MCU开发学习记录16* - 看门狗学习与实践(HAL库) - IWDG与WWDG -STM32CubeMX

名词解释：

IWDG：Independent watchdog
WWDG：Window watchdog
LSE：​Low-Speed External Clock​

统一文章结构（数字后加*）：

        第一部分： 阐述外设工作原理；第二部分：芯片参考手册对应外设的学习；第三部分：使用STM32CubeMX进行外设初始化；第四部分：添加应用代码；第五部分：附上本篇文章的工程代码的下载地址。

        本文将介绍IWDG、WWDG的相关概念以及STM32CubeMX生成IWDG、WWDG的配置函数，实现用IWDG、WWDG的监控程序。
        两者之间的主要区别是独立看门狗，可以在超时发生之前的任何时候重置，但是窗口看门狗只能在特定时间窗口中重置。

下面是引用野火手册的内容（IWDG 与 WWDG 区别 ）：
        RLR 是重装载寄存器，用来设置独立看门狗的计数器的值。TR 是窗口看门狗的计数器的值，由用户独立设置，WR 是窗口看门狗的上窗口值，由用户独立设置。

一、什么是IWDG？

1.1 IWDG 简介

1.1.1 IWDG介绍

        IWDG 是嵌入式系统中用于 ​检测和恢复程序异常运行​ 的硬件模块，核心功能是防止系统因意外干扰或软件错误导致“死机”。注意开启IWDG后，只有复位才能关闭。

1. IWDG的全称：
        Independent watchdog - 独立看门狗

2. IWDG的本质：
        能产生系统复位信号的计数器。

3. IWDG的特性：
        · 递减的计数器
        · 时钟由独立的RC振荡器提供（可在待机和停止模式下运行）
        · 看门狗被激活后，当递减计数器计数到0x000时产生复位

4. 喂狗：
        在计数器计数到0之前，重装载计数器的值，防止复位。

1.1.2 IWDG作用

        独立看门狗是异常处理的最后手段，不可依赖，应在设计时尽量避免异常的发生！

1. IWDG 主要针对以下两类异常：

        · 外界干扰​：电磁干扰（EMI）、电源波动等外部因素导致 CPU 程序跑飞（如跳转到错误地址或卡死在循环中）。

        · ​系统自身异常​：硬件故障（如时钟失效）或软件缺陷（如堆栈溢出、死锁）导致程序无法正常执行。

2. IWDG 核心作用：

        · 程序跑飞检测​：IWDG 通过 ​定时计数器​ 机制工作，若主程序未按时“喂狗”（重置计数器），则判定系统异常，触发复位。

        · ​自动恢复系统​：超时未喂狗时，IWDG 强制硬件复位 CPU，使系统从初始状态重新运行，避免永久性死机。

3. IWDG 应用场景：

        · 高稳定性需求​：工业控制、医疗设备、汽车电子等对系统可靠性要求高的领域。

        · 时间精度要求低​：IWDG 的时钟通常由独立低速 RC 振荡器（如 32kHz）提供，复位时间误差较大，适合对时序不敏感的场景。

1.2 IWDG 硬件介绍

1.2.1 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。

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. 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（看门狗计数器重载值更新（Watchdog counter reload value update））：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（看门狗预分频器值更新（Watchdog prescaler value update））：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。

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. 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。

6. 键寄存器 （IWDG_KR） ：

1.2.2 IWDG 寄存器配置流程

1. 通过在键寄存器 (IWDG_KR) 中写入 0xCCCC 来使能 IWDG。
2. 通过在键寄存器 (IWDG_KR) 中写入 0x5555 来使能寄存器访问。
3. 通过将预分频器寄存器 (IWDG_PR) 编程为 0~7 中的数值来配置预分频器。
4. 对重载寄存器 (IWDG_RLR) 进行写操作。
5. 等待寄存器更新 (IWDG_SR = 0x0000 0000)。
6. 刷新计数器值为 IWDG_RLR 的值 (IWDG_KR = 0xAAAA)。

1.2.3 IWDG 溢出时间计算

引用正点原子PPT内容：

1.2.4 IWDG 最短时间/最长时间 超时时间

根据原理图可以得知，MCU的LSE

二、什么是WWDG？

2.1 WWDG 简介

2.1.1 WWDG介绍

        WWDG（窗口看门狗）是嵌入式系统中用于监控程序执行的硬件模块，其核心功能是确保程序在预定的时间窗口内执行特定操作，以防止因软件错误或意外干扰导致的异常运行。

1. WWDG的全称：
        Window watchdog，即窗口看门狗

2. WWDG的本质：
        能产生系统复位信号和提前唤醒中断的计数器

3. WWDG的特性：（具有上下限）
        · 递减的计数器
        · 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
        · 提前唤醒中断 (EWI)：当递减计数器等于 0x40 时可产生

