配置STM32F407的时钟配置:实现最佳性能

文章目录

  • 时钟源
  • 为什么 STM32 要有多个时钟源
  • F407时钟地图
  • F407的五个时钟源
  • 外部晶振/陶瓷谐振器
  • MCO引脚
  • CSS时钟监控系统
  • AHB预分频器
  • APB预分频器
  • USB预分频器
  • 系统时钟(D部分)
  • 系统时钟的来源
  • 系统时钟的设置
  • F103系统初始化时钟的大小
  • F407系统初始化时钟的大小
  • RCC时钟控制
  • 何为RCC
  • RCC寄存器
  • AHB1
  • AHB2
  • APB1 外设时钟使能寄存器(RCC_APB1ENR)
  • APB2 外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)
  • CR寄存器
  • CFGR寄存器
  • PPRE2,APB2分频
  • PPRE1,APB1分频
  • HPRE,AHB分频
  • F407外设时钟使能:
  • 其他外设时钟配置:
  • 状态参数获取参数:
  • RCC中断相关函数 :
  • RCC配置结构体
  • RTC时钟
  • RTC时钟介绍
  • RTC时钟框图及解析
  • RTC的寄存器
  • RTC 的控制寄存器RTC_CR
  • RTC_CRL 寄存器
  • RTC 预分频装载寄存器
  • RTC 预分频器余数寄存器
  • RTC 计数器寄存器 RTC_CNT
  • 闹钟寄存器 RTC_ALR
  • 备份区域控制寄存器RCC_BDCR
  • RTC 配置步骤
  • 使能电源时钟
  • 取消备份区写保护
  • 开启外部低速振荡器
  • 选择 RTC 时钟,并使能
  • 初始化 RTC,设置 RTC 的分频
  • 设置 RTC 的时间
  • 设置 RTC 的日期
  • 获取 RTC 当前日期和时间
  • 最终代码
  • 看门狗时钟
  • 两种看门狗
  • IWDG结构图
  • 作用
  • IWDG_KR键值寄存器
  • IWDG_PR预分频寄存器
  • 2-0 PR预分频器系数
  • IWDG_RLR重装载寄存器
  • IWDG_SR状态寄存器
  • 1RVU 重载值更新
  • 0 PVU 预分频值更新
  • 注意
  • 写保护
  • 超时时间
  • 使用步骤
  • 取消寄存器 写保护
  • 设置预分频系数和重装载值
  • 看门狗溢出时间(单位为 ms)
  • 喂狗
  • 启动看门狗
  • 程序
  • 主程序
  • 函数
  • 窗口看门狗时钟
  • 介绍
  • 窗口看门狗的必要性
  • 复位原理
  • 窗口看门狗超时时间
  • 窗口看门狗的寄存器
  • 控制寄存器(WWDG_CR)
  • T6-0 看门狗计数器值
  • WDGA 看门狗激活位
  • 配置寄存器(WWDG_CFR)
  • 9 EWI early wakeup interrupt
  • 8-7 WDGTB 预分频
  • 6-0 W[6:0] 7位窗口值
  • 状态寄存器(WWDG_SR)
  • 使用步骤
  • 使能看门狗时钟
  • 设置分频系数
  • 设置上窗口值
  • 开启提前唤醒中断并分组(可选)
  • 使能看门狗
  • 喂狗
  • 编写中断服务函数
  • 时钟源

    时钟源用来为环形脉冲发生器提供频率稳定且电平匹配的方波时钟脉冲信号。它通常由石英 晶体振荡器和与非门组成的正反馈振荡电路组成,其输出送至环形脉冲发生器。

    为什么 STM32 要有多个时钟源

    F4开发指南P107

    F407时钟地图

    F4开发指南P108

    F407的五个时钟源

  • HSI高速内部时钟源,High Speed Internal

  • F407的PLL锁相环

  • PLL锁相环的作用: F4开发指南4.3.1,P109- 主 PLL 时钟第一个高速时钟输出 PLLP 的计算方法
  • PLL锁相环的配置: F4开发指南4.3.1,P109
  • LSE低速外部时钟源,Low Speed External

