前言：为什么需要看门狗？
在嵌入式开发中，我们经常会遇到这样的问题：程序明明在实验室调试时运行正常，但一到现场就会不定期"死机"；或者受到强电磁干扰后，程序进入异常状态无法恢复。这些问题的根源往往是程序跑飞——由于指针越界、栈溢出、中断异常等原因，CPU脱离了正常的执行流程，陷入死循环或无效指令中。
此时，看门狗（WatchDog） 就成了最后的"救命稻草"。看门狗本质上是一个定时器，它的核心逻辑是：如果程序在规定时间内没有"喂狗"（重置定时器），就触发系统复位，强制程序重新启动，从而恢复正常运行。
STM32系列MCU提供了两种看门狗外设：
独立看门狗（IWDG）：由独立低速时钟（LSI）驱动，不受主时钟影响，适合监控整个系统的运行
窗口看门狗（WWDG）：由APB1时钟驱动，具有时间窗口特性，适合监控程序在特定时间段内的运行状态
本文将从原理到实战，详细讲解两种看门狗的工作机制、配置方法和实战技巧，帮助大家彻底掌握STM32看门狗的使用。
一、看门狗核心原理：定时喂狗与超时复位
无论IWDG还是WWDG，其核心原理都是**“定时检查+强制复位”**，具体流程如下：
初始化看门狗：设置超时时间（超过该时间未喂狗则复位）
启动看门狗：定时器开始倒计时
正常运行时喂狗：程序在超时前通过特定操作重置定时器（喂狗），避免复位
程序异常时：若超时未喂狗，看门狗触发复位信号，系统重启
这个过程类似我们给植物浇水：如果在植物枯萎前浇水（喂狗），植物就能存活；如果忘记浇水（超时），植物就会死亡（系统复位）。
二、独立看门狗（IWDG）：不受主时钟影响的"独立卫士"
2.1 IWDG的核心特性
独立看门狗（Independent WatchDog）是STM32中最常用的看门狗，其核心特性如下：
独立时钟源：由内部低速时钟（LSI，约40kHz）驱动，与系统主时钟（HSE、PLL等）完全独立，即使主时钟故障仍能正常工作
不可屏蔽：一旦启动，无法通过软件关闭，只能通过复位停止
超时时间可调：通过预分频器和重装载值设置，超时范围从约128μs到约32秒（具体取决于型号）
适用场景：监控整个系统的运行状态，尤其适合对可靠性要求高的场景（如工业控制、汽车电子）
2.2 IWDG的硬件结构
IWDG的硬件结构主要包括以下部分：
预分频器（Prescaler）：对LSI时钟分频，降低计数频率
计数器（Downcounter）：从预设的重装载值开始递减计数
重装载寄存器（RLR）：存储计数器的初始值（喂狗时会将该值重新加载到计数器）
键寄存器（KR）：通过写入特定值控制IWDG（启动、喂狗、解锁配置）
其工作流程如图1所示：
启动IWDG后，计数器从RLR的值开始以分频后的频率递减
当计数器减到0时，触发系统复位
喂狗时，计数器重新加载RLR的值，重新开始计数
2.3 IWDG关键寄存器详解
（1）键寄存器（IWDG_KR）
这是一个只写寄存器，通过写入不同的值实现不同功能：
写入0xCCCC：启动IWDG（一旦写入，无法停止，除非复位）
写入0xAAAA：喂狗（将RLR的值重新加载到计数器，防止超时）
写入0x5555：解锁PR和RLR寄存器（允许修改配置）
（2）预分频寄存器（IWDG_PR）
用于设置预分频系数，控制计数器的递减频率，共4种可选值：
（3）重装载寄存器（IWDG_RLR）
存储计数器的初始值，范围为0~0xFFF（4095）。计数器从该值开始递减，每步时间由预分频后的频率决定。
2.4 IWDG超时时间计算
超时时间（即计数器从RLR值减到0的时间）计算公式：
超时时间 = (4 × 2^PR) × RLR / LSI频率
其中：
PR是预分频器的值（0~6，对应表1中的位[2:0]）
RLR是重装载寄存器的值（1~4095）
LSI频率默认约为40kHz（实际可能有±30%误差，需注意）
示例：当PR=2（预分频系数16），RLR=1000时：
超时时间 = (4 × 2^2) × 1000 / 40000 = (4×4)×1000/40000 = 16×1000/40000 = 0.4秒 = 400ms
2.5 IWDG配置步骤（HAL库）
使用HAL库配置IWDG的步骤如下：
步骤1：解锁PR和RLR寄存器
由于PR和RLR默认是锁定的，需要先写入0x5555到KR寄存器解锁：
HAL_IWDG_EnableWriteAccess(&hiwdg); // 内部实现：IWDG->KR = 0x5555;
步骤2：设置预分频系数和重装载值
根据所需超时时间计算PR和RLR，通过HAL_IWDG_Init函数配置：
IWDG_HandleTypeDef hiwdg;
hiwdg.Instance = IWDG;
hiwdg.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_16; // 预分频系数16
hiwdg.Init.Reload = 1000; // 重装载值1000
