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)定運行的重要手段，可以及時監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)軟件是否在規(guī)定的時間內(nèi)執(zhí)行了規(guī)定的指令，如果發(fā)現(xiàn)進(jìn)入錯誤狀態(tài)可以及時發(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。


簡述看門狗的基本原理

看門狗是一種監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況的手段，通過軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)控。穩(wěn)定運行的軟件會在執(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機(jī)，若看門狗被使能則計數(shù)器開始計數(shù)，如果在設(shè)定的時間內(nèi)沒有及時喂狗則會發(fā)生看門狗超時。看門狗主要由寄存器、計數(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，計數(shù)器計算狗叫時間，狗叫模塊決定看門狗超時后發(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)部的定時器/計數(shù)器單元實現(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绦蛴嫈?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間，該時間通過設(shè)置定時器的計數(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器值，當(dāng)程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)時，定時器因計時到而中斷，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)計原理

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

單片機(jī)正常工作的時候，每隔一段時間輸出一個信號到喂狗端，給看門狗電路清零，如果在超過規(guī)定的時間不喂狗，定時超時，就會給一個復(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

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

圖2看門狗硬件設(shè)計電路圖

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

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，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，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，例如用來實現(xiàn)電池電量的長時間監(jiān)測和電壓跌落預(yù)警。


6、延遲時間

一定的延遲時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，獨立電壓的處理器有可能需要對兩個電源軌進(jìn)行監(jiān)控，與此同時，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(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，看門狗電路的芯片啟動選通功能能夠防止錯誤數(shù)據(jù)使CMOSRAM發(fā)生劣化。