4. 喂狗：
       在窗口期内重装载计数器的值，防止复位

2.1.2 WWDG作用

        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。

        需要精准检测程序运行时间的场合。

2.1.3 WWDG工作原理

来源于正点原子PPT：W[6:0] - 0x40

2.2 WWDG 硬件介绍

2.2.1 WWDG时钟源

2.2.2 WWDG硬件框图

1. 窗口看门狗时钟
        窗口看门狗时钟来自 PCLK1，PCLK1 最大是 42M，由 RCC 时钟控制器开启。

2. 计数器时钟
        计数器时钟由 CK 计时器时钟经过预分频器分频得到，分频系数由配置寄存器 CFR 的位8:7 WDGTB[1:0] 配置，可以是 [0,1,2,3]，其中 CK 计时器时钟 =PCLK1/4096，除以 4096 是手册 规定的,所以计数器的时钟 CNT_CK=PCLK1/4096/(2^WDGTB)。
        这就可以算出计数器减一个数的时间 T= 1/CNT_CK = Tpclk1 * 4096 * (2^WDGTB)。

3. 计数器
        位 7 WDGA：WWDG激活位 (Activation bit) - 0:禁止看门狗；1:使能看门狗
        窗口看门狗（WWDG）通过一个7位递减计数器（T[6:0]）来监控程序的运行状态，其计数值范围为0X40到0X7F（即64到127）。其工作流程如下：
        · 计数器从127的值递减到64是程序的正常运行窗口，需在此期间“喂狗”以重置计数器。
        · 如果计数器递减到0X40，可以通过启用提前唤醒中断（EWI置1）触发“死前中断”，让程序执行紧急任务。
        · 若未“喂狗”且计数器进一步递减到0X3F，则触发系统复位，强制恢复正常运行。

4. 窗口值
        7位递减计数器的控制寄存器CR的T[6:0]中实现监控，并在程序异常时触发复位或中断。
        · 计数器范围：从最大值0X7F（127）递减到0X40（64）。
        · 窗口范围：W[6:0]  - 0X40之间 进行喂狗
        · 复位触发：当计数器递减到0X3F（63）时，触发系统复位。
        · 监控目的：确保程序在规定时间窗口内完成“喂狗”操作（即重置计数器）。

2.2.3 WWDG 配置流程

1. WWDG工作参数初始化：HAL_WWDG_Init ()
2. WWDG Msp初始化：HAL_WWDG_MspInit ()        配置NVIC、CLOCK等
3. 设置优先级，使能中断：HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnableIRQ()
4. 编写中断服务函数：WWDG_IRQHandler() →HAL_WWDG_IRQHandler
5. 重定义提前唤醒回调函数：HAL_WWDG_EarIyWakeupCallback ()
6. 在窗口期内喂狗：HAL_WWDG_Refresh ()

2.2.4 WWDG 溢出时间计算

引用正点原子PPT内容：

2.2.5 WWDG 最短时间/最长时间 超时时间

三、基于HAL库配置 I/W WDG

3.1 基于HAL库配置 IWDG

3.1.1 STM32CubeMX配置IWDG（下图设置喂狗时间为2s左右）

3.1.2 IWDG使用

3.2 基于HAL库配置 WWDG

3.2.1 STM32CubeMX配置WWDG

超时时间：

      T = (4096 * 2^WWDG_SCKPSC(2) * (T[5:0](95-64)+1)) / F_WWDG(42M)
           = 12.4ms

3.2.2 WWDG使用

3.3 补充

3.3.1 IWDG获取当前状态值

IWDG 的计数器值无法直接通过寄存器读取（硬件设计限制）。

野火例程给出检查RCC_CSR 的 IWDGRSTF位 查看复位是否由独立看门狗引起。

/* 检查是否为独立看门狗复位 */
if (__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_IWDGRST) != RESET) {/* 独立看门狗复位 *//* 亮红灯 */LED_RED;/* 清除标志 */__HAL_RCC_CLEAR_RESET_FLAGS();/* 如果一直不喂狗，会一直复位，加上前面的延时，会看到红灯闪烁在 1s 时间内喂狗的话，则会持续亮绿灯 */
} else {/* 不是独立看门狗复位 (可能为上电复位或者手动按键复位之类的) *//* 亮蓝灯 */LED_BLUE;
}

3.3.2 WWDG获取当前状态值

1. 获取 WWDG 计数器当前值

uint8_t Get_WWDG_Counter(void) {return (WWDG->CR & 0x7F);  // 返回当前计数器值（范围 0x40~0x7F）
}

2. 获取 WWDG 窗口值

uint8_t Get_WWDG_WindowValue(void) {return (WWDG->CFR & 0x7F);  // 返回窗口值（范围 0x40~0x7F）
}

四、本文的工程文件下载链接

工程Github下载链接：https://github.com/chipdynkid/MCU-DL-STM32
（国内）工程Gitcode下载链接https://gitcode.com/chipdynkid/MCU-DL-STM32