STM32 HAL库使用指南：独立看门狗（IWDG）配置详解

STM32 HAL库 STM32CubeMX — IWDG

一、IWDG简介

看门狗(Watchdog)就是MCU上的一种特殊的定时器，用于监视系统的运行，在发生错误(例如程序出现死循环)时，能触发一个中断或产生系统复位，防止程序跑飞。STM32 有两个看门狗，一个是独立看门狗另外一个是窗口看门狗，独立看门狗号称宠物狗，窗口看门狗号称警犬。

二、独立看门狗的工作原理

独立看门狗(Independent Watchdog，IWDG)是由内部 32kHz 低速时钟 LSI 驱动的自由运行的 12 位递减计数器。LSI在时钟树上的位置如下图所示。

独立看门狗的内部功能框图如下图所示。

本节先分析独立看门狗的功能框图和它的应用；

独立看门狗用通俗一点的话来解释就是一个12 位的递减计数器，当计数器的值从某个值一直减到0 的时候，系统就会产生一个复位信号，即IWDG_RESET。如果在计数没减到0 之前，刷新了计数器的值的话，那么就不会产生复位信号，这个动作就是喂狗 。

独立看门狗一般用来检测和解决由程序引起的故障，比如一个程序正常运行的时间是50ms，在运行完这个段程序之后紧接着进行喂狗，我们设置独立看门狗的定时溢出时间为60ms，比我们需要监控的程序50ms 多一点，如果超过60ms 还没有喂狗，那就说明我们监控的程序出故障了，跑飞了，那么就会产生系统复位，让程序重新运行。

看门狗功能由VDD 电压域供电，在停止模式和待机模式下仍能工作。

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，非常独立。LSI 的频率一般在30~60KHZ 之间，根据温度和工作场合会有一定的漂移，所以独立看门狗的定时时间并不一定非常精确，只适用于对时间精度要求比较低的场合。

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，在预分频器寄存器 IWDG_PR 里，有 PR[2:0]用于设置分频系数，分频系数从 4、8、16 到 256。

3、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。

4、重装载寄存器
重独立看门狗有一个重载寄存器IWDG RLR，可以设置一个 12位的重载值，例如 4000。在看门狗的递减计数器的值变为0之前，将IWDG_RLR 里的值重新载入看门狗计数器，就可以避免产生复位。超时时间Tout = （预分频因子*(重装载值+1)）/LSI。关于计算超时时间在下面会详细介绍。

5、键寄存器
独立看门狗还有一个关键字寄存器 IWDG KR，其 KEY[15:0]是一个只可以写的关键字写入不同的关键字有不同的作用。
●写入 0xAAAA 时，重载寄存器 IWDG RLR 中的 12 位值就会被写入计数器，从而使计数器从头开始递减计数，避免系统复位。此操作称为刷新看门狗。
●写入 0x5555 后，才可以修改预分频器寄存器IWDG PR 和重载寄存器 IWDG_RLR 的内容。
●写入 0xCCCC 时，启动独立看门狗。
LSI时钟频率是 32kHz，看门狗最大重载值是4095(对应0xFFF)，根据预分频系数可以计算出IWDG 的最长超时(timeout)，如下表所示。

6、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。

三、驱动函数

独立看门狗的驱动函数比较只有2个常规函数和几个宏函数。独立看门狗没有中断。

初始化函数HAL IWDG Init()

结构体 IWDG HandleTypeDef的定义如下，各成员变量的意义见注释：

typedef struct
{
  IWDG_TypeDef                 *Instance;  /*!< IWDG寄存器基地    */
  IWDG_InitTypeDef             Init;       /*!< IWDG 的参数 */
} IWDG_HandleTypeDef;

其中的成员变量 Init 是结构体类型 IWDG_ImitTypeDef,它定义了IWDG的参数,这个结构体定义如下，各成员变量的意义见注释：

typedef struct
{
  uint32_t Prescaler;  /*!< IWDG 预分频系数，也就是预分频寄存器IWDG_PR里的 PR[2:0] */

  uint32_t Reload;     /*!< IWDG计数器重载值，也就是重载寄存器IWDG_RLR 的值 */

} IWDG_InitTypeDef;

