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4.STM32F407ZGT6-独立看门狗

news 来源：原创 2025/5/14 14:00:31

参考：
1.正点原子

前言：
看门狗是一个项目或者产品中肯定需要的功能部分，必须会。常见的两种看门狗类型，独立看门狗和窗口看门狗，各有使用的场景。总结记录独立看门狗一些知识点：
1.独立看门狗的概念。（其他的芯片，独立看门狗大致也是这样的作用和使用方式。)
2.使用STM32CubeMX和HAL库配置使用独立看门狗。

18.1 IWDG 简介

独立看门狗（Independent Watchdog，独立看门狗）本质上是一个定时器，这个定时器有一个输出端，可以输出复位信号。该定时器是一个 12 位的递减计数器，当计数器的值减到 0 的时候，就会产生一个复位信号。如果在计数没减到 0 之前，重置计数器的值的话，那么就不会产生复位信号，这个动作我们称为喂狗。
看门狗功能由 VDD 电压域供电，在停止模式和待机模式下仍然可以工作。

18.1.1 IWDG 框图

下面先来学习 IWDG 框图，通过学习 IWDG 框图会有一个很好的整体掌握，同时对之后的编程也会有一个清晰的思路。
在这里插入图片描述

从 IWDG 框图整体认知就是，IWDG 有一个输入（时钟 LSI），经过一个 8 位的可编程预分频器提供时钟给一个 12 位递减计数器，满足条件就会输出一个复位信号（iwdg1_out_rst）。IWDG内部输入/输出信号如下表：
在这里插入图片描述

STM32F407 的独立看门狗由内部专门的 32Khz 低速时钟（lsi_ck）驱动，即使主时钟发生故障，它也仍然有效。这里需要注意独立看门狗的时钟是一个内部 RC 时钟，所以并不是准确的 32Khz，而是在 17~47Khz 之间的一个可变化的时钟，只是我们在估算的时候，以 32Khz 的频率来计算，看门狗对时间的要求不是很精确，所以，时钟有些偏差，都是可以接受的。

18.1.2 IWDG 寄存器

IWDG 的框图很简单，用到的寄存器也不多。我们主要用到其中 3 个寄存器：

⚫ 关键字寄存器（IWDG_KR）
关键字寄存器可以看作是独立看门狗的控制寄存器，其描述如图 18.1.2.1 所示：
在这里插入图片描述

在关键字寄存器(IWDG_KR)中写入 0xCCCC，开始启用独立看门狗；此时计数器开始从其复位值 0xFFF 递减计数。当计数器计数到末尾 0x000 时，会产生一个复位信号(IWDG_RESET)。
无论何时，只要关键字寄存器 IWDG_KR 中被写入 0xAAAA，IWDG_RLR 中的值就会被重新加载到计数器中从而避免产生看门狗复位。
IWDG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器具有写保护功能。要修改这两个寄存器的值，必须先向IWDG_KR 寄存器中写入 0x5555。将其他值写入这个寄存器将会打乱操作顺序，寄存器将重新被保护。重装载操作(即写入 0xAAAA)也会启动写保护功能。

⚫ 预分频寄存器（IWDG_PR）
预分频寄存器描述如图 18.1.2.2 所示：
在这里插入图片描述

该寄存器用来设置看门狗时钟（LSI）的分频系数，最低为 4，最高为 256，该寄存器是一个 32 位的寄存器，但是我们只用了最低 3 位，其他都是保留位。

⚫ 重载寄存器（IWDG_ RLR）
在这里插入图片描述

该寄存器用来保存重装载到计数器中的值。该寄存器也是一个 32 位寄存器，只有低 12 位是有效的。

18.2 硬件设计

1. 例程功能
在配置看门狗后，LED_0 和 LED_1 将常亮，如果串口有输入“cmd_feed_dog”，就喂狗，只要串口输入“cmd_feed_dog”命令的周期小于500ms(测试小于450ms都是可以成功喂狗的. 看门狗溢出周期是1s,外部喂狗频率时1/2 s，就基本可以及时喂狗)，看门狗就一直不会产生复位，保持 LED_0 和 LED_1 的常亮，一旦超过看门狗定溢出时间（Tout）还没输入“cmd_feed_dog”，那么将会导致程序重启，这将导致 LED_0 和 LED_1 熄灭一次。

2. 硬件资源
1）LED 灯
LED_0 – PF9
LED_1 – PF10
2）独立看门狗

3. 原理图
独立看门狗实验的核心是在 STM32F407 内部进行，并不需要外部电路。但是考虑到指示当前状态和喂狗等操作，我们需要 2 个 IO 口，用来指示程序是否重启。喂狗我们采用串口输入“cmd_feed_dog”，而程序重启，则是通过 LED_0 和 LED_1 来指示的。