if (HAL_IWDG_Init(&hiwdg) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
步骤3：启动IWDG
写入0xCCCC到KR寄存器启动看门狗：
HAL_IWDG_Start(&hiwdg); // 内部实现：IWDG->KR = 0xCCCC;
步骤4：定时喂狗
在程序正常运行的地方（如主循环）定期写入0xAAAA到KR寄存器喂狗：
while (1)
{
// 正常业务逻辑
HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg); // 喂狗：IWDG->KR = 0xAAAA;
HAL_Delay(100); // 假设每100ms喂一次狗（需小于超时时间）
}
2.6 IWDG实战代码（STM32F103为例）
以下是一个完整的IWDG示例，实现"1秒超时，每500ms喂狗"的功能：
#include "stm32f1xx_hal.h"
IWDG_HandleTypeDef hiwdg;
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_IWDG_Init(void);
int main(void)
{
// 初始化HAL库
HAL_Init();
// 配置系统时钟
SystemClock_Config();
// 初始化外设
MX_GPIO_Init();
MX_IWDG_Init(); // 初始化并启动IWDG
// 启动IWDG（也可在MX_IWDG_Init中启动）
HAL_IWDG_Start(&hiwdg);
// 主循环
while (1)
{
// 模拟正常业务：翻转LED
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
// 喂狗（每500ms一次，小于1秒超时时间）
HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);
// 延时500ms
HAL_Delay(500);
// 若取消下面的注释，程序会在1秒后复位（因为1.5秒未喂狗）
// HAL_Delay(1000);
}
}
// IWDG初始化函数
static void MX_IWDG_Init(void)
{
hiwdg.Instance = IWDG;
// 计算参数：超时时间1秒
// LSI=40kHz，预分频系数16（PR=2），则每步时间=4*2^2 /40000 = 16/40000 = 0.4ms
// 所需RLR = 1000ms / 0.4ms = 2500
hiwdg.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_16;
hiwdg.Init.Reload = 2500;
// 解锁配置寄存器
if (HAL_IWDG_EnableWriteAccess(&hiwdg) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
// 应用配置
if (HAL_IWDG_Init(&hiwdg) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
// 系统时钟配置（省略，根据实际硬件配置）
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
// 配置时钟...
}
// GPIO初始化（配置PC13为LED输出）
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
// PC13配置为推挽输出
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
}
// 错误处理函数
void Error_Handler(void)
{
// 点亮LED表示错误
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
while (1)
{
}
}
2.7 IWDG使用注意事项
LSI时钟误差：LSI的实际频率可能与40kHz有±30%的误差（不同芯片差异），若对超时时间精度要求高，需通过校准补偿（可通过TIM测量LSI周期）。
喂狗时机：喂狗必须在超时前完成，且不能过于频繁（但频繁喂狗不会导致错误，只是冗余操作）。
不可停止：一旦通过0xCCCC启动IWDG，只能通过系统复位关闭，因此调试时可先注释启动代码，避免频繁复位。
复位标志：可通过RCC->CSR寄存器的IWDGRSTF位判断是否由IWDG触发的复位，便于故障排查：
if (RCC->CSR & RCC_CSR_IWDGRSTF)
{
// 由IWDG复位
// 清除标志
RCC->CSR |= RCC_CSR_RMVF;
}
三、窗口看门狗（WWDG）：带时间窗口的"精确监控者"
3.1 WWDG与IWDG的核心区别
