看門狗電路工作原理、作用及注意事項(xiàng)

在對可靠性有嚴(yán)格要求的機(jī)載航空電子系統(tǒng)中，看門狗是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，可以及時(shí)監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)軟件是否在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行了規(guī)定的指令，如果發(fā)現(xiàn)進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)可以及時(shí)發(fā)起中斷或復(fù)位。下面介紹看門狗電路工作原理、作用及注意事項(xiàng)。


簡述看門狗的基本原理

看門狗是一種監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的手段，通過軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控。穩(wěn)定運(yùn)行的軟件會在執(zhí)行完特定指令后進(jìn)行喂狗，若在一定周期內(nèi)看門狗沒有收到來自軟件的喂狗信號，則認(rèn)為系統(tǒng)故障，會進(jìn)入中斷處理程序或強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。看門狗的工作流程見圖1，系統(tǒng)上電后根據(jù)不同的工作模式可以選擇使能看門狗的時(shí)機(jī)，若看門狗被使能則計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒有及時(shí)喂狗則會發(fā)生看門狗超時(shí)。看門狗主要由寄存器、計(jì)數(shù)器和狗叫模塊構(gòu)成；通過寄存器對看門狗進(jìn)行基本設(shè)置，計(jì)數(shù)器計(jì)算狗叫時(shí)間，狗叫模塊決定看門狗超時(shí)后發(fā)出的中斷或復(fù)位方式。

看門狗工作流程

軟件看門狗作用原理

軟件看門狗因其只使用了單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器單元實(shí)現(xiàn)看門狗功能，不必外加元器件，因而被普遍的應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中，常與硬件看門狗一起使用。

軟件看門狗一般采用高級中斷的方式執(zhí)行，通過在中斷程序中設(shè)置系統(tǒng)復(fù)位寄存器或?qū)Τ绦蛴?jì)數(shù)器PC賦予初始值的方式進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。可根據(jù)系統(tǒng)的需要自行確定看門狗動作的時(shí)間，該時(shí)間通過設(shè)置定時(shí)器的計(jì)數(shù)值來確定。在系統(tǒng)正常的主循環(huán)中適當(dāng)?shù)夭迦搿拔构贰敝噶顏碇刂枚〞r(shí)器值，當(dāng)程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，定時(shí)器因計(jì)時(shí)到而中斷，從而執(zhí)行中斷復(fù)位程序，將系統(tǒng)復(fù)位。


一般看門狗硬件電路設(shè)計(jì)原理

看門狗，又叫watchdog，從本質(zhì)上來說就是一個(gè)定時(shí)器電路，一般有一個(gè)輸入和一個(gè)輸出，其中輸入叫做喂狗，輸出一般連接到另外一個(gè)部分的復(fù)位端，一般是連接到單片機(jī)。

單片機(jī)正常工作的時(shí)候，每隔一段時(shí)間輸出一個(gè)信號到喂狗端，給看門狗電路清零，如果在超過規(guī)定的時(shí)間不喂狗，定時(shí)超時(shí)，就會給一個(gè)復(fù)位信號到達(dá)單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位，防止單片機(jī)程序跑飛。看門狗電路的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。


電路設(shè)計(jì)

看門狗硬件電路設(shè)計(jì)原理，利用電阻、電容、MOSFET、反相觸發(fā)器搭建了一套運(yùn)行可靠的看門狗電路。

圖2看門狗硬件設(shè)計(jì)電路圖

如圖2所示，信號“WATCHDOG_KICK”為“喂狗”信號；RESET為復(fù)位信號，一般在整套電氣系統(tǒng)里與單片機(jī)的reset引腳相連；U1，U2，U3，U4為邏輯反相器；Q1、Q2、Q3為N型MOSFET；VCC一般為5v電壓。


看門狗電路注意事項(xiàng)

1、系統(tǒng)電壓

選擇看門狗依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的電壓軌，也就是說，根據(jù)MCU或DSP的驅(qū)動電壓來選擇電壓監(jiān)控器。


2、看門狗輸入端(WDI)

一旦MCU無法正常工作時(shí)，而且其片內(nèi)看門狗功能也無法復(fù)位，軟件進(jìn)入死循環(huán)。這時(shí)，具有集成看門狗功能的監(jiān)控器可觸發(fā)復(fù)位，從而提高系統(tǒng)的可靠性。


3、手動復(fù)位(MR)功能

借助該功能，可對電路進(jìn)行手動復(fù)位，或者通過應(yīng)用中的另一個(gè)器件來主動控制監(jiān)控器電路。


4、有效高電平輸出

如果處理器需要采用有效高電平復(fù)位輸入，無需增加額外的器件就可實(shí)現(xiàn)。


5、電源故障輸入/輸出(PFI/PFO)

利用該比較器能夠提供更大的靈活性，例如用來實(shí)現(xiàn)電池電量的長時(shí)間監(jiān)測和電壓跌落預(yù)警。


6、延遲時(shí)間

一定的延遲時(shí)間使得電壓和電路中的其它器件能夠在正常操作重新開始之前先穩(wěn)定先來，降低電壓波動，提高系統(tǒng)的可靠性。


7、通道數(shù)

一般而言，系統(tǒng)中所需的監(jiān)控器功能的數(shù)量取決于處理器及外圍器件的電壓。例如，獨(dú)立電壓的處理器有可能需要對兩個(gè)電源軌進(jìn)行監(jiān)控，與此同時(shí)，系統(tǒng)中的存儲器可能也需要進(jìn)行監(jiān)控并工作在第三個(gè)(不同的)電壓軌上。


8、芯片啟動選通作用

一旦電源電壓處于欠壓狀態(tài)時(shí)，看門狗電路的芯片啟動選通功能能夠防止錯(cuò)誤數(shù)據(jù)使CMOSRAM發(fā)生劣化。