  • LSI低速内部时钟源,Low Speed Internal

  • HSE高速外部时钟源,High Speed External

  • 外部接一个4-16M的晶振,可接石英/陶瓷谐振器
  • 可以作为选择器1的输入;
  • 可以÷2分频之后作为选择器1的输入;
  • 经过选择器1之后可以作为选择器2的输入,HSI的2分频之后也作为选择器2的输入,之后进入PLL(锁相环)来倍频;
  • 也可以直接作为系统时钟的时钟源;
  • F4开发指南4.3.1,P108与P109

    外部晶振/陶瓷谐振器

  • 谐振器和负载电容要求必须尽可能地靠近振荡器的引脚,减少失真和起振时间。外部用户时钟必须使用占空比约为 50% (左右)外部时钟信号来驱动 OSC_IN 引脚,同时 OSC_OUT 引脚应保持为高阻态。
  • 外部时钟源
  • MCO引脚

    选择一个时钟信号输出到MCO引脚

    F4开发指南P109C

    CSS时钟监控系统

    检测到HSE失败,就会切换到HSI

    AHB预分频器

    是Advanced High performance Bus的缩写,译作高级高性能总线,这是一种“系统总线”。

  • AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接。
  • AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成,整个AHB总线上的传输都由主模块发出,由从模块负责回应。
  • 该分频器有1,2,4,64,16,128,256,512等可以选择
  • 可以输出一个HCLOCK,最高72M
  • 可以进入APB1预分频器,产生PCLK1的时钟,最高36M,可以挂一些低速的外设
  • 可以进入APB2预分频器,产生PCLK2的时钟,最高72M,可以挂高速外设;2>1
  • APB预分频器

    Advanced Peripheral Bus,外围总线
    在使用任何的外设之前,都要使相应的时钟使能位开启,否则就没法使用

  • APB1 上面连接的是低速外设,包括电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3 等等
  • APB2 上面连接的是高速外设包括 UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通 IO 口(PA~PE)、第二功能 IO 口等。
  • USB预分频器

    PLL锁相环时钟经过USB分频器最终输出的USB时钟,分1或者1.5;
    USB时钟48M

    系统时钟(D部分)

    系统时钟的来源

    系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源:
    ①、HSI振荡器时钟
    ②、HSE振荡器时钟
    ③、PLL时钟

    系统时钟的设置

  • 在我们系统启动的时候都会调用SystemInit ,用来设置系统的整个系统和总线时钟。
  • SystemInit的执行过程:F4开发指南,4.3.2,P111
  • RCC 时钟配置寄存器 (RCC_CFGR)可以参考下文的RCC时钟控制->RCC寄存器
  • SetSysClock的详细内容与执行过程,F4开发指南4.3.2,P113
  • F103系统初始化时钟的大小

  • 对于系统时钟,默认情况下是在 SystemInit 函数的 SetSysClock()函数中间判断的,而设置是通过宏定义设置的。
  • SetSysClock()函数体:
  • static void SetSysClock(void)
    {
    #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
    SetSysClockToHSE();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
    SetSysClockTo24();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
    SetSysClockTo36();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
    SetSysClockTo48();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
    SetSysClockTo56();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
    SetSysClockTo72();
    #endif
    }
    

    总结一下 SystemInit()函数默认设置的系统时钟大小:

    SYSCLK(系统时钟) =72MHz
    AHB 总线时钟(使用 SYSCLK) =72MHz
    APB1 总线时钟(PCLK1) =36MHz
    APB2 总线时钟(PCLK2) =72MHz
    PLL 时钟 =72MHz
    

    F407系统初始化时钟的大小

    系统时钟分频产生三种时钟。FCLK,HCLK,PCLK都称为系统时钟,但区别如下,

  • FCLK,提供给CPU内核的时钟信号,CPU的主频就是指这个信号;
  • HCLK,提供给高速总线AHB的时钟信号; 大小是时钟频率分之一。
  • PCLK,提供给低速总线APB的时钟信号,默认是45MHz;CAN 位时序寄存器(CAN_BTR)
  • 总结一下 SystemInit()函数中设置的系统时钟大小:
    F4开发指南4.3.2,P113