窗口看门狗（Window WatchDog）与IWDG的最大区别是引入了时间窗口机制：
IWDG只要在超时前喂狗即可，无论何时
WWDG必须在特定的"窗口时间"内喂狗，太早或太晚都会触发复位
这种特性让WWDG更适合监控程序在特定时间段内的运行状态（如确保某段关键代码在10~20ms内执行完成）。
3.2 WWDG的核心特性
时钟源：由APB1时钟分频得到（APB1时钟 ≤ 48MHz，分频系数固定为4096）
超时时间：由重装载值和预分频器决定，范围较小（通常从几微秒到几十毫秒）
窗口机制：喂狗必须在"下窗口"（计数器=0x40）和"上窗口"（用户设置的窗口值）之间，否则复位
早期唤醒中断（EWI）：当计数器减到0x40时可触发中断，用于紧急处理（如保存数据）
3.3 WWDG的硬件结构与工作原理
WWDG的核心是一个7位递减计数器（值范围0x40~0x7F，当减到0x3F时触发复位），其工作流程如下：
计数器从初始值（重装载值，必须≤0x7F）开始递减
当计数器 > 窗口值时喂狗：太早，触发复位
当计数器 < 0x40时喂狗：太晚，触发复位
只有当窗口值 < 计数器 < 0x7F时喂狗才有效（重新加载计数器）
当计数器减到0x3F时，无论是否喂狗，都会触发复位
其时间窗口如图2所示，阴影部分为有效喂狗区间。
3.4 WWDG关键寄存器详解
（1）控制寄存器（WWDG_CR）
位7（WDGA）：看门狗激活位（1=启动，0=关闭，一旦置1无法清零）
位6:0（T[6:0]）：计数器值（范围0x40~0x7F，写入时会自动加载到计数器）
（2）配置寄存器（WWDG_CFR）
位9:7（WDGTB[2:0]）：预分频系数（控制计数器递减频率）
位6:0（W[6:0]）：窗口值（喂狗必须在计数器 > W时进行）
位9（EWI）：早期唤醒中断使能（1=使能，当计数器=0x40时触发中断）
（3）状态寄存器（WWDG_SR）
位0（EWIF）：早期唤醒中断标志（计数器=0x40时置1，需软件清零）
3.5 WWDG超时时间计算
WWDG的计数器时钟频率为：
计数器时钟 = APB1时钟 / 4096 / (2^WDGTB)
其中WDGTB是预分频系数（0~7），对应分频倍数如下：
计数器从T[6:0]（重装载值）减到0x3F的总时间（超时时间）为：
超时时间 = (T - 0x3F) / 计数器时钟
窗口时间（有效喂狗区间）为：
窗口时间 = (T - W) / 计数器时钟
其中W是窗口寄存器的值（必须 < T）。
示例：APB1=36MHz，WDGTB=1（分频2），T=0x7F（127），W=0x50（80）：
计数器时钟 = 36MHz /4096 /2 ≈ 4394Hz → 周期≈227.6μs
超时时间 = (127 - 63) × 227.6μs = 64 × 227.6μs ≈ 14.57ms
窗口时间 = (127 - 80) × 227.6μs = 47 × 227.6μs ≈ 10.7ms（即必须在计数器从127减到81的10.7ms内喂狗）
3.6 WWDG配置步骤（HAL库）
使用HAL库配置WWDG的步骤如下：
步骤1：初始化WWDG参数
设置预分频系数、窗口值和重装载值：
WWDG_HandleTypeDef hwwdg;
hwwdg.Instance = WWDG;
hwwdg.Init.Prescaler = WWDG_PRESCALER_2; // 预分频系数2
hwwdg.Init.Window = 0x50; // 窗口值
hwwdg.Init.Counter = 0x7F; // 重装载值
hwwdg.Init.EWIMode = WWDG_EWI_DISABLE; // 禁用早期唤醒中断
if (HAL_WWDG_Init(&hwwdg) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
步骤2：启动WWDG
通过设置WWDG_CR的WDGA位启动：
HAL_WWDG_Start(&hwwdg); // 内部实现：WWDG->CR |= WWDG_CR_WDGA;
步骤3：在窗口内喂狗
喂狗需通过写入WWDG_CR寄存器实现（写入的值必须包含新的计数器值，且高字节为0x7F）：
HAL_WWDG_Refresh(&hwwdg, 0x7F); // 喂狗，重新加载计数器为0x7F
步骤4：（可选）配置早期唤醒中断
若需在计数器减到0x40时触发中断（如保存数据），需使能EWI：
// 在初始化时使能EWI
hwwdg.Init.EWIMode = WWDG_EWI_ENABLE;
// 中断服务函数
void WWDG_IRQHandler(void)
{
HAL_WWDG_IRQHandler(&hwwdg);
}
// EWI回调函数
void HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)
{
// 计数器即将到0x3F，可在此保存关键数据