18.3 程序设计

18.3.1 IWDG 的 HAL 库驱动

IWDG 在 HAL 库中的驱动代码在 stm32f4xx_hal_iwdg.c 文件（及其头文件）中。

1. HAL_IWDG_Init 函数
IWDG 的初始化函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Init(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg);
⚫ 函数描述：
用于初始化 IWDG。
⚫ 函数形参：
形参 1 是 IWDG 句柄，IWDG_HandleTypeDef 结构体类型，其定义如下：

typedef struct
{IWDG_TypeDef *Instance; /* IWDG 寄存器基地址 */IWDG_InitTypeDef Init; /* IWDG 初始化参数 */
}IWDG_HandleTypeDef;

1）Instance：指向 IWDG 寄存器基地址。
2）Init：IWDG 初始化结构体，用于配置计数器的相关参数。
IWDG_InitTypeDef 这个结构体类型定义如下：

typedef struct
{uint32_t Prescaler; /* 预分频系数 */uint32_t Reload;    /* 重装载值 */
} IWDG_InitTypeDef;

1）Prescaler：预分频系数，IWDG_PRESCALER_4 到 IWDG_PRESCALER_256。
2）Reload：重装载值，范围：0 到 0x0FFF。
⚫ 函数返回值：
HAL_StatusTypeDef 枚举类型的值。

2. HAL_IWDG_Refresh 函数
HAL_IWDG_Refresh 函数是独立看门狗的喂狗函数。其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Refresh(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg);
⚫ 函数描述：
用于把重装载寄存器的值重载到计数器中，喂狗，防止 IWDG 复位。
⚫ 函数形参：
形参 1 是 IWDG_HandleTypeDef 结构体指针类型的 IWDG 句柄。
⚫ 函数返回值：
HAL_StatusTypeDef 枚举类型的值。

独立看门狗配置步骤

1）取消寄存器写保护，设置看门狗预分频系数和重装载值
首先我们必须取消 IWDG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器的写保护，这样才可以设置寄存器IWDG_PR 和 IWDG_RLR 的值。取消写保护和设置预分频系数以及重装载值在 HAL 库中是通过函数 HAL_IWDG_Init 实现的。
通过该函数设置看门狗的分频系数，和重装载的值。看门狗的喂狗时间（也就是看门狗溢出时间）的计算方式为：
Tout=((4×2^prer) ×rlr) /32
其中 Tout 为看门狗溢出时间（单位为 ms）。
prer 为看门狗时钟预分频值（IWDG_PR 值），范围为 0~7。
rlr 为看门狗的重装载值（IWDG_RLR 的值）。
比如我们设定 prer 值为 4（4 代表的是 64 分频，HAL 库中可以使用宏定义标识符IWDG_PRESCALER_64），rlr 值为 500，那么就可以得到 Tout=64×500/32=1000ms，这样，看门狗的溢出时间就是 1s，只要你在一秒钟之内，有一次写入 0xAAAA 到 IWDG_KR，就不会导致看门狗复位（当然写入多次也是可以的）。这里需要提醒大家的是，看门狗的时钟不是准确的32Khz，所以在喂狗的时候，最好不要太晚了，否则，有可能发生看门狗复位。

2）重载计数值喂狗（向 IWDG_KR 写入 0xAAAA）
在 HAL 中重载计数值的函数是 HAL_IWDG_Refresh，该函数的作用是把值 0xAAAA 写入到 IWDG_KR 寄存器，从而触发计数器重载，即实现独立看门狗的喂狗操作。

3）启动看门狗(向 IWDG_KR 写入 0xCCCC)
HAL 库函数里面启动独立看门狗是通过宏定义标识符来实现的：
#define __HAL_IWDG_START(HANDLE)
WRITE_REG((HANDLE)->Instance->KR, IWDG_KEY_ENABLE);
我们只需要调用宏定义标识符__HAL_IWDG_START 即可实现看门狗使能。实际上，当我们调用了看门狗初始化函数 HAL_IWDG_Init 之后，在内部已经调用了该宏启动看门狗。

18.3.3 程序解析

1. IWDG 驱动代码
先看 IWDG的初始化函数，其定义如下：

/**
* @brief 初始化独立看门狗
* @param prer: IWDG_PRESCALER_4~IWDG_PRESCALER_256,对应 4~256 分频
* @arg 分频因子 = 4 * 2^prer. 但最大值只能是 256!
* @param rlr: 自动重装载值,0~0XFFF. 
* @note 时间计算(大概):Tout=((4 * 2^prer) * rlr) / 40 (ms). 
* @retval 无
*/
void MX_IWDG_Init(void)
{/* USER CODE BEGIN IWDG_Init 0 *//* USER CODE END IWDG_Init 0 *//* USER CODE BEGIN IWDG_Init 1 *//* USER CODE END IWDG_Init 1 */hiwdg.Instance = IWDG;hiwdg.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_64;   /* 设置 IWDG 分频系数 */hiwdg.Init.Reload = 500;                    /* 重装载值 */if (HAL_IWDG_Init(&hiwdg) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN IWDG_Init 2 *//* USER CODE END IWDG_Init 2 */}