    RCC时钟控制

    何为RCC

    RCC,Reset and Clock Control(复位和时钟控制),在绝大部分MCU芯片中都包含复位和时钟控制模块,也是MCU重要的组成部分。
    主要用来设置系统时钟 SYSCLK 、设置 AHB 分频因子(决定 HCLK 等于多少)、设置 APB2 分频因子(决定 PCLK2 等于多少)、设置 APB1 分频因子(决定 PCLK1 等于多少)、设置各个外设的分频因子;控制 AHB 、 APB2 和 APB1 这三条总线时钟的开启、控制每个外设的时钟的开启。

    RCC寄存器

    AHB1

    AHB2

    APB1 外设时钟使能寄存器(RCC_APB1ENR)

    APB2 外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)

    CR寄存器

    可以使能HSI、HSE、CSS、PLL,使能之后才能被打开和使用。使能之后不能立马稳定,所以需要一个标志位判断时钟是否稳定,叫做就绪标志位。

    CFGR寄存器

    F4中文参考手册,6.3.3,P118
    设置时钟源的选择和分频系数。

    PPRE2,APB2分频

    PPRE1,APB1分频

    HPRE,AHB分频

    F407外设时钟使能:

    官方库提供了五个打开 GPIO 和外设时钟的函数分别为:

    void RCC_AHB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState);
    void RCC_AHB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB2Periph, FunctionalState NewState);
    void RCC_AHB3PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB3Periph, FunctionalState NewState);
    void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);
    void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);
    

    AHB1

    AHB2

    AHB3

    APB1

    APB2

    其他外设时钟配置:

     RCC_ADCCLKConfig ()
      RCC_RTCCLKConfig();
    

    状态参数获取参数:

    RCC_GetClocksFreq();
    RCC_GetSYSCLKSource();
    RCC_GetFlagStatus()

    RCC中断相关函数 :

     RCC_ITConfig()
      RCC_GetITStatus() 
       RCC_ClearITPendingBit()…
    

    RCC配置结构体

    typedef struct
    {
      __IO uint32_t CR;       //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能和就绪标志位 
      __IO uint32_t CFGR;     //PLL等的时钟源选择,分频系数设定
      __IO uint32_t CIR;      // 清除/使能 时钟就绪中断
      __IO uint32_t APB2RSTR;  //APB2线上外设复位寄存器
      __IO uint32_t APB1RSTR;   //APB1线上外设复位寄存器
      __IO uint32_t AHBENR;    //DMA,SDIO等时钟使能
      __IO uint32_t APB2ENR;   //APB2线上外设时钟使能
      __IO uint32_t APB1ENR;   //APB1线上外设时钟使能
      __IO uint32_t BDCR;        //备份域控制寄存器
      __IO uint32_t CSR;           //控制状态寄存器
    } RCC_TypeDef;
    

    RTC时钟

    RTC时钟介绍

  • 全称为:实时时钟Real time clock ,一个独立的定时器。本质上是一个掉电后还可以继续运行的定时器。
  • 时钟来源:F4开发指南297
  • RTC的四种功能:F4开发指南20.1,P297
  • 取消RTC模块写保护:F4开发指南20.1,P296
  • RTC时钟框图及解析