printf("WWDG即将超时！\r\n");
}
3.7 WWDG实战代码（STM32F103为例）
以下是一个WWDG示例，实现"超时时间14ms，窗口值80，必须在计数器70~127时喂狗"：
#include "stm32f1xx_hal.h"
WWDG_HandleTypeDef hwwdg;
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_WWDG_Init(void);
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_WWDG_Init(); // 初始化并启动WWDG
// 启动WWDG
HAL_WWDG_Start(&hwwdg);
uint32_t tick = 0;
while (1)
{
// 模拟业务逻辑：每5ms执行一次
HAL_Delay(5);
tick += 5;
// 翻转LED
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
// 喂狗时机控制：
// 总超时14ms，窗口值80，有效喂狗区间为计数器81~127（对应时间约0~10.7ms）
// 此处设置在第8ms喂狗（在有效区间内）
if (tick >= 8)
{
HAL_WWDG_Refresh(&hwwdg, 0x7F); // 喂狗
tick = 0; // 重置计时
}
// 若将喂狗时间改为12ms（超过窗口），则会触发复位
// if (tick >= 12) { ... }
}
}
// WWDG初始化函数
static void MX_WWDG_Init(void)
{
hwwdg.Instance = WWDG;
// 配置参数：
// APB1=36MHz，WDGTB=1（分频2）→ 计数器时钟=36e6/(4096*2)≈4394Hz → 周期≈227.6μs
// T=0x7F（127），W=0x50（80）
// 超时时间=(127-63)*227.6μs≈14.57ms
// 窗口时间=(127-80)*227.6μs≈10.7ms
hwwdg.Init.Prescaler = WWDG_PRESCALER_2;
hwwdg.Init.Window = 0x50;
hwwdg.Init.Counter = 0x7F;
hwwdg.Init.EWIMode = WWDG_EWI_DISABLE;
if (HAL_WWDG_Init(&hwwdg) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
// 中断服务函数（若启用EWI）
void WWDG_IRQHandler(void)
{
HAL_WWDG_IRQHandler(&hwwdg);
}
// EWI回调函数
void HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback(WWDG_HandleTypeDef *hwwdg)
{
// 计数器到0x40，即将超时
printf("WWDG Early Wakeup!\r\n");
}
// 其他函数（时钟、GPIO）省略...
3.8 WWDG使用注意事项
窗口值设置：窗口值W必须小于重装载值T，否则有效喂狗区间为空（任何时候喂狗都错误）。
计数器范围：WWDG计数器是7位，最大值为0x7F，当减到0x3F时立即复位，因此T必须≥0x40（否则启动后立即复位）。
时钟依赖：WWDG依赖APB1时钟，若APB1时钟故障（如被关闭），WWDG会停止工作，因此不适合监控时钟故障。
喂狗数据：喂狗时写入的计数器值必须≤0x7F，否则会导致立即复位（因为计数器是7位）。
四、IWDG与WWDG的对比及选型建议
选型建议：
若需监控整个系统运行，且要求在主时钟故障时仍能工作 → 选IWDG
若需监控特定代码段的执行时间（如确保某任务在10~20ms内完成） → 选WWDG
若需同时满足两种需求 → 可同时使用IWDG和WWDG（如IWDG监控整体，WWDG监控关键任务）
五、看门狗常见问题及解决方案
问题1：程序频繁复位，怀疑看门狗误触发
可能原因：
喂狗不及时（实际执行时间超过超时时间）
程序跑飞后未执行到喂狗代码
看门狗超时时间设置过短
排查步骤：
注释掉看门狗启动代码，观察程序是否稳定运行（判断是否确实由看门狗导致）
增加调试信息，打印喂狗时间间隔，确认是否超过超时时间
检查喂狗代码是否被条件语句跳过（如if判断错误导致未喂狗）
增大超时时间，逐步排查是否由特定代码段执行时间过长导致
问题2：IWDG超时时间与计算值不符
可能原因：
LSI时钟频率与默认值（40kHz）偏差过大
预分频系数或重装载值计算错误
喂狗代码执行时间过长，导致实际间隔超过预期
解决方案：
测量实际LSI频率（通过TIM捕获LSI输出）：
// 示例：用TIM2测量LSI频率
