1. 独立看门狗IWDG介绍(341.45)
什么是看门狗?
- 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模块或者芯片,俗称“看门狗”(watchdog)。
- 独立看门狗工作在主程序之外,能够完全独立工作,它的时钟是专用的低速时钟(LSI),由 VDD 电压供电, 在停止模式和待机模式下仍能工作。
独立看门狗本质
- 本质是一个 12 位的递减计数器,当计数器的值从某个值一直减到 0 的时候,系统就会产生一个复位信号,即 IWDG_RESET 。
- 如果在计数没减到 0 之前,刷新了计数器的值的话,那么就不会产生复位信号,这个动作就是我们经常说的喂狗。
独立看门狗框图
独立看门狗时钟
- 独立看门狗的时钟由独立的 RC 振荡器 LSI 提供,即使主时钟发生故障它仍然有效,非常独立。启用 IWDG 后,LSI 时钟会自动开启(不能主动停止,除非重置/重启)。LSI 时钟频率并不精确,F1 用 40kHz。
- LSI 经过一个 8 位的预分频器得到计数器时钟。
- 分频系数算法:(prer:0–8 是IWDG_PR 的值)
重装载寄存器
- 重装载寄存器是一个 32 位的寄存器,用于存放重装载值,低 12 位有效,即最大值为 4096,这个值的大小决定着独立看门狗的溢出时间。
键寄存器
- 键寄存器IWDG_KR可以说是独立看门狗的一个控制寄存器,主要有三种控制方式,往这个寄存器写入下面三个不同的值有不同的效果。
溢出时间计算公式(RLR:计数多少次)
2. 独立看门狗实验(342.46)
- 需求: 开启独立看门狗,溢出时间为 1 秒,使用按键1进行喂狗。
- 硬件接线:
- KEY1 – PA0
- UART1 – PA9/PA10
- 溢出时间计算(1000ms): PSC=64,RLR=625,f=40
- 编程实现:
- 代码(18.iwdg_test/MDK-ARM)
#include <string.h>
int main()
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_IWDG_Init();
MX_USART1_UART_Init();
HAL_UART_Transmit(&huart1, "程序启动...\n", strlen("程序启动...\n"), 100);
while (1)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)//检测到key1被按下时(低电平)
HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);
HAL_Delay(50);
}
}
- STM32CubeMx工程配置
3. 窗口看门狗WWDG介绍(343.47)
什么是窗口看门狗?
- 窗口看门狗用于监测单片机程序运行时效是否精准,主要检测软件异常,一般用于需要精准检测程序运行时
间的场合。 - 窗口看门狗的本质是一个能产生系统复位信号和提前唤醒中断的6位计数器。
- 产生复位条件:
- 当递减计数器值从 0x40 减到 0x3F 时复位(即T6位跳变到0)
- 计数器的值大于 W[6:0] 值时喂狗会复位。
- 产生中断条件:
- 当递减计数器等于 0x40 时可产生提前唤醒中断 (EWI)。
- 在窗口期内重装载计数器的值,防止复位,也就是所谓的喂狗。
窗口看门狗工作原理
控制寄存器
配置寄存器
状态寄存器
超时时间计算
- Tout 是 WWDG 超时时间(没喂狗)
- Fwwdg 是 WWDG 的时钟源频率(最大36M)
- 4096 是 WWDG 固定的预分频系数
- 2^WDGTB 是 WWDG_CFR 寄存器设置的预分频系数值
- T[5:0] 是 WWDG 计数器低 6 位,最多 63
4. 窗口看门狗实验(344.48)
- 需求: 开启窗口看门狗,计数器值设置为 0X7F ,窗口值设置为 0X5F ,预分频系数为 8 。程序启动时点亮 LED1 ,
300ms 后熄灭。在提前唤醒中断服务函数进行喂狗,同时翻转 LED2 状态。
- 硬件接线:
- LED1 – PB8
- LED2 – PB9
- 超时时间计算(ms): 预分频系数=8,T[6:0]=127,W[6:0]=95,Fwwdg=36MHz=36000kHz
- WWDG配置:
- 代码(19.wwdg_test/MDK-ARM)
void HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)
{
HAL_WWDG_Refresh(hwwdg);//提前唤醒中断:喂狗
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_9);//喂狗之后翻转led的状态
}
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay(300);
//HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
MX_WWDG_Init();
while (1)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(40);
}
}
5. 独立看门狗和窗口看门狗异同点(345.49)
6. DMA介绍
什么是DMA?
