【STM32】知识点介绍九：看门狗功能

文章目录

• 一、简介
• • 1.IWDG简介
  • 2.工作原理剖析
  • 3.看门狗异常事件
  • 4.窗口看门狗
• 二、IWDG功能框图
• • 1.独立看门狗时钟
  • 2.计数器时钟
  • 3.计数器
  • 4.重装载寄存器
  • 5.键寄存器
  • 6.状态寄存器
• [三、IWDG 代码实现全流程](#三、IWDG 代码实现全流程)
• • 1.初始化配置
  • 2.设置重装载值
  • 3.重载计数值喂狗
• 四、完整代码
• • 1.独立看门狗初始化
  • 2.喂狗操作
  • 3.窗口看门狗
• 五、常见问题与解答

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一、简介

1.IWDG简介

  STM32有两个看门狗，一个是独立看门狗另外一个是，窗口看门狗，独立看门狗号称宠物狗，窗口看门狗号称警犬。独立看门狗用通俗一点的话来解释就是一个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。看门狗功能由 VDD 电压域供电，在停止模式和待机模式下仍能工作。

2.工作原理剖析

  STM32 的独立看门狗（IWDG）由内部专门的低速时钟（LSI，Low Speed Internal clock）驱动 ，这是其最为显著的特点之一。LSI 时钟频率通常在 32kHz 左右（实际频率可能在一定范围内波动，但在计算和应用中一般近似为 32kHz），这种独立性使得 IWDG 即使在主时钟发生故障的情况下，依然能够稳定工作，为系统的可靠性提供了坚实的后盾。

  其工作机制可以简单理解为一个倒计时器。当独立看门狗被启用后，一个 12 位的递减计数器会从初始设定的复位值（通常是 0xFFF，即 4095）开始向下递减计数。在系统正常运行时，程序需要在计数器的值减到 0 之前，向独立看门狗发送一个 "喂狗" 信号，这个操作也被称为 "刷新看门狗" 。具体的实现方式是向特定的寄存器（键值寄存器 IWDG_KR）写入特定的值（0xAAAA），这样就会将重装载寄存器 IWDG_RLR 中的值重新加载到计数器中，使得计数器重新开始从设定的重载值递减计数，从而避免看门狗超时产生复位信号。

  如果程序因为某些异常情况，比如受到外界干扰导致程序跑飞，或者进入死循环等，无法按时向独立看门狗发送喂狗信号，那么计数器就会一直递减，当计数值到达 0 时，独立看门狗就会认为系统出现了故障，进而产生一个复位信号（IWDG_RESET），这个复位信号会将整个 STM32 系统复位，使得系统重新启动，回到初始状态，就像给系统做了一次 "重启治疗"，让系统有机会从错误状态中恢复过来 。

3.看门狗异常事件

序号	独立看门狗	窗口看门狗
1	出现程序跑飞	软件逻辑出现错误
2	出现死循环	死机
3	睡眠不合理时	死循环
4	休眠不合理	软件执行不按预期效果执行
5	外部主晶振坏掉	软件需要重新复位下但是需要数据恢复
6	需要从新复位系统，不保留任何数据	喂狗太快--复位，喂狗太慢--复位，迟了喂狗，还可以有中断喂狗

4.窗口看门狗

  在系统复位后，看门狗总是处于关闭状态。可通过设置 WWDG_CR 寄存器中的 WDGA 位来使能看门狗，之后除非执行复位操作，否则不能再次关闭。

.窗口看门狗的时钟频率1281Hz，每进行减一计数，所花的时间
     T=1/f=1/1281Hz≈780.6us

.从127减到80，要进行47次的计数，所花的时间
     T=780.6us * 47 =36.69ms

.从127减到0x3F，要进行64次的计数，所花的时间
     T=780.6us * 63 =49.96ms

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二、IWDG功能框图

1.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。LSI的频率一般在30~60KHZ之 间，根据温度和工作场合会有一定的漂移，我们一般取32KHZ，所以独立看门狗的定时时间并不一定非常精确，只适用于对时间精度要求比较低的场合。

2.计数器时钟

  递减计数器的时钟由LSI经过一个8位的预分频器得到，我们可以操作预分频器寄存器IWDG_PR来设置分频因子，分频因子可以是：4,8,16,32,64,128,256,256，计数器时钟CK_CNT= 40/ 4*2^PRV，一个计数器时钟计数器就减一。

3.计数器

  独立看门狗的计数器是一个12位的递减计数器，最大值 为0XFFF，当计数器减到0时，会产生一个复位信号:IWDG_RESET，让程序重新启动运行，如果在计数器减到0之前刷新了计数器的值的话，就不会产生复位信号，重新刷新计数器值的这个动作我们俗称喂狗。

