【STM32】独立看门狗（IWDG）原理详解及编程实践（上）

news2024/11/13 8:49:25

本篇文章是对STM32单片机“独立看门狗（IWDG）”的原理进行讲解。希望我的分享对你有所帮助！

一、什么是独立看门狗

（一）简介

（二）、独立看门狗的原理

（三）、具体操作说明

二、结语

一、什么是独立看门狗

（一）简介

单片机的独立看门狗（Independent Watchdog Timer，简称 IWDG）是一种用于监控和保护微控制器（MCU）系统的硬件组件。它的主要功能是检测系统是否在正常工作，并在发现系统出现故障时自动进行复位操作，以确保系统的稳定性和可靠性。

（二）、独立看门狗的原理

基本概念

独立看门狗是一个专门的计时器，与主处理器的时钟源和其他外设通常是独立的。它通过定期的“喂狗”操作（即向看门狗计时器中写入特定的值）来保持系统的正常运行状态。如果系统出现问题，无法进行正常的“喂狗”操作，看门狗计时器会超时，从而触发系统复位。

工作机制

计时器设置：独立看门狗通常有一个可配置的计时周期，这个周期可以是几个秒钟到几分钟不等。这个计时周期是由硬件定义的，通常是通过一个独立的、具有稳定性的时钟源来驱动，如内部振荡器或外部晶振。

喂狗操作：为了防止看门狗计时器超时，系统需要定期向看门狗发送“喂狗”信号。这通常是通过向特定寄存器写入值来实现。每当“喂狗”操作成功，计时器的计数会被重置，从而重新开始计时。

超时与复位：如果在看门狗的计时周期内没有收到“喂狗”信号，计时器会达到预设的超时值。此时，看门狗会触发一个复位信号，将系统重新启动，试图恢复系统到正常的工作状态。

独立性

与主系统时钟和处理器的运行状态无关，看门狗的独立性是其关键特性。即使主处理器由于某种原因停止工作或进入无响应状态，看门狗仍会正常计时并执行其监控功能。这种独立性使得看门狗在系统出现故障时仍能有效地执行复位操作。

应用

系统保护：独立看门狗主要用于保护系统在遇到软件死锁、程序崩溃等异常情况时能自动复位，恢复到正常状态，确保系统的可靠性和稳定性。

安全性：在一些安全关键的应用场景中，例如汽车电子、工业控制系统等，独立看门狗可以提供额外的安全保障，避免因系统失效导致的安全隐患。

（三）、具体操作说明

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。独立看门狗有几个寄存器与我们这节相关，我们分别介绍这几个寄存器，首先是键值寄存器 IWDG_KR，该寄存器的各位描述如图

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(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。

接下来，我们介绍预分频寄存器（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图

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图

只要对以上三个寄存器进行相应的设置，我们就可以启动 STM32 的独立看门狗，启动过程可以按如下步骤实现：

1）向 IWDG_KR 写入 0X5555。
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（也
就是看门狗溢出时间），该时间的计算方式为：

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， rlr 值为 625，那么就可以得到 Tout=64× 625/40=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 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）向 IWDG_KR 写入 0XAAAA。
通过这句，将使 STM32 重新加载 IWDG_RLR 的值到看门狗计数器里面。即实现独立看门
狗的喂狗操作。

3）向 IWDG_KR 写入 0XCCCC。
通过这句，来启动 STM32 的看门狗。注意 IWDG 在一旦启用，就不能再被关闭！想要关
闭，只能重启，并且重启之后不能打开 IWDG，否则问题依旧，所以在这里提醒大家，如果不用 IWDG 的话，就不要去打开它，免得麻烦。
通过上面 3 个步骤，我们就可以启动 STM32 的看门狗了，使能了看门狗，在程序里面就必须间隔一定时间喂狗，否则将导致程序复位。利用这一点，我们本章将通过一个 LED 灯来指示程序是否重启，来验证 STM32 的独立看门狗。
在配置看门狗后， DS0 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 DS0 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 DS0 熄灭一次。