- 令人头秃的描述:
- DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问) 提供在外设与内存、存储器和存储器、外设与外设之间的高速数据传输使用。
- 它允许不同速度的硬件装置来沟通,而不需要依赖于 CPU,在这个时间中,CPU 对于内存的工作来说就无法使用。
- 简单描述:就是一个数据搬运工
DMA的意义
- 代替 CPU 搬运数据,为 CPU 减负。
- 数据搬运的工作比较耗时间;
- 数据搬运工作时效要求高(有数据来就要搬走);
- 没啥技术含量(CPU 节约出来的时间可以处理更重要的事)。
搬运什么数据?
- 存储器、外设
这里的外设指的是 spi、usart、iic、adc 等基于 APB1 、APB2 或 AHB 时钟的外设,而这里的存储器包括自身的闪存(flash)或者内存(SRAM)以及外设的存储设备都可以作为访问地源或者目的。
- 三种搬运方式:
- 存储器→存储器(例如:复制某特别大的数据 buf)
- 存储器→外设 (例如:将某数据 buf 写入串口 TDR 寄存器)
- 外设→存储器 (例如:将串口 RDR 寄存器写入某数据 buf)
存储器→存储器
存储器→外设
外设→存储器
DMA 控制器
- STM32F103 有 2 个 DMA 控制器,DMA1 有 7 个通道,DMA2 有 5 个通道。
- 一个通道每次只能搬运一个外设的数据。如果同时有多个外设的 DMA 请求,则按照优先级进行响应。
- DMA1 有 7 个通道:
- DMA2 有 5 个通道:
DMA及通道的优先级
- 优先级管理采用软件+硬件:
- 软件: 每个通道的优先级可以在 DMA_CCRx 寄存器中设置,有 4 个等级
最高级 > 高级 > 中级 > 低级 - 硬件: 如果 2 个请求,它们的软件优先级相同,则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权。
比如:如果软件优先级相同,通道 2 优先于通道 4
- 软件: 每个通道的优先级可以在 DMA_CCRx 寄存器中设置,有 4 个等级
DMA传输方式
- DMA_Mode_Normal(正常模式)
- 一次 DMA 数据传输完后,停止 DMA 传送 ,也就是只传输一次
- DMA_Mode_Circular(循环传输模式)
当传输结束时,硬件自动会将传输数据量寄存器进行重装,进行下一轮的数据传输。 也就是多次传输
模式
指针递增模式
- 外设和存储器指针在每次传输后可以自动向后递增或保持常量。当设置为增量模式时,下一个要传输的地址
将是前一个地址加上增量值。
7. DMA实验1(内存到内存)
实验要求和配置
- 使用 DMA 的方式将数组 A 的内容复制到数组 B 中,搬运完之后将数组 B 的内容打印到屏幕。
- STM32CubeMx工程配置
- 重定向 printf 的话记得将下面这个勾打开:
用到的库函数
HAL_DMA_Start
HAL_StatusTypeDef HAL_DMA_Start(DMA_HandleTypeDef *hdma, uint32_t SrcAddress,
uint32_t DstAddress, uint32_t DataLength)
参数一:DMA_HandleTypeDef *hdma,DMA通道句柄
参数二:uint32_t SrcAddress,源内存地址
参数三:uint32_t DstAddress,目标内存地址
参数四:uint32_t DataLength,传输数据长度。注意:需要乘以sizeof(uint32_t)
返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
__HAL_DMA_GET_FLAG
#define __HAL_DMA_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (DMA1->ISR & (__FLAG__))
参数一:HANDLE,DMA通道句柄
参数二:FLAG,数据传输标志。DMA_FLAG_TCx表示数据传输完成标志
返回值:FLAG的值(SET/RESET)
代码实现
- 开启数据传输
- 等待数据传输完成
- 打印数组内容
- 代码(20.dma_test1/MDK-ARM)
#define BUF_SIZE 16
// 源数组
uint32_t srcBuf[BUF_SIZE] = {
0x00000000,0x11111111,0x22222222,0x33333333,
0x44444444,0x55555555,0x66666666,0x77777777,
0x88888888,0x99999999,0xAAAAAAAA,0xBBBBBBBB,
0xCCCCCCCC,0xDDDDDDDD,0xEEEEEEEE,0xFFFFFFFF
};
// 目标数组
uint32_t desBuf[BUF_SIZE];
int fputc(int ch, FILE *f)
{
unsigned char temp[1]={ch};
HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);
return ch;
}
int main(void)
{
int i = 0;
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_USART1_UART_Init();
// 开启数据传输
HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem_dma1_channel1,
(uint32_t)srcBuf, (uint32_t)desBuf, sizeof(uint32_t) * BUF_SIZE);
// 等待数据传输完成
while(__HAL_DMA_GET_FLAG(&hdma_memtomem_dma1_channel1, DMA_FLAG_TC1) == RESET);
// 打印数组内容
for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++)
printf("Buf[%d] = %x\r\n", i, desBuf[i]);//x大/小写即输出大/小写
}
8. DMA实验2(内存到外设)
实验要求和配置
- 使用DMA的方式将内存数据搬运到串口1发送寄存器,同时闪烁LED1。
- STM32CubeMx工程配置
用到的库函数
HAL_UART_Transmit_DMA
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,
uint16_t Size)
参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
参数二:uint8_t *pData,待发送数据首地址
参数三:uint16_t Size,待发送数据长度
返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
代码实现
- 准备数据
- 将数据通过串口DMA发送
- 代码(20.dma_test2/MDK-ARM)
#define BUF_SIZE 1000
// 待发送的数据
unsigned char sendBuf[BUF_SIZE];