4.重装载寄存器

  重装载寄存器是一个12位的寄存器，里面装着要刷新到计数器的值，这个值的大小决定着独立看门狗的溢出时间。超时时间Tout = (4*2^prv) / 40 * rlv (s)，prv是预分频器寄存器的值，rlv是重装载寄存器的值。

5.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。

  通过写往键寄存器写0XCCC来启动看门狗是属于软件启动的方式，一旦独立看门狗启动，它就关不掉，只有复位才能关掉

键值	键值作用
0xAAAA	把RLR的值重装载到CNT
0x5555	PR和RLR这两个寄存器可写
0xCCCC	启动IWDG

6.状态寄存器

  状态寄存器SR只有位0：PVU和位1：RVU有效，这两位只能由硬件操作，软件操作不了。RVU：看门狗计数器重装载值更新，硬件置1表示重装载值的更新正在进行中，更新完毕之后由硬件清0。PVU: 看门狗预分频值更新，硬件置'1'指示预分频值的更新正在进行中，当更新完成后，由硬件清0。所以只有当RVU/PVU等于0的时候才可以更新重装载寄存器/预分频寄存器。

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三、IWDG 代码实现全流程

1.初始化配置

  ①.取消寄存器写保护 ：在对独立看门狗的预分频寄存器（IWDG_PR）和重装载寄存器（IWDG_RLR）进行配置之前，需要先取消对这两个寄存器的写保护。在 HAL 库中，可以通过调用__HAL_IWDG_ENABLE_WRITE_ACCESS(&hiwdg);函数来实现这一操作，其中hiwdg是IWDG_HandleTypeDef类型的结构体变量，用于表示独立看门狗的句柄，通过这个句柄可以访问和操作独立看门狗的相关寄存器和功能 。

  ②.设置预分频系数：预分频系数决定了独立看门狗计数器的时钟分频，从而影响看门狗的计时精度和超时时间。例如，如果希望看门狗的计时精度较高，超时时间较短，可以选择较小的预分频系数；反之，如果希望超时时间较长，可以选择较大的预分频系数 。

2.设置重装载值

  重装载值是独立看门狗计数器的初始值，当计数器递减到 0 时，如果还没有进行喂狗操作，就会触发系统复位 。重装载值的大小与预分频系数一起决定了看门狗的超时时间。计算超时时间的公式为Tout = ((4×2^prer) ×rlr) / LSI_freq ，其中Tout是超时时间，prer是预分频值，rlr是重装载值，LSI_freq是 LSI 时钟频率（约 32kHz） 。例如，设置重装载值为 625，结合前面设置的预分频系数 64，代入公式计算可得超时时间约为 1 秒（Tout = ((4×2^6) ×625) / 32000 = 1s） 。设置重装载值的代码如下：

hiwdg.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_64;
hiwdg.Init.Reload = 625;

3.重载计数值喂狗

  在完成预分频系数和重装载值的设置后，需要进行一次喂狗操作，即将重装载值加载到计数器中，使计数器从初始值开始递减计数 。在 HAL 库中，可以通过调用HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);函数来实现喂狗操作，确保看门狗在初始化后不会立即触发复位 。

  启动看门狗：完成上述配置后，最后一步是启动独立看门狗，使其开始工作。在 HAL 库中，调用HAL_IWDG_Init(&hiwdg);函数即可启动独立看门狗，该函数会根据之前设置的参数对独立看门狗进行初始化并启动 。

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四、完整代码

1.独立看门狗初始化

void MX_IWDG_Init(void)
{
	IWDG_HandleTypeDef hiwdg;
	hiwdg.Instance = IWDG;
	hiwdg.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_64;
	hiwdg.Init.Reload = 625;

	// 取消寄存器写保护
	__HAL_IWDG_ENABLE_WRITE_ACCESS(&hiwdg);
	if (HAL_IWDG_Init(&hiwdg) != HAL_OK)
	{
		// 初始化失败处理
		Error_Handler();
	}

	// 喂狗操作
	HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);
}

2.喂狗操作

  喂狗操作在程序运行过程中至关重要，它是确保系统正常运行，避免看门狗超时复位的关键步骤。在主循环或关键代码段中，需要定期进行喂狗操作，以表明系统正在正常运行 。在 HAL 库中，喂狗操作非常简单，只需要调用HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);函数即可，其中hiwdg是独立看门狗的句柄 。例如，在主循环中进行喂狗操作的代码如下：

int main(void)
{
	// 初始化代码
	HAL_Init();
	SystemClock_Config();
	MX_GPIO_Init();
	MX_IWDG_Init();

	while (1)
	{
		// 模拟系统任务
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
		HAL_Delay(500);

