’(最多需5个40kHz的RC周期)。预分频值只有在PVU位被清’0’后才可更新。

IWDG寄存器映像

IWDG

寄存器映像和复位值

有关寄存器的起始地址，参见数据手册.

程序分析：

固件库库函数分析：

IWDG

的库函数如下所示：

函数IWDG_WriteAccessCmd

IWDG_WriteAccess

该参数使能或者失能对寄存器IWDG_PR和IWDG_RLR的写操作

函数原型如下：

voidIWDG_WriteAccessCmd(uint16_tIWDG_WriteAccess)

{

/*Checktheparameters*/

assert_param(IS_IWDG_WRITE_ACCESS(IWDG_WriteAccess));

IWDG->KR=IWDG_WriteAccess;

}

可以看出，该函数的作用就是把输入参数传递到IWDG_KR中去.

在stm32f10x.h中我们找到输入参数的定义，如下所示

#defineIWDG_WriteAccess_Enable((uint16_t)0x5555)

#defineIWDG_WriteAccess_Disable((uint16_t)0x0000)

#defineIS_IWDG_WRITE_ACCESS(ACCESS)(((ACCESS)==IWDG_WriteAccess_Enable)||\

((ACCESS)==IWDG_WriteAccess_Disable))

由硬件分析可知，写入0x5555表示允许访问IWDG_PR和IWDG_RLR寄存器。以不同的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(即使写入0xAAAA)也会启动写保护功能。

所以IWDG_WriteAccess_Enable和IWDG_WriteAccess_Disable的含义与字面含义不同，作用分别为使能和失能IWDG_PR和RWDG_RLR的写操作.

比如IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable)；//关闭IWDG_PR和IWDG_RLR的写保护IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Disable)；//打开IWDG_PR和IWDG_RLR的写保护

函数IWDG_SetPrescaler

IWDG_Prescaler

该参数设置了IWDG

的预分频值

这些参数被定义在stm32f10x.h中.

#defineIWDG_Prescaler_4

#defineIWDG_Prescaler_8

#defineIWDG_Prescaler_16

#defineIWDG_Prescaler_32

#defineIWDG_Prescaler_64

#defineIWDG_Prescaler_128

#defineIWDG_Prescaler_256

详见硬件分析中的预分频寄存器.

函数原型如下：((uint8_t)0x00)((uint8_t)0x01)((uint8_t)0x02)((uint8_t)0x03)((uint8_t)0x04)((uint8_t)0x05)((uint8_t)0x06)

voidIWDG_SetPrescaler(uint8_tIWDG_Prescaler)

{

/*Checktheparameters*/

assert_param(IS_IWDG_PRESCALER(IWDG_Prescaler));

IWDG->PR=IWDG_Prescaler;

}

可以看出该函数的作用也仅仅为把IWDG_Prescaler的值传递至预分频寄存器中.

使用方法，例如：

/*设置预分频为8分频*/

IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_8);

函数IWDG_SetReload

函数原型如下：

voidIWDG_SetReload(uint16_tReload)

{

/*Checktheparameters*/

assert_param(IS_IWDG_RELOAD(Reload));

IWDG->RLR=Reload;

}

如上面的函数一样，该函数的作用一样简单清晰，仅仅为把需要设定的重装载值传递到IWDG_RLR寄存器中.

喂狗时间（单位ms）=（预分频系数/4）*0.1*RLR（重装载值）

比如，我想达到喂狗时间越为1S的效果，为此我们选择32分频，带入计算可得

1000=（32/4）*0.1*RLR

RLR=1000/(32/4*0.1)=1250=0x4E2

即当设置了预分频为32后，我们使用IWDG_SetReload(0x4E2);后，喂狗时间约为1S

实际上，喂狗时间不可能无穷大，或者无穷小。下图为看门狗超时时间：

函数IWDG_ReloadCounter

/*喂狗*/

IWDG_ReloadCounter();

该函数原型为

voidIWDG_ReloadCounter(void)

{

IWDG->KR=KR_KEY_Reload;

}

在stm32f10x.c中我们可以找到以下的定义

#defineKR_KEY_Reload((uint16_t)0xAAAA)//初始的喂狗值，格段时间喂一次

KR_KEY_Reload的值为0xAAA，对照着函数代码可知，该函数的作用仅仅是向IWDG_KR中传输0xAAA,由上面的寄存器分析可知，向KR寄存器写入0XAAA后，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。这个也就是我们说的喂狗操作.

函数IWDG_Enable

该函数的原型如下：

voidIWDG_Enable(void)

{

IWDG->KR=KR_KEY_Enable;

}

和上个函数相同，该函数的作用为向IWDG_KR中写入KR_KEY_Enable的值.

我们可以在stm32f10x.c中找出KR_KEY_Enable的定义

#defineKR_KEY_Enable((uint16_t)0xCCCC)

通过硬件分析中的KR寄存器分析可知，向IWDG_KR中写入0xCCCC的效果为启用看门狗.

直接调用这个函数就可以启用看门狗.

