[技术问答] 看门狗其实就是这么回事(原理及设计思路)

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 楼主 | 2018-12-28 16:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

看门狗定时器(WDT,Watch Dog Timer)是单片机的一个组成部分,在单片机程序的调试和运行中都有着重要的意义。它的主要功能是在发生软件故障时,通过使器件复位(如果软件未将器件清零)将单片机复位。也可以用于将器件从休眠或空闲模式唤醒。

有一个很形象的比喻
看门狗其实就是这么回事

比如说你正在绕着一座小山裸奔。——程序按预定流程执行。

每次经过山脚下的某个地方,你都给一条大狼狗一根肉骨头。——喂狗。

奔着奔着,你奔叉了道,跑到了不该去的山顶。——程序跑飞了。

或者,你在裸奔的途中睡着了。——程序死机。

这时,那条大狼狗,由于一直得不到喂食,饿疯了,挣脱锁链来追你。——看门狗定时器溢出。

你被它一吓,脚底一软,从山上咕噜咕噜滚下来。起来一看,靠,又回到了出发地点。于是只好又从头开始裸奔。——程序复位。

 楼主 | 2018-12-28 16:03 | 显示全部楼层

看门狗这东西是加强可靠性用的

看门狗是不随主芯片时钟的停止而停止的,它是一个独立的计时单元,假如你在程序中使用并设置了看门狗寄存器,在系统加电后它就会启动,若在指定周期内没有重置看门狗寄存器(也就是大家常说的喂狗),系统将会重新启动。

这种设计为系统提供了极高的可靠性,即使系统死锁,也可以及时的自动恢复系统。
 楼主 | 2018-12-28 16:03 | 显示全部楼层

看门狗的原理

硬件看门狗是利用了一个定时器,来监控主程序的运行,也就是说在主程序的运行过程中,我们要在定时时间到之前对定时器进行复位如果出现死循环,或者说PC指针不能回来。那么定时时间到后就会使单片机复位。

软件看门狗技术的原理和这差不多,只不过是用软件的方法实现,我们还是以51系列来讲,我们知道在51单片机中有两个定时器,我们就可以用这两个定时器来对主程序的运行进行监控。我们可以对T0设定一定的定时时间,当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值,而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值,在这里我们要设定的定时值要小于主程序的运行时间,这样在主程序的尾部对变量的值进行判断,如果值发生了预期的变化,就说明T0中断正常,如果没有发生变化则使程序复位。对于T1我们用来监控主程序的运行,我们给T1设定一定的定时时间,在主程序中对其进行复位,如果不能在一定的时间里对其进行复位,T1 的定时中断就会使单片机复位。

在这里T1的定时时间要设的大于主程序的运行时间,给主程序留有一定的的裕量。而T1的中断正常与否我们再由T0定时中断子程序来监视。这样就够成了一个循环,T0监视T1,T1监视主程序,主程序又来监视T0,从而保证系统的稳定运行。

51 系列有专门的看门狗定时器,对系统频率进行分频计数,定时器溢出时,将引起复位.看门狗可设定溢出率,也可单独用来作为定时器使用.
 楼主 | 2018-12-28 16:03 | 显示全部楼层

看门狗使用注意

大多数51 系列单片机都有看门狗,当看门狗没有被定时清零时,将引起复位。这可防止程序跑飞。设计者必须清楚看门狗的溢出时间以决定在合适的时候,清看门狗。清看门狗也不能太过频繁否则会造成资源浪费。程序正常运行时,软件每隔一定的时间(小于定时器的溢出周期)给定时器置数,即可预防溢出中断而引起的误复位。
 楼主 | 2018-12-28 16:04 | 显示全部楼层

系统软件"看门狗"的设计思路

1.看门狗定时器T0的设置。在初始化程序块中设置T0的工作方式,并开启中断和计数功能。系统Fosc=12 MHz,T0为16位计数器,最大计数值为(2的10次方)-1=65 535,T0输入计数频率是.Fosc/12,溢出周期为(65 535+1)/1=65 536(μs)。

2.计算主控程序循环一次的耗时。考虑系统各功能模块及其循环次数,本系统主控制程序的运行时间约为16.6 ms。系统设置"看门狗"定时器T0定时30 ms(T0的初值为65 536-30 000=35 536)。主控程序的每次循环都将刷新T0的初值。如程序进入"死循环"而T0的初值在30 ms内未被刷新,这时"看门狗"定时器T0将溢出并申请中断。

3.设计T0溢出所对应的中断服务程序。此子程序只须一条指令,即在T0对应的中断向量地址(000BH)写入"无条件转移"命令,把计算机拖回整个程序的第一行,对单片机重新进行初始化并获得正确的执行顺序。
 楼主 | 2018-12-28 16:04 | 显示全部楼层
现在的绝大多数mcu都有看门狗

看门狗的主要操作一般有三种:启动,触发和停用.启动是指设置初始参数并调用中断以使看门狗开始工作;触发是指在看门狗的记数器的数值减为零以前对其恢复初始值;停用是指调用中断停止使用看门狗.在程序中应选择适当的地方对其进行触发选择时有许多讲究,程序比较大时会比较难确定,但使用它确实有很多优点不能说不容易用所以就不用

几乎所有的嵌入式操作系统都有看门狗任务,它的主要功能是防止系统死掉或者陷入死循环。也就是每个一定的时间就会执行看门狗任务,以reset系统.

喂狗的方式举个例子:在os任务调度的时候顺便触发一下看门狗,这样一旦任务长时间停止调度系统就会复位,这个功能实现起来很简单,并不需要应用程序多操什么心。

看门狗在启动的时候一般都会设置超时时间,超时时间按照一定的频率递减,减到零就复位,所以得定时将一个计时器更新到最大,防止减小到零。超时时间初始化时一般都是固定好的。
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