STM32看门狗配置实践：从配置到喂狗，一篇文章让你彻底搞懂！

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已于 2025-03-21 17:19:01 修改

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于 2025-03-21 16:10:45 首次发布

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引言

你是否曾遇到单片机程序跑飞、死循环导致系统崩溃的情况？看门狗（Watchdog Timer，WDT）就是解决这类问题的“终极法宝”！它可以自动检测系统异常并触发复位，让系统恢复到正常状态。本教程将带你从零开始，深入理解看门狗的作用、工作原理、配置方法以及喂狗技巧，助你轻松掌握这一关键技能！

一、看门狗的作用：系统稳定的守护者

看门狗是一种硬件定时器，主要用于监控系统运行状态。当系统因程序跑飞、死循环或硬件故障导致异常时，看门狗会自动触发复位，确保系统能够恢复正常运行。

主要作用：

防程序跑飞：防止程序因异常跳转进入死循环或不可预知的代码区域。
防死锁：检测系统是否因资源竞争或逻辑错误导致死锁。
硬件故障恢复：当系统因电源波动、信号干扰等硬件故障导致异常时，自动复位系统。

二、看门狗的工作原理：定时器的魔法

看门狗的核心是一个递减计数器，其工作原理如下：

初始化：配置看门狗的计数器初始值和超时时间。
递减计数：看门狗计数器在系统运行时不断递减。
喂狗：程序需要在计数器超时前“喂狗”（即重置计数器），表明系统运行正常。
超时复位：如果程序未及时喂狗，计数器递减到0时，看门狗会触发系统复位。