    RTC 由两个主要部分组成
    第一部分(APB1 接口)用来和 APB1 总线相连。
    此单元还包含一组 16 位寄存器,可通过 APB1 总线对其进行读写操作。
    APB1 接口由 APB1 总线时钟驱动,用来与 APB1 总线连接。
    另一部分(RTC 核心)由一组可编程计数器组成,分成两个主要模块。
    第一个模块是 RTC 的预分频模块,它可编程产生 1 秒的 RTC 时间基准 TR_CLK。
    RTC 的预分频模块包含了一个 20位的可编程分频器(RTC 预分频器)。
    如果在 RTC_CR 寄存器中设置了相应的允许位,则在每个TR_CLK 周期中 RTC 产生一个中断(秒中断)。
    第二个模块是一个 32 位的可编程计数器(RTC_CNT),可被初始化为当前的系统时间,一个 32 位的时钟计数器,按秒钟计算,可以记录 4294967296 秒,约合 136 年左右。
    RTC 还有一个闹钟寄存器 RTC_ALR,用于产生闹钟。系统时间按 TR_CLK 周期累加并与存储在 RTC_ALR 寄存器中的可编程时间相比较,如果 RTC_CR 控制寄存器中设置了相应允许位,比较匹配时(即:RTC_CNT=RTC_ALR 时)将产生一个闹钟中断,从而实现闹钟功能。

    软件是通过 APB1 接口访问 RTC 的预分频值、计数器值和闹钟值的
    但RTC 内核完全独立于 RTC APB1 接口
    相关可读寄存器只在 RTC APB1 时钟进行重新同步的 RTC 时钟的上升沿被更新,RTC 标志也是如此。
    这就意味着,如果 APB1 接口刚刚被开启之后,在第一次的内部寄存器更新之前,从 APB1 上读取的 RTC 寄存器值可能被破坏了(通常读到 0)。
    因此,若在读取 RTC 寄存器曾经被禁止的 RTC APB1 接口,软件首先必须等待 RTC_CRL 寄存器的 RSF位(寄存器同步标志位,bit3)被硬件置 1。

    RTC的寄存器

    RTC 的控制寄存器RTC_CR

    RTC总共有 2 个控制寄存器 RTC_CRH 和 RTC_CRL,该寄存器用来控制中断的,若要用到秒钟中断,该寄存器必须设置最低位为 1,以允许秒钟中断。

    RTC_CRL 寄存器

    第 0 位是秒钟标志位,我们在进入 RTC中断的时候,通过判断这位来决定是不是发生了秒钟中断。
    然后必须通过软件将该位清零(写0)。
    第 1 位是闹钟标志位,当 RTC_CNT 的值等于 RTC_ALR 的值时,此位将由硬件置 1(可以判断此位是否为 1 来判定是否产生了闹钟),如果设置了闹钟中断(ALRIE=1),则将产生 RTC闹钟中断,该位也必须软件写 0 清除。
    第 3 位为寄存器同步标志位,我们在修改控制寄存器 RTC_CRH/CRL 之前,必须先判断该位,是否已经同步了,如果没有则等待同步,在没同步的情况下修改 RTC_CRH/CRL 的值是不行的。
    第 4 位为配置标位,在软件修改 RTC_CNT/RTC_ALR/RTC_PRL 的值的时候,必须先软件置位该位,以允许进入配置模式。
    第 5 位为 RTC 操作位,该位由硬件操作,软件只读。通过该位可以判断上次对 RTC 寄存器的操作是否完成,如果没有,我们必须等待上一次操作结束才能开始下一次操作。

    RTC 预分频装载寄存器

    2 个寄存器组成,RTC_PRLH 和RTC_PRLL。
    这两个寄存器用来配置 RTC 时钟的分频数的。
    比如我们使用外部 32.768K 的晶振作为时钟的输入频率,那么我们要设置这两个寄存器的值为 32767,以得到一秒钟的计数频率。
    RTC_PRLH 的各位描述

    RTC_PRLH 只有低四位有效,用来存储 PRL 的 19~16 位。而 PRL的前 16 位,存放在 RTC_PRLL 里面,寄存器 RTC_PRLL 的各位描述

    RTC 预分频器余数寄存器

    该寄存器也有 2 个寄存器组成 RTC_DIVH 和 RTC_DIVL
    这两个寄存器的作用就是用来获得比秒钟更为准确的时钟,
    比如可以得到 0.1 秒,或者 0.01 秒等。
    该寄存器的值自减的,用于保存还需要多少时钟周期获得一个秒信号。
    在一次秒钟更新后,由硬件重新装载。这两个寄存器和 RTC 预分频装载寄存器的各位是一样的

