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WDG简介

1. 看门狗的作用（防死机机制）：单片机在复杂环境中（如受电磁干扰）可能会“跑飞”或“死机”。看门狗是一个硬件倒计时器，程序在正常运行时，必须定时去“喂狗”（重置计数器）。如果程序死机了，来不及喂狗，倒计时归零后，看门狗就会强制让单片机复位重启。

2. STM32的两种看门狗的区别：

   • 独立看门狗（IWDG）：使用的是内部的低速时钟（LSI），即使主时钟坏了它依然能工作。它只要求在一个时间内喂狗即可（不能喂太晚），安全性高，适合用来防止程序彻底死锁。

   • 窗口看门狗（WWDG）：使用的是主时钟（PCLK1）。它有“喂狗窗口”的限制，既不能喂得太晚，也不能喂得太早。如果程序跑飞了疯狂乱喂狗，提前喂狗也会触发复位。它适合对时间精度要求极高、需要监控程序精确执行周期的场景（比如要求必须在某段时间内完成任务）。

IWDG框图

STM32独立看门狗（IWDG）的内部硬件框图。

1. 1.8V供电区（寄存器配置部分）

   • IWDG_PR（预分频寄存器）：用来设置8位预分频器的分频系数（范围0-7，对应4~256分频）。由于LSI是40kHz，通过分频可以控制计数器的递减速度。

   • IWDG_RLR（重装载寄存器）：存放12位的重装载数值（最大4095）。这是计数器的初始值。

   • IWDG_KR（键寄存器）：非常关键的寄存器！写入特定值触发特定动作：

     • 写入0xCCCC：启动看门狗。

     • 写入0xAAAA：执行“喂狗”（看图中的箭头，它把RLR的值重新加载给递减计数器）。

     • 写入0x5555：解除PR和RLR的写保护。

   • IWDG_SR（状态寄存器）：用来指示预分频器和重装载值的更新是否完成（因为时钟不同步，写入需要时间同步）。

2. VDD供电区（核心逻辑电路）

   • LSI（40kHz内部低速时钟）：这是独立看门狗的时钟源。因为它独立于主时钟（即使主时钟坏了它也能工作，这就是它叫“独立”看门狗的原因）。

   • 8位预分频器：接收LSI时钟，根据PR寄存器的配置进行降频。

   • 12位递减计数器：核心定时器。在时钟驱动下不断递减。如果减到0，就会向右产生IWDG复位信号，强制单片机重启。

工作流程总结

• 启动：配置好PR和RLR后，往KR写入0xCCCC，计数器开始从RLR的值往下减。

• 正常喂狗：程序正常运行时，定时往KR写入0xAAAA，计数器会重新加载RLR的值（归位），不会触发复位。

• 发生故障：如果程序跑飞，没能按时喂狗，12位递减计数器一路减到0，触发系统复位。

IWDG键寄存器

1. 键寄存器的本质与设计初衷

• 本质：它本质上是一个控制寄存器，用于控制看门狗硬件电路的工作。

• 设计原因（防干扰）：普通的控制寄存器通常是“写1位”来控制某个功能。但在存在电磁干扰等恶劣环境下，1个位很容易被意外翻转。因此，STM32采用了“写入整个寄存器特定值（Magic Number）”的方式来代替单个位的操作，极大地降低了硬件受到干扰而误动作的概率。

2. 键寄存器写入值对照表

实际操作流（结合前两张图）

在实际写代码时，这几张图的知识是串联起来的，标准配置流程如下：

1. 解除保护：先往IWDG_KR写入0x5555，允许我们修改预分频（PR）和重装载值（RLR）。

2. 配置参数：配置好IWDG_PR（决定时钟分频）和IWDG_RLR（决定超时时间）。

3. 启用看门狗：往IWDG_KR写入0xCCCC，看门狗开始跑。

4. 定时喂狗：在程序正常运行的主循环或定时器中断里，定期往IWDG_KR写入0xAAAA（硬件会自动把 RLR 的值重载进 12位递减计数器，防止它归零复位）。

重点注意事项

为什么操作完IWDG_PR和IWDG_RLR后，只要写入其他任意值就会再次锁定？
这是为了防止跑飞的程序意外修改了超时时间。一旦参数配置完毕并启动看门狗，这两个寄存器就会被锁死，保证看门狗的安全防线坚不可摧。如果需要重新配置，只能先写入0x5555再次解锁。

IWDG超时时间

1. 核心公式

• 超时时间：TIWDG=TLSI×PR预分频系数×(RL+1)

