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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。
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：
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：
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：
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）
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：
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。