函数IWDG_Enable

该函数原型如下：

FlagStatusIWDG_GetFlagStatus(uint16_tIWDG_FLAG)

{

FlagStatusbitstatus=RESET;

/*Checktheparameters*/

assert_param(IS_IWDG_FLAG(IWDG_FLAG));

if((IWDG->SR&IWDG_FLAG)!=(uint32_t)RESET)

{

bitstatus=SET;

}

else

{

bitstatus=RESET;

}

/*Returntheflagstatus*/

returnbitstatus;

}

在stm32f10x.h中有如下定义

typedefenum{RESET=0,SET=!RESET}FlagStatus,ITStatus;

可以看出RESET和SET的值分别为0,1.

由此可以看出，该函数的作用为，通过读取IWDG_SR寄存器的相应位，来检测IWDG当前的的状态，并返回。详见上面状态寄存器（IWDG_SR）介绍.

程序设计简要分析：

看门狗是定时器的一种，一般定时器的使用过程如下：

1.初始化定时器的设置。包括工作方式等，并开启中断和计数功能。

2.启用寄存器后，经过一定的耗时，如果在定时器溢出之前没有刷新定时器的数值，则定时器将溢出，并申请中断。

3.定时器中断后执行相应的中断服务程序.

与一般定时器不同的是，看门狗溢出所对应的中断服务程序只须一条指令，即在中断向量地址写入"无条件转移"命令，把计算机拖回整个程序的第一行，对单片机重新进行初始化并获得正确的执行顺序

通过硬件分析可知，事实上我们只要三个寄存器进行相应的设置，就可以启动STM32的独立看门狗，启动过程可以按如下步骤实现：

IWDG_KR写入0X5555。1）向）向IWDG_KRIWDG_KR写入写入0X55550X5555。

通过这步，我们取消IWDG_PR和IWDG_RLR的写保护，使后面可以操作这两个寄存器。

设置IWDG_PR和IWDG_RLR的值。

这两步设置看门狗的分频系数，和重装载的值。由此，就可以知道看门狗的喂狗时间，该时间的计算方式为：Tout=40Khz/（（4*2^prer）*rlr）；当然这个值是个粗略的计算值，因为时钟不准确，所以无法得到准确的喂狗时间。

2）向IWDG_KR写入0XAAAA。

通过这步操作，将使STM32重新加载IWDG_RLR的值到看门狗计数器里面。也可以用该命令来喂狗。

3）向IWDG_KR写入0XCCCC通过这步操作，我们就可以启动STM32的看门狗。

IWDG_KR写入0XAAAA，则程序复位，调回整个程序的第一行.4）如果一段时间内，不向如果一段时间内，不向IWDG_KR0XAAAA，则程序复位，调回整个程序的第一行，则程序复位，调回整个程序的第一行.

TB开发板LED程序流程图

TB开发板程序源代码：

Main.c

/*

*Jason

*jiangjj@emsym

**/

/*iwdg*/

#include"stm32f10x.h"

#include"stm32f10x_iwdg.h"

#include"TB_LED.h"

#include"TB_KEY.h"

voidiwdg_init();

voiddelay();

/*--------------------------------------------------------------------------------------------------

//函数名称：intmain()

//入口参数：无

//输出：无

//函数功能：主函数

--------------------------------------------------------------------------------------------------*/

intmain(void){

//初始化LED1和LED3

TB_LEDInit(LED1);

TB_LEDInit(LED3);

//立即熄灭LED3

TB_LEDOff(LED3);

//延时一段时间后，熄灭LED1

delay();

TB_LEDOff(LED1);

//初始化按键WAKEUP按键的中断

TB_PBInit(BUTTON_WAKEUP,BUTTON_MODE_EXTI);//PA0

//初始化看门狗

iwdg_init();

while(1);

return0;

}

/*--------------------------------------------------------------------------------------------------

//函数名称：voidiwdg_init()

//入口参数：无

//输出：无

//函数功能：初始化看门狗

--------------------------------------------------------------------------------------------------*/

voidiwdg_init(){

IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);//关闭IWDG_PR和IWDG_RLR的写保护IWDG_SetReload(0xfff);//设置重装载值为0xfff

IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_32);//设置预分频系数为32

IWDG_ReloadCounter();

IWDG_Enable();//使能看门狗//

}

/*--------------------------------------------------------------------------------------------------

//函数名称：voiddelay()

//入口参数：无

//输出：无

//函数功能：延时函数

--------------------------------------------------------------------------------------------------*/

voiddelay()

{

uint32_ti=0xfffff;

for(;i>0;i--);

}

中断服务程序

voidEXTI0_IRQHandler(void)

{

//while(1);

TB_LEDOn(LED3);

IWDG_ReloadCounter();

TB_PBClearInterrupt(BUTTON_WAKEUP);delay();

TB_LEDOff(LED3);

}//使LED3亮，可以证明成功进入了中断//把重装载值写入看门狗中，俗称喂狗//清除按键的中断标志位//延时一段时间//使LED3灭，表示退出了中断服务程序