看門狗定時(shí)器通常被認(rèn)為是不必要的或過多的。然而，將兩者等同起來，會(huì)對(duì)監(jiān)管機(jī)構(gòu)造成極大傷害。，看門狗添加了關(guān)鍵的監(jiān)控功能，允許我們?cè)趦?nèi)部和外部監(jiān)控系統(tǒng)故障并在發(fā)生故障時(shí)采取行動(dòng)。
什么是看門狗定時(shí)器？
簡單地說，看門狗定時(shí)器是一種設(shè)備，如果它在特定時(shí)間范圍內(nèi)沒有從處理器接收到周期性脈沖信號(hào)，它就會(huì)斷言復(fù)位輸出。一種實(shí)現(xiàn)方式是通過處理器的數(shù)字信號(hào)輸出 (GPIO) 饋入外部看門狗定時(shí)器的看門狗輸入 (WDI)，如圖 1 所示。TPS3851 是具有集成看門狗定時(shí)器的監(jiān)控器。這使得它既可以監(jiān)控微控制器的電源軌，又可以以外部方式監(jiān)控從 MCU 發(fā)出的數(shù)字脈沖。
圖 1：TPS3851提供的看門狗監(jiān)控
處理器周期性地向看門狗定時(shí)器發(fā)送一個(gè)脈沖，以指示系統(tǒng)軟件運(yùn)行正常。如果看門狗定時(shí)器在指定的時(shí)間范圍內(nèi)（稱為看門狗超時(shí)）未收到該脈沖，則看門狗定時(shí)器將置位復(fù)位輸出。此重置輸出可用于通知系統(tǒng)處理器已掛起或凍結(jié)，或重置處理器本身。圖 2 說明了在看門狗超時(shí)內(nèi)接收到的脈沖和在看門狗超時(shí)到期后接收到的脈沖。
圖 2：標(biāo)準(zhǔn)看門狗定時(shí)器的操作
為什么看門狗定時(shí)器如此重要？
看門狗定時(shí)器提供了一種方法來警告系統(tǒng)或重置其軟件遇到凍結(jié)或掛起的處理器。雖然沒有人故意將軟件設(shè)計(jì)為凍結(jié)，但優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員無論如何都會(huì)為失敗做好準(zhǔn)備——因?yàn)闉橐馔庾龊脺?zhǔn)備總是更好。如果沒有這種監(jiān)控，處理器可能會(huì)無限期地保持凍結(jié)狀態(tài)并導(dǎo)致進(jìn)一步的系統(tǒng)故障。具有可調(diào)超時(shí)間隔的外部看門狗定時(shí)器（例如TPS3851）可以在短短幾毫秒內(nèi)識(shí)別這些軟件凍結(jié)并適當(dāng)?shù)刂刂孟到y(tǒng)或處理器。此功能在嵌入式或遠(yuǎn)程系統(tǒng)中尤其必要，在這些系統(tǒng)中手動(dòng)重置系統(tǒng)是不切實(shí)際的，甚至是不可能的。
如何在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)看門狗定時(shí)器？
有兩種實(shí)現(xiàn)看門狗定時(shí)器的主要方法：
· 使用具有集成看門狗功能的處理器。許多微控制器（例如MSP430F5529系列）都集成了看門狗功能。這是很有價(jià)值的，因?yàn)樗浅Ｈ菀讓?shí)現(xiàn)并且不需要其他 IC。然而，它有一個(gè)主要警告：集成看門狗可能并不總是按預(yù)期工作，因?yàn)閷?dǎo)致 MCU 故障的代碼問題也可能無意中禁用看門狗定時(shí)器。同樣，軟件的編寫方式使得內(nèi)部看門狗應(yīng)該能夠檢測(cè)到任何凍結(jié)或掛起。但是，采取額外的步驟以冗余方式監(jiān)視看門狗輸入有助于解決代碼中無法預(yù)見的錯(cuò)誤。
· 使用帶有看門狗定時(shí)器的電壓監(jiān)控器。具有看門狗定時(shí)器功能的監(jiān)控器（例如TPS3851或TPS3110）允許我們以外部冗余方式監(jiān)視電源電壓和看門狗信號(hào)。如果處理器的內(nèi)部看門狗未能檢測(cè)到錯(cuò)誤或丟失的脈沖，外部看門狗定時(shí)器將增加一個(gè)否則無法實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)級(jí)別。