		// 喂狗操作
		HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);
	}
}

  在上述代码中，主循环中每隔 500 毫秒翻转一次 PC13 引脚上的 LED 状态，模拟系统的正常任务执行，同时在每次循环中调用HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);函数进行喂狗操作，确保看门狗不会因为超时触发复位 。如果喂狗时机不当，比如长时间没有进行喂狗操作，当看门狗计数器递减到 0 时，就会触发系统复位，导致系统重新启动 。例如，如果在某个关键代码段中，由于程序逻辑错误或其他原因导致喂狗操作被遗漏，那么看门狗就会在超时后将系统复位 。所以，在编写程序时，一定要仔细规划喂狗的时机和频率，确保系统能够稳定运行。

3.窗口看门狗

（1）检查复位状态，有助于观察当前工作的可靠性

	/* 检查是否窗口看门狗导致的复位，如果发现由窗口看门狗导致的复位，输出打印信息 */
	if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_WWDGRST) != RESET)
	{ 
		/* WWDGRST flag set */
		printf("wwdg reset cpu\r\n");

		/* Clear reset flags */
		RCC_ClearFlag();
	}
	else
	{
		/* WWDGRST flag is not set */
		printf("normal reset cpu\r\n");
	}
	
	delay_ms(500);
	delay_ms(500);

（2）窗口看门狗的初始化

	/* 窗口看门狗的配置 */
	/* 使能窗口看门狗的时钟 */
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG, ENABLE);

	/* 窗口看门狗的时钟 = (PCLK1 (42MHz)/4096)/8 = 1281 Hz (~780 us)  */
	WWDG_SetPrescaler(WWDG_Prescaler_8);

	/* 设置窗口的上限值为80 */
	WWDG_SetWindowValue(80);

	/* 设置计数值的初值为127，则窗口看门狗的最大超时时间 = 780 us * 64 = 49.92 ms 
		这个时候窗口刷新时间如下
     ~780 * (127-80) = 36.66ms < refresh window < ~780 * 64 = 49.9ms */
	WWDG_Enable(127);

	//WWDG NVIC 配置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = WWDG_IRQn;			//窗口看门狗中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;		//抢占优先级0
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;		//子优先级0
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);					//根据指定的参数初始化VIC寄存器	
	//清空提前唤醒中断标志位
	WWDG_ClearFlag();
	
	//使能提前唤醒中断
	WWDG_EnableIT();

（3）看门狗中断服务函数

void WWDG_IRQHandler(void)
{
	if(WWDG_GetFlagStatus()==SET)
	{
		//进行喂狗
		WWDG_SetCounter(127);

		//清空提前唤醒中断标志位
		WWDG_ClearFlag();
	}
}

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五、常见问题与解答

1.什么是看门狗？STM32 有哪两种看门狗？

  看门狗（WatchDog）是一个硬件定时器，作用是监控程序运行状态，防止程序跑飞、死机、死循环。当程序异常无法 "喂狗" 时，看门狗溢出会自动复位单片机，让系统恢复正常。

  STM32 有两种看门狗：IWDG 独立看门狗、WWDG 窗口看门狗

2. IWDG 和 WWDG 的核心区别?

特性	IWDG 独立看门狗	WWDG 窗口看门狗
时钟源	独立 RC 振荡器（LSI）	系统时钟 PCLK1
是否独立	独立于主时钟，主时钟失效仍工作	依赖系统时钟，时钟失效则失效
复位条件	计数器减到 0 就复位	计数器 < 0x40 复位；提前喂狗（< 窗口下限）复位
功能	单纯防死机	防死机 + 检测程序执行时间异常
中断	无中断，只能复位	有早期唤醒中断（EWI）
使用场景	绝大多数产品通用	精准监控程序执行周期

3.WWDG 的 "窗口" 是什么意思？为什么不能提前喂狗？

  WWDG 有上窗口值和下窗口值（固定 0x40）：

1. 只能在窗口内喂狗：计数器 <上窗口，且> 0x40
2. 提前喂狗（计数器 > 上窗口）→ 直接复位
3. 超时喂狗（计数器 < 0x40）→ 直接复位

  不仅监控程序死机，还能监控程序执行速度是否异常（比如中断抢占、代码跑飞导致执行过快 / 过慢）。

4.看门狗可以软件关闭吗？

• IWDG：一旦启动，无法软件关闭，只能硬件复位
• WWDG：可以通过寄存器关闭（实际产品一般不关闭）

5.什么时候用 IWDG，什么时候用 WWDG？

• IWDG：90% 产品使用，要求高可靠、简单，只需要防死机
• WWDG：对程序执行时间精度要求高，需要监控程序是否跑飞、执行过快 / 过慢

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PS：

1. STM32 两种看门狗：IWDG（独立）、WWDG（窗口）
2. IWDG 时钟：LSI 独立时钟，最可靠，无法关闭
3. WWDG 时钟：PCLK1，有窗口限制，可监控执行时间
4. 喂狗必须放主循环，不能放中断
5. IWDG 超时公式：重装载值 × 分频 / 32000
6. 看门狗作用：防死机、跑飞、死循环，自动复位

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