MX_IWDG_Init 是独立看门狗初始化函数，主要设置预分频数和重装载寄存器的值。通过这两个寄存器，就可以大概知道看门狗复位的时间周期为多少了。
hiwdg.Init.Prescaler = IWDG_PRESCALER_64，即预分频系数为 64。
hiwdg.Init.Reload = 500，即重装载值是 500。
所以可由公式得到 Tout=64×500/32=1000ms，即溢出时间就是 1s。只要你在一秒钟之内，有一次写 0xAAAA 到 IWDG_KR，就不会导致看门狗复位（当然写入多次也是可以的）。这里需要提醒大家的是，看门狗的时钟不是准确的 32Khz，所以在喂狗的时候，最好不要太晚了，否则，有可能发生看门狗复位。

/**
* @brief 喂独立看门狗
* @param 无
* @retval 无
*/
HAL_StatusTypeDef HAL_IWDG_Refresh(IWDG_HandleTypeDef *hiwdg)
{/* Reload IWDG counter with value defined in the reload register */__HAL_IWDG_RELOAD_COUNTER(hiwdg);/* Return function status */return HAL_OK;
}

只需调用 HAL 库函数 HAL_IWDG_Refresh函数用来喂狗。

2. main.c 代码
在 main.c 里面编写如下代码：

int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();MX_IWDG_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_Delay(300);/* 延时300ms再驱动LED。若是不延时，看门狗复位太快，人眼分不清LED是否在闪烁，也就没法方便辨别看门狗的溢出 */HAL_GPIO_WritePin(LED_0_GPIO_Port, LED_0_Pin, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(LED_1_GPIO_Port, LED_1_Pin, GPIO_PIN_RESET);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){uart_debug_task();    /*串口数据接收处理*//* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

3.喂狗代码

void uart_debug_task(void)
{uint8_t len;static uint32_t once_flag = 0;uint8_t cmd_buf[64] = {0};uint32_t para_1 = 0;uint32_t para_2 = 0;uint32_t para_3 = 0;uint32_t ret = 0;if (0 == once_flag){once_flag = 1;HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)g_rx1_buffer, RX1BUFFERSIZE); }if (g_usart1_rx_sta & 0x8000)         /* 接收到了数据? */{if (1)//for debug{len = g_usart1_rx_sta & 0x3fff;  /* 得到此次接收到的数据长度 */printf("\r\nThe message you sent is:\r\n");HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)g_usart1_rx_buf, len, 1000);    /* 发送接收到的数据 */while(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_TC) != SET);           /* 等待发送结束 */printf("\r\n");             /* 插入换行 */}ret = sscanf((void*)g_usart1_rx_buf, "%s %d %d %d", cmd_buf, &para_1, &para_2, &para_3);if (1 <= ret){g_usart1_rx_sta = 0;memset((void*)g_usart1_rx_buf, 0, sizeof(g_usart1_rx_buf));printf("cmd:%s, ret:%d\r\n", cmd_buf, ret);uint8_t cmd_1[32] = "cmd_feed_dog";if (0 == strncmp((void*)cmd_1, (void*)cmd_buf, strlen((void*)cmd_1))){HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);        /*喂狗*/printf("feed dog success!!\r\n");}}/* Clear the receiving cache */g_usart1_rx_sta = 0;memset((void*)g_usart1_rx_buf, 0, sizeof(g_usart1_rx_buf));}else{   }return;
}

串口软件周期发送“cmd_feed_dog”命令来喂狗，LED灯就一直保持常亮。超过了500ms（实际是1s,中间有2倍的关系，类似于香农采样定理）周期没有喂狗就会导致LED亮灭一次。
操作效果如下：
在这里插入图片描述

18.4 下载验证

下载代码后，可以看到 LED_0 和 LED_1 不停的闪烁，证明系统在不停的复位，否则 LED_0 和 LED_1 常亮。这时我们串口软件周期发送“cmd_feed_dog”命令来喂狗，可以看到 LED_0 和 LED_1 就常亮了，不会再闪烁。说明我们的实验是成功的。
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18.5 源代码路径

git clone git@gitee.com:xiaoliangliangcong/stm32.git
STM32F407ZGT6/4.IWDG