看门狗分类：

独立看门狗（IWDG）：基于独立时钟源，不受系统时钟影响，适用于硬件级监控。
窗口看门狗（WWDG）：基于系统时钟，允许在特定时间窗口内喂狗，适用于软件级监控。

三、喂狗时间计算：精准掌握喂狗时机

1. 独立看门狗

喂狗时间（即看门狗超时时间）的计算公式如下：

$T_{timeout} = \frac{Counter \times Prescaler}{Clock}$

Counter：看门狗计数器的初始值。
Prescaler：预分频系数，用于调整计数器的递减速度。
Clock：看门狗的时钟频率（Hz）。

示例：假设计数器初始值 (Counter = 4095)，预分频系数 (Prescaler = 32)，时钟频率 (Clock = 32kHz)，则超时时间为：

$T_{timeout} = \frac{4095 \times 32}{32000} = 4.095 \, \text{秒}$

程序需要在 4.095秒内 喂狗，否则看门狗将触发复位。

2. 窗口看门狗

窗口看门狗的喂狗时间计算分为三个步骤：

（1）计算时钟频率：

${Frequency} = \frac{PCLK1}{4096 \times Prescaler}$

（2）计算触发时间：从计数器初始值（127）递减到触发复位值（63）的时间。

${触发时间} = \frac{127 - 63}{Frequency}$

（3）计算窗口时间：从计数器初始值（127）递减到窗口值（80）的时间。这里假设窗口值设置为80。

${窗口时间} = \frac{127 - 80}{Frequency}$

示例：假设PCLK1 = 36MHz，Prescaler = 2，则：

时钟频率：约4.394kHz
触发时间：约14.57毫秒
窗口时间：约12.97毫秒

程序需要在 12.97毫秒 < 喂狗时间 < 14.57毫秒 期间内喂狗。

四、看门狗配置步骤：手把手教你设置

注意：STM32CubeMx软件的基础使用本文档不再赘述，本文章主要讲解看门狗的配置；

以下是基于STM32CubeMx配置配置看门狗的示例：

上图是STM32CubeMx中对应的芯片时钟树，其中①处对应的是独立看门狗的频率，②处对应窗口看门狗的频率。

1. 独立看门狗配置

①点击IWDG-->②勾选激活-->③配置分频系数和计数器

以上图的分频系数16、计数器4095、芯片的独立看门狗频率40000Hz为例，可计算得出喂狗的时间为

$[ T_{timeout} = \frac{4095 \times 16}{40000} = 2.0475 \, \text{秒} ]$

根据公式计算喂狗时间，并在主循环中定期调用HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg)喂狗。

2. 窗口看门狗配置

①点击WWDG-->②勾选激活-->③配置分频系数、窗口大小和计数器初始值

（1）. 关键参数

计数器初始值（Counter Initial Value）：127
触发复位值（Trigger Reset Value）：63
窗口值（Window Value）：80

看门狗时钟频率（WWDG Clock Frequency）：FRQ = PCLK1 / 4096，这里PCLK1 = 36MHz，则：

看门狗时钟频率 = 36MHz / (4096 * 2) ≈ 4.394kHz
递减周期 = 1 / 4.394kHz ≈ 227.58微秒

（2）. 触发时间的计算

触发时间是指 从计数器初始值（127）递减到触发复位值（63）所需的时间。

触发时间 = (127 - 63) * 递减周期 = 64 * 227.58微秒 ≈ 14.57毫秒

（3）. 窗口时间的计算

窗口时间是指 从计数器初始值（127）递减到窗口值（80）所需的时间。

窗口时间 = (127 - 80) * 递减周期 = 57 * 227.58微秒 ≈ 12.97毫秒

也就是窗口看门狗的正确喂狗频率应满足：

12.97毫秒<喂狗频率<14.57毫秒

只有在这个有效期间喂狗才正确。

当然也可以把窗口值设计跟计数器值一样大，那样的话喂狗的频率即为：

0毫秒<喂狗频率<14.57毫秒

3. 代码实现

注意：通过STM32CubeMx软件完成配置后生成的代码，就包含了看门狗的底层驱动，初始化方法生成于对应的源文件中，基本不用开发者去改动就可以正常使用。

（1）独立看门狗，只需要在主函数的循环中加入喂狗HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);即可，但需要注意，当执行一次循环的时间大于喂狗频率，就会导致芯片复位。

#include "main.h"

// STM32CubeMx生成的其他代码

int main(void) {
    // 初始化独立看门狗
    MX_IWDG_Init();

    while (1) {
        // 正常程序逻辑
        // ...
        // 这段逻辑执行周期一定要小于上述计算出来的喂狗频率

        // 定期喂狗
        HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);
    }
}

（2）窗口看门狗，代码如下，需要注意的是一定要在窗口期内喂狗才有效果

#include "main.h"

// STM32CubeMx生成的其他代码

void main(void)
{
    // 初始化窗口看门狗
    MX_WWDG_Init();

    while (1)
    {
        // 正常程序逻辑
        // ...
        // 这段逻辑执行周期一定小于窗口看门狗的触发时间
        
        // 获取当前计数器值
        uint8_t currentCounter = HAL_WWDG_GetCounter(&hwwdg);

        // 如果计数器值在有效范围内（63 < currentCounter <= 80），执行喂狗操作
        if (currentCounter > 63 && currentCounter <= 80)
        {
            HAL_WWDG_Refresh(&hwwdg); // 窗口期内喂狗
        }
    }
}

4. 调试与验证

模拟故障（如注释掉喂狗代码），验证看门狗是否触发复位。
使用调试工具观察系统运行状态，确保喂狗机制正常工作。

五、窗口看门狗 vs 独立看门狗：如何选择？

特性	窗口看门狗（WWDG）	独立看门狗（IWDG）
时钟源	APB1时钟（PCLK1）	低速内部时钟（LSI，约40 kHz）
复位条件	计数器递减到0x3F，或在窗口外喂狗	计数器递减到0
喂狗时间限制	必须在指定的窗口时间内喂狗	只需在计数器溢出前喂狗
应用场景	需要精确控制喂狗时间的场景	需要长时间监控的场景