    RTC 计数器寄存器 RTC_CNT

    该寄存器由 2 个 16位的寄存器组成 RTC_CNTH 和 RTC_CNTL,总共 32 位,用来记录秒钟值(TR_CLK=1Hz 的
    情况下)。一般我们设置时间,就是设置 RTC_CNTH/RTC_CNTL 寄存器的值。
    假定我们以 1970年为起始时间,那么当 RTC_CNTH=RTC_CNTL=0 的时候,就代表 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分,
    这样就可以很方便的根据 RTC_CNT 的值计算当前时间了。
    反过来,如果要设置时间,则只需要将当前时间的年份减去 1970,然后剩下的时间换算成秒钟,写入 RTC_CNT 即可完成时间设置。

    闹钟寄存器 RTC_ALR

    该寄存器同 RTC_CNT 一样,也是由 2 个 16位的寄存器组 RTC_ALRH 和 RTC_ALRL 组成,总共 32 位,用来记录闹钟时刻,实际上,RTC_ALR 就是一个用于同 RTC_CNT 比较的寄存器,当 RTC_CNT=RTC_ALR 的时候,就说明闹钟时间到了,需要闹铃。
    因此 RTC_ALR 的设置和读取完全同 RTC_CNT 一模一样。
    假定我们设置RTC_CNTH=RTC_CNTL=0,然后设置RTC_ALRH=0且RTC_ALRL=30,然后启动RTC,
    那么 30 秒钟后,ALRF 将为 1,表示有闹钟产生,如果开启了闹钟中断(ALRIE=1),那么将产生闹钟中断,这就是 STM32F1 的 RTC 闹钟原理。

    备份区域控制寄存器RCC_BDCR

    RTC 的时钟源选择及使能设置都是通过这个寄存器来实现的,所以我们在 RTC 操作之前先要通过这个寄存器选择 RTC 的时钟源,然后才能开始其他的操作。

    RTC 配置步骤

    使能电源时钟

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);//使能 PWR 时钟
    

    PWR:F4中文参考手册6.3.15,P139,Bit28

    取消备份区写保护

    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能后备寄存器访问
    

    PWR_BackupAccessCmd:F1固件库使用手册14.2.2,P189

    开启外部低速振荡器

    RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);// 开启外部低速振荡器
    

    F1固件库使用手册15.2.16,P204,注意参数不完全一致。

    选择 RTC 时钟,并使能

    RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //设选择 LSE 作为 RTC 时钟
    RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能 RTC 时钟
    

    RCC_RTCCLKConfig F1固件库使用手册15.2.18,P205

    初始化 RTC,设置 RTC 的分频

    ErrorStatus RTC_Init(RTC_InitTypeDef* RTC_InitStruct);
     
    typedef struct
    {
    uint32_t RTC_HourFormat;
    uint32_t RTC_AsynchPrediv;
    uint32_t RTC_SynchPrediv;
    }RTC_InitTypeDef;
    
  • RTC_HourFormat 如果设置为 24 小时格式参数值可选择 RTC_HourFormat_24,12 小时格式,参数值可以选择 RTC_HourFormat_24。 F4中文参考手册23.6.3控制寄存器CR,P589,Bit6

  • 位 6 FMT:小时格式 (Hour format)
    0:24 小时/天格式
    1:AM/PM 小时格式
  • 参数 RTC_AsynchPrediv 用来设置 RTC 的异步预分频系数,也就是设置 RTC_PRER 预分频器寄存器的 PREDIV_A 相关位。同时,因为异步预分频系数是 7 位,所以最大值为 0x7F,不能超过这个值。

  • 参数 RTC_SynchPrediv 用来设置 RTC 的同步预分频系数,也就是设置 RTC_PRER 寄存器的 PREDIV_S 相关位。同时,因为同步预分频系数也是 15 位,所以最大值为 0x7FFF,不能超过这个值。