• 其中：TLSI=1/FLSI（即LSI时钟的周期）

2. 看门狗超时时间参考表
假设输入时钟 FLSI=40k，根据不同的预分频系数（PR）和重装载值（RL）计算得出的时间范围：

深度解析与计算验证

1. 公式参数拆解：

• TLSI：上一张图提到LSI是40kHz，所以 TLSI=1/40000=0.000025 秒 =0.025 毫秒 (ms)。

• PR预分频系数：由IWDG_PR寄存器配置，对应表格中的 /4 到 /256。

• (RL+1)：IWDG_RLR中存放的是12位重装载值 RL（范围0~4095）。因为计数器减到0会触发复位，所以实际计数的时钟节拍是 RL+1 次。

2. 表格数据验证（以第一行为例）：

• 最短时间（RL=0x000，即RL=0）：0.025ms×4×(0+1)=0.1ms

• 最长时间（RL=0xFFF，即RL=4095）：0.025ms×4×(4095+1)=0.025×4×4096=409.6ms0.025ms×4×(4095+1)=0.025×4×4096=409.6ms（与表格相符）

• 绝对最大超时时间（分频/256）：0.025ms×256×4096=26214.4ms0.025ms×256×4096=26214.4ms（约26.2秒）

WWDG框图

STM32窗口看门狗（WWDG）的内部硬件框图。

1. 时钟源：PCLK1

   • 不同于IWDG使用独立的40kHz LSI时钟，WWDG的时钟来源于PCLK1（来自RCC时钟控制器，即APB1总线时钟）。这意味着WWDG的计数频率与系统主频挂钩。

2. 看门狗预分频器（WDGTB）

   • 用于对PCLK1进行分频，从而调整计数器的递减速度。

3. 看门狗控制寄存器（WWDG_CR）

   • 如图下方所示，它包含6位递减计数器（CNT），即T6, T5, T4, T3, T2, T1, T0。

   • 最高位T6是判断超时的关键位。

4. 看门狗配置寄存器（WWDG_CFR）

   • 包含7位窗口值W6:0。它用来设定喂狗的“时间窗口”上限。

5. 比较器与复位逻辑（核心所在）

   • 图中标注了比较逻辑：当 T6:0 > W6:0 比较结果 = 1。

   • 同时有一个“写入 WWDG_CR”（即喂狗操作）的信号。

复位逻辑（如何触发复位？）

结合图中的逻辑门（一个与门 AND，一个或门 OR），WWDG产生复位信号有两个途径：

• 途径一：喂狗太早（窗口外喂狗）

  • 当程序执行“写入 WWDG_CR”（喂狗）时，比较器会判断当前计数器的值T6:0是否大于窗口值W6:0。

  • 如果T6:0 > W6:0（即计数器的值还很大，处于窗口上限之外），比较器输出1。此时与门（AND）两个输入均为1，输出1给或门（OR），触发复位。

• 途径二：喂狗太晚（超时）

  • 图左侧有一条从T6位直接引出，连接到或门（OR）的线。

  • W参看图下方6位递减计数器，初始通常设为0x7F（即全1，T6=1）。当计数器递减到0x3F时（T6位从1变成0，T5~T0全为1），T6会向或门输出一个1，触发复位。

WWDG工作特性

1. 递减计数器 T[6:0] 的值小于 0x40 时，产生复位（喂狗太晚）

   • 原理：0x40（十进制64）是二进制的0100 0000，最高位 T6=1。当计数值递减到0x3F（二进制0011 1111）时，T6位由1变成0。T6位一旦变0，硬件直接触发复位。

2. 递减计数器在窗口 W[6:0] 外被重新装载时，产生复位（喂狗太早）

   • 原理：呼应图158中的比较器。如果当前计数值T[6:0] > W[6:0]，此时去喂狗（重装载），比较器输出1，触发复位。这意味着程序跑得太快、或者干扰导致程序乱喂狗，都会被抓出来。

3. 递减计数器等于 0x40 时，可以产生早期唤醒中断（EWI）

   • 原理：这是一个“缓冲机制”。当计数器减到0x40时，离死机复位只有一步之遥。如果开启了EWI中断，单片机可以跳进中断服务函数，在这里紧急喂一次狗（重装载），从而避免复位。这常用于在复位前保存关键数据。