TIM_HandleTypeDef htim2;
void MeasureLSI(void)
{
// 配置TIM2捕获LSI脉冲
// ...（省略配置代码）
// 计算频率：频率 = 捕获次数 / 时间
}
根据实际LSI频率重新计算PR和RLR值
在喂狗前后记录时间戳，确认实际喂狗间隔
问题3：WWDG总是在喂狗时复位
可能原因：
喂狗时机太早（计数器 > 窗口值）
喂狗时机太晚（计数器 < 0x40）
窗口值设置错误（≥重装载值）
解决方案：
用调试器观察喂狗时的计数器值（WWDG->CR & 0x7F），确认是否在窗口内
重新计算窗口值和重装载值，确保窗口值 < 重装载值
调整喂狗时机，可通过定时器精确控制喂狗时间
问题4：调试时频繁触发看门狗复位，影响调试
解决方案：
调试阶段通过宏定义关闭看门狗：
#ifdef DEBUG
// 调试时不启动看门狗
#define WDG_START()
#else
// release版本启动
#define WDG_START() HAL_IWDG_Start(&hiwdg)
#endif
使用IDE的"复位后暂停"功能，在看门狗启动前暂停程序
增大超时时间（如设为最大32秒），给调试留出足够时间
六、看门狗在实际项目中的最佳实践
6.1 多级监控策略
在复杂系统中，可采用"多级看门狗"策略：
IWDG：监控整个系统（超时时间设为系统最大响应时间，如1秒）
WWDG：监控关键任务（如数据采集任务，超时时间设为任务周期的1.5倍）
软件看门狗：监控任务调度器（如RTOS中，由空闲任务喂狗，确保调度正常）
6.2 喂狗位置选择
喂狗应放在程序正常运行的必经之路，但需避免放在：
中断服务程序中（若中断被屏蔽，会导致喂狗失败）
长时间阻塞的代码段中（可能导致喂狗不及时）
条件判断内部（可能因条件不满足而跳过）
推荐喂狗位置：
主循环末尾（确保主循环能正常执行）
任务调度器的空闲任务中（RTOS环境）
关键流程的完成节点（如数据处理完成后）
6.3 故障诊断与记录
通过记录看门狗复位信息，可快速定位系统问题：
在复位后检查复位标志（RCC->CSR），区分复位原因（IWDG/WWDG/外部复位等）
用EEPROM或FLASH记录复位次数、时间戳、复位前的系统状态（如任务运行状态、传感器数据）
设计"故障码"机制，不同场景的喂狗失败对应不同故障码
示例代码：
// 记录复位信息
void RecordResetInfo(void)
{
ResetInfo_t info;
// 读取已有记录
EEPROM_Read(0, &info, sizeof(info));
// 递增复位次数
info.count++;
// 记录复位原因
if (RCC->CSR & RCC_CSR_IWDGRSTF)
info.reason = RESET_REASON_IWDG;
else if (RCC->CSR & RCC_CSR_WWDGRSTF)
info.reason = RESET_REASON_WWDG;
else
info.reason = RESET_REASON_OTHER;
// 记录时间戳（假设有时钟模块）
info.timestamp = GetCurrentTime();
// 保存到EEPROM
EEPROM_Write(0, &info, sizeof(info));
// 清除复位标志
RCC->CSR |= RCC_CSR_RMVF;
}
6.4 抗干扰设计
在强干扰环境（如工业现场），需结合硬件设计增强看门狗可靠性：
外部独立看门狗芯片（如MAX706）：作为STM32内部看门狗的备份，防止MCU本身故障
电源监控：当电源电压低于阈值时，触发复位（许多外部看门狗芯片集成此功能）
硬件滤波：对MCU的电源和复位引脚增加RC滤波，减少干扰导致的误复位
七、总结
看门狗是嵌入式系统可靠性设计的核心组件，STM32的IWDG和WWDG各有侧重：
IWDG 适合作为系统级的"最后防线"，独立于主时钟，确保系统在任何情况下都能复位
WWDG 适合监控程序在特定时间段内的运行状态，提供更精细的监控能力
使用看门狗时，需注意：
合理设置超时时间（既不能太长导致故障无法恢复，也不能太短导致误复位）
喂狗位置必须是程序正常运行的必经之路
结合复位标志和日志记录，便于故障排查
掌握看门狗的使用，能显著提高嵌入式系统的抗干扰能力和可靠性，尤其在工业控制、汽车电子等对稳定性要求极高的领域，看门狗更是不可或缺的"安全卫士"。
附录：STM32看门狗相关寄存器速查表
（注：具体寄存器位定义请参考对应型号的《参考手册》）
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原文链接：https://blog.csdn.net/qq2745567641/article/details/149265865
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