原則上，看門狗定時(shí)器的功能并不過分復(fù)雜。然而，它在保持系統(tǒng)可靠性方面的重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過。如果在發(fā)生故障時(shí)人為啟動(dòng)的系統(tǒng)重置不可能或非常困難，則尤其如此。
為什么要在應(yīng)用程序中使用看門狗定時(shí)器？
看門狗定時(shí)器適用于各種應(yīng)用，從無人機(jī)和電網(wǎng)計(jì)量到電機(jī)控制等等。對(duì)于所有這些不同的應(yīng)用，看門狗定時(shí)器提供了相同的基本功能：監(jiān)控處理器的錯(cuò)誤操作并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。
但是，這種監(jiān)視的效用可能因應(yīng)用程序類型而異。例如，期望有人手動(dòng)重置無人機(jī)，當(dāng)無人機(jī)在空中數(shù)百英尺時(shí)其處理器掛斷，這是不切實(shí)際的。在智能電表中，同樣的問題可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無法讀取或記錄信息。遠(yuǎn)程位置的儀表和傳感器也可能遇到軟件故障，導(dǎo)致系統(tǒng)無法讀取和記錄信息，也沒有人手動(dòng)重置它。控制電機(jī)和其他機(jī)械部件的系統(tǒng)中的代碼故障尤其令人擔(dān)憂，因?yàn)檫@些系統(tǒng)的錯(cuò)誤操作可能對(duì)操作員和附近人員造成人身傷害。幸運(yùn)的是，使用看門狗定時(shí)器可以增加冗余以捕獲這些錯(cuò)誤并有助于防止這些問題的發(fā)生。
窗口看門狗定時(shí)器如何工作？
窗口看門狗定時(shí)器，如圖 1 所示，是一種特殊類型的看門狗定時(shí)器，它不僅監(jiān)視來自處理器的信號(hào)是否在看門狗超時(shí)結(jié)束（即看門狗上限）之前發(fā)送失敗，而且還監(jiān)視處理器是否發(fā)送看門狗看門狗超時(shí)窗口開始前的輸入 (WDI) 信號(hào)（即看門狗下邊界）。此功能如圖 2 所示。
圖 1：監(jiān)控微控制器的窗口看門狗定時(shí)器 ( TPS3850 )
圖 2：窗口看門狗功能
這與標(biāo)準(zhǔn)看門狗定時(shí)器不同，后者只檢查脈沖是否在超時(shí)結(jié)束之前到來。能夠監(jiān)控早期的 WDI 信號(hào)很有用，因?yàn)樗梢詸z測(cè)和停止不受歡迎的超頻。
有哪些額外的看門狗定時(shí)器功能？
窗口看門狗定時(shí)器只是看門狗定時(shí)器中的一種附加功能。幾個(gè)附加功能可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)健性和功能性：
· 可調(diào)看門狗超時(shí)——不同的系統(tǒng)和應(yīng)用程序需要不同的 WDI 信號(hào)超時(shí)時(shí)間。外部電容器和 SET 引腳可用于在幾毫秒到一分鐘以上的任何時(shí)間調(diào)整看門狗超時(shí)。
· 看門狗定時(shí)器禁用功能- 可以使用設(shè)備上的引腳禁用某些看門狗定時(shí)器。當(dāng)您不想重置處理器時(shí)，此功能在系統(tǒng)初始化和調(diào)試期間很有用。
TI 的TPS3850、TPS3851和TPS3852系列器件提供常規(guī)和窗口看門狗選項(xiàng)，并包含下面圖 3 中描述的所有功能。
表 1：TI 的TPS3850系列