int main(void)
{
int i = 0;
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_USART1_UART_Init();
// 准备数据
for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++)
sendBuf[i] = 'B';
// 将数据通过串口DMA发送
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, sendBuf, BUF_SIZE);
while (1)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);
HAL_Delay(100);
}
}
9. DMA实验3(外设到内存)
实验要求和配置
- 使用 DMA 的方式将串口接收缓存寄存器的值搬运到内存中,同时闪烁 LED1。
- STM32CubeMx工程配置
用到的库函数
__HAL_UART_ENABLE
#define __HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__) ((((__INTERRUPT__) >> 28U)
== UART_CR1_REG_INDEX)? ((__HANDLE__)->Instance->CR1 |= ((__INTERRUPT__) &
UART_IT_MASK)): \
(((__INTERRUPT__) >> 28U)
== UART_CR2_REG_INDEX)? ((__HANDLE__)->Instance->CR2 |= ((__INTERRUPT__) &
UART_IT_MASK)): \
((__HANDLE__)->Instance-
>CR3 |= ((__INTERRUPT__) & UART_IT_MASK)))
参数一:HANDLE,串口句柄
参数二:INTERRUPT,需要使能的中断
返回值:无
2. HAL_UART_Receive_DMA
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,
uint16_t Size)
参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
参数二:uint8_t *pData,接收缓存首地址
参数三:uint16_t Size,接收缓存长度
返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
3. __HAL_UART_GET_FLAG
#define __HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (((__HANDLE__)->Instance->SR &
(__FLAG__)) == (__FLAG__))
参数一:HANDLE,串口句柄
参数二:FLAG,需要查看的FLAG
返回值:FLAG的值
4. __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG
#define __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(__HANDLE__) __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(__HANDLE__)
参数一:HANDLE,串口句柄
返回值:无
5. HAL_UART_DMAStop
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart)
参数一:UART_HandleTypeDef *huart,串口句柄
返回值:HAL_StatusTypeDef,HAL状态(OK,busy,ERROR,TIMEOUT)
6. __HAL_DMA_GET_COUNTER
#define __HAL_DMA_GET_COUNTER(__HANDLE__) ((__HANDLE__)->Instance->CNDTR)
参数一:HANDLE,串口句柄
返回值:未传输数据大小
代码实现
- 如何判断串口接收是否完成?如何知道串口收到数据的长度?
- 使用串口空闲中断(IDLE)!
- 串口空闲时,触发空闲中断;
- 空闲中断标志位由硬件置1,软件清零
- 利用串口空闲中断,可以用如下流程实现DMA控制的任意长数据接收:
- 使能 IDLE 空闲中断;
- 使能 DMA 接收中断;
- 收到串口接收中断,DMA 不断传输数据到缓冲区;
- 一帧数据接收完毕,串口暂时空闲,触发串口空闲中断;
- 在中断服务函数中,清除中断标志位,关闭DMA传输(防止干扰);
- 计算刚才收到了多少个字节的数据。
- 处理缓冲区数据,开启DMA传输,开始下一帧接收。
- 有三个文件需要修改:
- main.c
uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE]; // 接收数据缓存数组
uint8_t rcvLen = 0; // 接收一帧数据的长度
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE); // 使能IDLE空闲中断
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rcvBuf,100); // 使能DMA接收中断
while (1)
{
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);
HAL_Delay(300);
}
- main.h
#define BUF_SIZE 100
- stm32f1xx_it.c
extern uint8_t rcvBuf[BUF_SIZE];
extern uint8_t rcvLen;
void USART1_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
/* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) == SET) // 判断IDLE标志位是否被置位
{
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);// 清除标志位
HAL_UART_DMAStop(&huart1); // 停止DMA传输,防止干扰
uint8_t temp=__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
rcvLen = BUF_SIZE - temp; //计算数据长度
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rcvBuf, rcvLen);//发送数据
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rcvBuf, BUF_SIZE);//开启DMA
}
/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}