  • 要想明白同步和异步要达到的目的,可以参考F4中文参考手册23.3.1,P574。

    同步和异步通道的区别在于同步发过去消息会发生阻塞,直到返回值才继续运行。

    设置 RTC 的时间

    
    ErrorStatus RTC_SetTime(uint32_t RTC_Format, RTC_TimeTypeDef* RTC_TimeStruct);
    
    typedef struct
    {
    uint8_t RTC_Hours;
    uint8_t RTC_Minutes;
    uint8_t RTC_Seconds;
    uint8_t RTC_H12;
    }RTC_TimeTypeDef;
    


    最后一个参数的取值范围:

    别用来设置 RTC 时间参数的小时,分钟,秒钟,以及 AM/PM 符号

    设置 RTC 的日期

     ErrorStatus RTC_SetDate(uint32_t RTC_Format, RTC_DateTypeDef* RTC_DateStruct);
     typedef struct
    {
    uint8_t RTC_WeekDay;
    uint8_t RTC_Month;
    uint8_t RTC_Date;
    uint8_t RTC_Year;
    }RTC_DateTypeDef;
    

    设置日期的星期几,月份,日期,年份。

    获取 RTC 当前日期和时间

    获取当前 RTC 时间的函数为:

    void RTC_GetTime(uint32_t RTC_Format, RTC_TimeTypeDef* RTC_TimeStruct);
    

    获取当前 RTC 日期的函数为:

    void RTC_GetDate(uint32_t RTC_Format, RTC_DateTypeDef* RTC_DateStruct);
    

    最终代码

    u8 My_RTC_Init(void)
    {
    RTC_InitTypeDef RTC_InitStructure;
    u16 retry=0X1FFF;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);//使能 PWR 时钟
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能后备寄存器访问
    if(RTC_ReadBackupRegister(RTC_BKP_DR0)!=0x5050)//是否第一次配置?
    {
    RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);//LSE 开启
    while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET)
    //检查指定的 RCC 标志位设置与否,等待低速晶振就绪
    { retry++;
    delay_ms(10);
    }
    if(retry==0)return 1; //LSE 开启失败.
    RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //选择 LSE 作为 RTC 时钟
    RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能 RTC 时钟
    RTC_InitStructure.RTC_AsynchPrediv = 0x7F;//RTC 异步分频系数(1~0X7F)
    RTC_InitStructure.RTC_SynchPrediv = 0xFF;//RTC 同步分频系数(0~7FFF)
    RTC_InitStructure.RTC_HourFormat = RTC_HourFormat_24;//24 小时格式
    RTC_Init(&RTC_InitStructure);//初始化 RTC 参数
    RTC_Set_Time(23,59,56,RTC_H12_AM); //设置时间
    RTC_Set_Date(14,5,5,1); //设置日期
    RTC_WriteBackupRegister(RTC_BKP_DR0,0x5050); //标记已经初始化过了
    }
    return 0;
    }
    

    看门狗时钟

    两种看门狗

  • 独立看门狗(IWDG)由专用的**低速时钟(LSI)**驱动,即使主时钟发生故障它仍有效。
    独立看门狗适合应用于需要看门狗作为一个在主程序之外 能够完全独立工作,并且对时间精度要求低的场合。
  • 窗口看门狗由从APB1时钟分频后得到时钟驱动。通过可配置的时间窗口来检测应用程序非正常的过迟或过早操作。
    窗口看门狗最适合那些要求看门狗在精确计时窗口起作用的程序。
  • IWDG结构图

    作用

    IWDG Independent watch door dog独立看门狗

  • 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。
  • 单片机系统在的干扰下会出现程序跑飞的现象导致出现死循环,看门狗电路就是为了避免这种情况的发生。看门狗的作用就是在一定时间内(通过定时计数器实现)没有接收喂狗信号(表示 MCU 已经挂了),便实现处理器的自动复位重启(发送复位外界信号)
  • 结果:在程序跑飞之后,系统复位,程序重新运行。
  • IWDG_KR键值寄存器


    开启IWDG

  • 键值寄存器(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)。
  • 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预分频寄存器