初始化函数HAL IWDG Init()

HAL IWDG Refresh()用于刷新看门狗，就是将重载寄存器IWDG_RLR 的值重新载入看门狗计数器，避免产生系统复位。函数HAL_IWDG _Refresh()的原型定义如下,只需使用IWDC对象指针作为函数参数：
HAL_StatusTypeDef HAL IWDG Refresh(IWDG HandleTypeDef *hiwdg);

其他宏函数

文件 stm32f4xx hal iwdg.h 还有几个主要的宏函数，这些函数的输入参数__HANDLE__是独立看门狗对象指针。
●HAL_IWDGSTART(HANDLE)，启动独立看门狗，就是向关键字寄存器IWDG_KR写入 0x0000CCCc。
●HAL_IWDG_RELOADCOUNTER(HANDLE)，重置看门狗计数器的值，就是向关键字寄存器 IWDG_KR 写入 0x0000AAAA，这会导致重载寄存器IWDG_RLR中的值载入看门狗计数器。这个宏函数与函数HAL_IWDG_RefreshO的功能相同。
●IWDG_ENABLE_WRITE ACCESS(HANDLE)，使预分频寄存器IWDG_PR 和重载存器 IWDG_RLR 变为可写的，其代码就是向关键字寄存器 IWDG_KR 写入 0x00005555。
●IWDG_DISABLE_WRITEACCESS(HANDLE)，使预分频寄存器IWDG_PR 和重载寄存器 IWDG_RLR 变为不可写的，其代码就是向关键字寄存器 IWDG KR 写入0x00000000。

四、超时时间计算

通过查阅多个文档和网上各种资料，有两种计算办法
两种办法大家酌情选择

第一种办法

Tout = （ (4*2^PR) * (RLV+1) ）/ LSI；其中PR为上图中预分频系数对应的PR[2:0]位、RLV为重装载值（0 ~ 4095）、LSI为内部低速时钟，也就是驱动IWDG的时钟，F1一般LSI为40kHz ;

示例：
以F1为例，LSI为40kHz、预分频系数为8，PR为1、RLV为0和4095
最短时间：RLV为0，Tout = ((4*2^PR)*(RLV+1)) / LSI = ((4*2)*(0+1)) / 40000 = 0.0002s = 0.2ms
最长时间：RLV为4095，Tout = ((4*2^PR)*(RLV+1)) / LSI = ((4*2)*(4095+1)) / 40000 = 0.8192s = 8192ms

第二种办法（推荐）

Tout = (预分频系数 * (重装载值+1)) / LSI；其中预分频系数和重装载值为直接设置的，后面结合配置STM32Cube MX会很方便；LSI为内部低速时钟，F1一般为40kHz;

示例：
以F1为例，LSI为40kHz、预分频系数为8，重装载值为0和4095
最短时间：重装载值为0，Tout = (预分频系数*重装载值) / LSI = (8*1) / 40000 = 0.0002s = 0.2ms
最长时间：重装载值为4095，Tout = (预分频系数*重装载值) / LSI = (8*4096) / 40000 =0.8192s = 8192ms

这两种办法都可以算出上表中的数值，其实仔细分析这两种办法，原理其实都一样，为例方便算一点推荐使用第二种办法。

四、STM32Cube MX 配置
基础STM32Cube MX的配置参考这篇博客：STM32 CubeMx教程 – 基础知识及配置使用教程

配置RCC，使用外部晶振模式

配置SYS，debug模式选择Serial Wire

参数设置部分只有两个参数：
配置IWDG，先启用独立看门狗，配置预分频系数为32，重装载值为124；
Tout = （32*（124+1））/ 40000 = 100ms

使用一个串口用来打印调试信息，设置为异步通信模式

配置时钟树，从图上可以看到里面默认的LSI RC振荡时钟 40kHz ,LSI时钟配置到了IWDG

涉及到IWDG（独立看门狗）的函数有两个：

MX_IWDG_Init(); 	//独立看门狗初始化
HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg);	//喂狗