4. 定期写入 WWDG_CR 寄存器（喂狗）以避免复位

   • 这是正常操作，必须在合法的“刷新窗口”内执行。

图159：窗口看门狗时序图精讲

这张图完美地将上述文字转化成了可视化的时间轴：

• 纵轴（计数器值）：从顶部的初始值（通常是0x7F）开始，随着时间（横轴）向右递减。

• 禁止刷新区（W[6:0] 之上）：斜线处于高位时，属于“禁区”。此时如果执行喂狗，会立刻触发复位。

• 刷新窗口（W[6:0] 到 0x3F 之间）：斜线穿过 W 值后，进入“安全区”。此时喂狗，计数器重置回顶部，一切正常。

• 喂狗太晚（降至 0x3F）：看图表最下方，当计数器触及3Fh时：

  • T6位波形图由高变低（T6位翻转）。

  • 复位波形图立刻产生一个脉冲（高电平），单片机复位。

通俗比喻理解（跳伞理论）

如果您觉得寄存器逻辑绕口，可以把WWDG想象成跳伞：

• 初始值（0x7F）：刚从飞机跳下，高度很高。

• 窗口值 W[6:0]：安全开伞的最高高度。

• 0x3F 红线：安全开伞的最低高度（地面）。

• 喂狗：拉开降落伞。

WWDG的逻辑就是：

1. 如果在最高高度之上就开伞（喂狗太早），降落伞会被强气流撕碎（复位）。

2. 如果一直不掉高度，跌破最低高度（喂狗太晚），直接摔到地上（T6位变0，复位）。

3. 只有在这两个高度之间（刷新窗口）拉开降落伞，才能安全着陆。

4. EWI中断：相当于你的高度计在极度接近最低高度时发出的“滴滴”警报，提醒你赶紧拉伞。

WWDG超时时间

1. 超时时间公式

• TPCLK1：APB1总线时钟的周期，即 1/FPCLK11/FPCLK1​。

• 4096：这是WWDG内部固定的分频值（212212）。PCLK1进入看门狗后，会先固定除以4096，然后再进入WDGTB分频器。

• WDGTB预分频系数：下方表格补充了公式，即 2WDGTB2WDGTB。WDGTB取值0,1,2,3，对应分频系数 1, 2, 4, 8。

• (T[5:0]+1)：计数器从初值递减到 0x3F 的节拍数。T[5:0]最大为0x3F（即63），所以最大计数值是64。

• 一句话总结：超时时间 = PCLK1时钟周期 × 4096 × 时基分频 × 计数器节拍数。

2. 窗口时间公式

• 这里的 T[5:0]通常指的是计数器的初始值（即通常配置为0x3F，也就是63）。

• W[5:0] 是配置寄存器中设定的窗口值。

• 物理意义：这个公式算出来的其实是“从初值递减到窗口值所需的时间”。也就是禁止喂狗的“安全等待期”。

• 注意避坑：真正的“允许喂狗的黄金窗口期”是“超时时间减去窗口时间”，即从窗口值降到 0x3F 的这段时间。

数据验算（为什么表格是这些数字？）

我们用下方表格里的PCLK1 = 36MHz来验证一下（36MHz周期 ≈ 27.78ns）：

1. 基础节拍时间= 27.78ns×4096≈113.78μs（即WDGTB=0时的时钟周期）。

2. WDGTB = 0 (分频1)：

   • 最小超时值（T[5:0]=0）：113.78μs×(0+1)=113.78μs（表格为 113μs，吻合）

   • 最大超时值（T[5:0]=63）：113.78μs×(63+1)=7281.9μs≈7.28ms（表格为 7.28ms，吻合）

3. WDGTB = 3 (分频8)：

   • 基础节拍变为 113.78μs×8=910.24μs113.78μs×8=910.24μs

   • 最大超时值：910.24μs×64=58255μs≈58.25ms

IWDG和WWDG对比

IWDG示例

（Key函数一定要有while;按下按键->模拟停止喂狗）

#include "stm32f10x.h" #include "Delay.h" #include "OlED.h" #include "Key.h" int main(void) { //初始化 OLED_Init(); //按键初始化 KeyInit(); OLED_ShowString(1, 1, "IWDG TEST"); if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) == SET) { OLED_ShowString(2, 1, "IWDGRST"); Delay_ms(500); OLED_ShowString(2, 1, " "); Delay_ms(100); RCC_ClearFlag(); } else { OLED_ShowString(3, 1, "RST"); Delay_ms(500); OLED_ShowString(3, 1, " "); Delay_ms(100); } /* ================= IWDG 独立看门狗初始化 ================= * IWDG 时钟来源：内部低速 LSI ≈ 40kHz（与主频无关，故"独立"） * 溢出时间公式：T = (4 × 2^prescaler × (reload + 1)) / 40kHz * 本配置：prescaler = 16，reload = 2499 * T = (4 × 16 × 2500) / 40000 = 4 s /... */ // 1. 写使能：IWDG 的 PR/RLR 寄存器受写保护，必须先解锁才能修改 IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable); // 2. 设置预分频：LSI(40kHz) 先固定 4 分频，再乘本预分频系数 // 这里选 16，即进入计数器的时钟 = 40kHz / 4 / 16 = 625Hz IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_16); // 3. 设置重装载值：计数器从 reload 递减到 0 即产生复位 // 重装值 2499 → 实际计数 2500 次 // 溢出时间 = 2500 / 625Hz = 4 s（？见下方说明） IWDG_SetReload(2499); // 4. 喂狗：把计数器重新装回 reload 值，从头开始倒数 // 必须在 IWDG_Enable() 之前先喂一次，保证初始计数值正确 IWDG_ReloadCounter(); // 5. 使能 IWDG：启动看门狗 // 一旦使能，除复位外无法关闭；此后必须周期喂狗，否则溢出复位 IWDG_Enable(); while(1) { if (presskey() == 0) { //喂狗 IWDG_ReloadCounter(); OLED_ShowString(4, 1, "FEED"); Delay_ms(200); OLED_ShowString(4, 1, " "); Delay_ms(600); } } return 0; }

WWDG示例