    F407中文参考手册18.4.2

    该寄存器用来设置看门狗时钟的分频系数。

    2-0 PR预分频器系数

    IWDG_RLR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。

    IWDG_SR状态寄存器

    1RVU 重载值更新

    0 PVU 预分频值更新

    注意

    写保护

    F407中文参考手册18.3.2

    IWDG 在一旦启用,就不能再被关闭!想要关闭,只能重启

    独立看门狗相关的库函数和定义分布在文件 stm32f10x_iwdg.h 和stm32f10x_iwdg.c 中

    超时时间


    溢出时间计算:
    Tout=((4×2^prer) ×rlr) /32 (M4)

    使用步骤

    取消寄存器 写保护

    (向 IWDG_KR 写入 0X5555 )

    IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);
    

    设置预分频系数和重装载值

    设置看门狗的分频系数的函数是

    void IWDG_SetPrescaler(uint8_t IWDG_Prescaler); //设置 IWDG 预分频值
    

    设置看门狗的重装载值的函数是:

    void IWDG_SetReload(uint16_t Reload); //设置 IWDG 重装载值
    

    看门狗溢出时间(单位为 ms)

    Tout=((4×2^prer) ×rlr) /32

  • 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)
  • 40/(4*2^prer)是频率,反之即为时间,与计数值相乘为总时间。若总时间为1s,可以设prer是4,则(64/32)*500ms合适
  • 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
  • 喂狗

    (向IWDG_KR 写入 0XAAAA )
    库函数里面重载计数值的函数是:

    IWDG_ReloadCounter(); //按照 IWDG 重装载寄存器的值重装载 IWDG 计数器
    

    启动看门狗

    (向 向 IWDG_KR 写入 0XCCCC)
    库函数里面启动独立看门狗的函数是:

    IWDG_Enable(); //使能 IWDG
    

    程序

    主程序

    int main(void)
    { 
    	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
    	delay_init(168);  //初始化延时函数
    	LED_Init();				//初始化LED端口
    	KEY_Init();		  	//初始化按键
      delay_ms(100);    //延时100ms 
    	IWDG_Init(4,500); //与分频数为64,重载值为500,溢出时间为1s	
    	LED0=0;					  //先点亮红灯
    	while(1)
    	{
    		if(KEY_Scan(0)==WKUP_PRES)//如果WK_UP按下,则喂狗
    		{
    			IWDG_Feed();//喂狗
    		}
    		delay_ms(10);
    	};
    
    }
    

    函数

    //初始化独立看门狗
    //prer:分频数:0~7(只有低3位有效!)
    //rlr:自动重装载值,0~0XFFF.
    //分频因子=4*2^prer.但最大值只能是256!
    //rlr:重装载寄存器值:低11位有效.
    //时间计算(大概):Tout=((4*2^prer)*rlr)/32 (ms).
    void IWDG_Init(u8 prer,u16 rlr)
    {
    	IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable); //使能对IWDG->PR IWDG->RLR的写
    	
    	IWDG_SetPrescaler(prer); //设置IWDG分频系数
    
    	IWDG_SetReload(rlr);   //设置IWDG装载值
    
    	IWDG_ReloadCounter(); //reload
    	
    	IWDG_Enable();       //使能看门狗
    }
    
    //喂独立看门狗
    void IWDG_Feed(void)
    {
    	IWDG_ReloadCounter();//reload
    }
    

    窗口看门狗时钟

    介绍

  • 窗口看门狗(WWDG Window Watch Dog Gou)通常被用来监测由外部干扰或不可预见的逻辑条件造成的应用程序背离正常的运行序列而产生的软件故障
  • 之所以称为窗口就是因为其喂狗时间是一个有上下限的范围内(窗口),你可以通过设定相关寄存器,设定其上限时间(下限固定)。喂狗的时间不能过早也不能过晚。
  • 喂狗就是窗口看门狗的计数器T[6:0]被更新。
  • 窗口看门狗的必要性

  • 对于一般的看门狗,程序可以在它产生复位前的任意时刻刷新看门狗,但这有一个隐患,有可能程序跑乱了又跑回到正常的地方,或跑乱的程序正好执行了刷新看门狗操作,这样的情况下一般的看门狗就检测不出来了;
  • 如果使用窗口看门狗,程序员可以根据程序正常执行的时间设置刷新看门狗的一个时间窗口,保证不会提前刷新看门狗也不会滞后刷新看门狗,这样可以检测出程序没有按照正常的路径运行非正常地跳过了某些程序段的情况
  • 复位原理

    W[6:0]即是 WWDG->CFR 的低七位。T[6:0]就是窗口看门狗的计数器,而 W[6:0]则是窗口看门狗的上窗口,下窗口值是固定的(0X40)。

  • 递减计数器的值在 T6 位(WWDG->CR 的第六位)如果在变成 0 前不被刷新,看门狗电路在达到预置的时间周期时,会产生一个 MCU 复位。
  • 在递减计数器达到窗口配置寄存器(WWDG->CFR)数值之前,如果 7 位的递减计数器数值(在控制寄存器中)被刷新,也就是CFR寄存器被写入, 那么也将产生一个 MCU 复位。
  • 窗口看门狗超时时间

    窗口看门狗的超时公式如下:
    Twwdg=(4096×2^WDGTB×(T[5:0]+1)) /Fpclk1;
    其中:
    Twwdg:WWDG 超时时间(单位为 ms)
    Fpclk1:APB1 的时钟频率(单位为 Khz)
    WDGTB:WWDG 的预分频系数
    T[5:0]:窗口看门狗的计数器低 6 位

    窗口看门狗的寄存器

    控制寄存器(WWDG_CR)

    T6-0 看门狗计数器值

    WWDG_CR 只有低八位有效,T[6:0]用来存储看门狗的计数器值,随时更新的,每个窗口看门狗计数周期(4096×2^ WDGTB)减 1。当该计数器的值从 0X40 变为 0X3F 的时候,将产生看门狗复位。

    WDGA 看门狗激活位

    看门狗的激活位,该位由软件置 1,以启动看门狗,并且一定要注意的是该位一旦设置,就只能在硬件复位后才能清零了。

    配置寄存器(WWDG_CFR)

    中文参考手册19.6.2

    9 EWI early wakeup interrupt

    如果启动了看门狗并且允许中断,当递减计数器等于0x40时产生早期唤醒中断(EWI),它可以用于喂狗以避免WWDG复位。

  • 提前唤醒中断,也就是在快要产生复位的前一段时间(T[6:0]=0X40)来提醒我们,需要进行喂狗了,否则将复位!
  • 一般用该位来设置中断,当窗口看门狗的计数器值减到 0X40 的时候,如果该位设置,并开启了中断,则会产生中断,我们可以在中断里面向 WWDG_CR 重新写入计数器的值,来达到喂狗的目的。
  • 进入中断后,必须在不大于 1 个窗口看门狗计数周期的时间(在 PCLK1 频率为 36M 且 WDGTB 为 0 的条件下,该时间为 113us)内重新写 WWDG_CR,否则,看门狗将产生复位!
  • 8-7 WDGTB 预分频

    6-0 W[6:0] 7位窗口值

    状态寄存器(WWDG_SR)

    用来记录当前是否有提前唤醒的标志。该寄存器仅有位 0 有效,其他都是保留位。
    当计数器值达到 40h 时,此位由硬件置 1。它必须通过软件写 0 来清除。对此位写 1 无效。即使中断未被使能,在计数器的值达到 0X40的时候,此位也会被置 1。

    使用步骤

    使能看门狗时钟

    RCC_APB1PeriphClockCmd();

    设置分频系数

    WWDG_SetPrescaler();

    设置上窗口值

    WWDG_SetWindowValue();

    开启提前唤醒中断并分组(可选)

    WWDG_EnableIT();
    NVIC_Init();

    使能看门狗

    WWDG_Enable();

    喂狗

    WWDG_SetCounter();

    编写中断服务函数

    WWDG_IRQHandler();

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    物联沃-IOTWORD物联网 » 配置STM32F407的时钟配置:实现最佳性能

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