硬件看門狗是什么
硬件看門狗是什么
你們知道什么是硬件看門狗嗎?跟著學(xué)習(xí)啦小編一起學(xué)習(xí)什么是硬件看門狗吧。
硬件看門狗介紹
看門狗，又叫watchdog timer，主要用來監(jiān)控、管理CPU的運行狀態(tài)，并對處于異常狀態(tài)中的CPU進行復(fù)位操作，使其能重新工作。
看門狗可分為硬件看門狗和軟件看門狗兩種。
硬件看門狗的主體是一個定時電路，并由被監(jiān)控CPU提供周期性“喂狗”信號，對定時器清零(俗稱“清狗”)。CPU正常工作時，由于能定時“清狗”，看門狗內(nèi)的定時器不會溢出。當(dāng)CPU出現(xiàn)故障，則不能繼續(xù)提供“清狗”信號，使得看門狗內(nèi)定時器不斷累加而溢出，從而觸發(fā)一個復(fù)位信號對CPU進行復(fù)位，使CPU重新工作。
軟件看門狗原理上一樣，只是將硬件電路上的定時器用處理器的內(nèi)部定時器代替，這樣可以簡化硬件電路設(shè)計，但在可靠性方面不如硬件定時器，比如系統(tǒng)內(nèi)部定時器自身發(fā)生故障就無法檢測到。當(dāng)然也有通過雙定時器相互監(jiān)視，這不僅加大系統(tǒng)開銷，也不能解決全部問題，比如中斷系統(tǒng)故障導(dǎo)致定時器中斷失效。
看門狗本身不是用來解決系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的故障應(yīng)該要查改設(shè)計本身的錯誤。加入看門狗目的是對一些程序潛在錯誤和惡劣環(huán)境干擾等因素導(dǎo)致系統(tǒng)死機而在無人干預(yù)情況下自動恢復(fù)系統(tǒng)正常工作狀態(tài)。看門狗也不能完全避免故障造成的損失，畢竟從發(fā)現(xiàn)故障到系統(tǒng)復(fù)位恢復(fù)正常這段時間內(nèi)是不能正常工作的。同時一些系統(tǒng)也需要復(fù)位前保護現(xiàn)場數(shù)據(jù)，重啟后恢復(fù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，這可能也需要一筆軟硬件的開銷。
1).MR#：Manual-Reset，手動復(fù)位輸入信號，低電平有效，當(dāng)此管腳的輸入電平低于0.6V時，會觸發(fā)Reset#管腳輸出一個復(fù)位信號，此管腳內(nèi)部有 70uA 上拉電流。如要不使用此管腳，需要將此管腳接到VCC或者懸空，不可接地;
2).VCC：芯片工作電壓，接5V或3.3V;
3).GND：芯片參考地，直接與單板GND相連;
4).PFI：Power-Fail Comparator Input，電壓監(jiān)控輸入管腳，當(dāng)此管腳的輸入電壓低于1.25V時，F(xiàn)PO#及Reset#會輸出低電平信號;
5).PFO#：Power-Fail Output，電壓監(jiān)控輸出管腳，當(dāng)PFI的輸入電平低于1.25V時，輸出低電平，不使用此管腳時可將其懸空;
6).WDI：Watchdog Input，清狗信號輸入，WDI遇到一個上升沿/下降沿，內(nèi)部看門狗定時器都將清0。WDI的輸入信號超過1.6S不發(fā)生跳變時，看門狗內(nèi)部定時器將會溢出并觸發(fā)WDO#輸出低電平;
7).WDO#：Watchdog Output，看門狗輸出，WDI超過1.6S不發(fā)生跳變時，WDO#將輸出低電平，另外，VCC低于1.25V時也會觸發(fā)WDO#輸出低電平;
8).RESET#：復(fù)位信號輸出，低電平有效，低電平寬度為200ms，Reset#信號只會被VCC或MR#觸發(fā)，WDO#有效時不會觸發(fā)Reset#，除非將WDO#接到RESET#上。
雖然MAX706與ADM706芯片在封裝上相互兼容，但兩者還是存在一些差異，具體如下：
1).MAX706R是商業(yè)級器件，工作溫度范圍為：0-70 oC，而ADM706R是工業(yè)級器件，工作溫度范圍為：-40-85 oC，所以大家在選型的時候，一定要產(chǎn)品的工作環(huán)境是否對溫度有要求;
2).MAX706R的最小復(fù)位脈沖寬度為140ms，ADM706R的最小脈沖寬度為160ms;
3).ADM706R的WDI管腳若懸空處于高阻狀態(tài)時會禁止芯片工作，所以設(shè)計時，需要將WDI管腳通過4.7K電阻上拉到VCC。而MAX706不能被禁止，一上電就開始工作，所以WDI不需要上拉;
4).ADM706R的PFO#信號不但會被PFI信號觸發(fā)，同時也會被MR#信號觸發(fā)，當(dāng)MR#出現(xiàn)負(fù)電平時，會觸發(fā)PFO#輸出10KHz方波并保持，但MAX706的PFO#僅僅和輸入PFI有關(guān)，不會受MR#管腳電平的影響;
5).當(dāng)MR#出現(xiàn)低電平時，對于MAX706芯片，WDO#將先于RESET#跳變，而ADM706卻相反，WDO#后于RESET#跳變。
為了使硬件看門狗更可靠，使用起來更靈活，當(dāng)今主流的設(shè)計方式都是看門狗芯片配合邏輯器件(CPLD)來使用。
此時，看門狗有三種清狗方式：
1).正常工作時，CPU輸出WDI信號清狗;
2).CPU關(guān)閉看門狗(不輸出WDI信號)，由CPLD輸出WDI清狗信號，此方法不推薦使用，容易出問題，有的設(shè)計規(guī)范中是嚴(yán)禁CPU關(guān)閉看門狗的;
3).CPU掛死后，CPLD主動輸出WDI清狗信號一段時間，如果CPU仍未恢復(fù)正常，則不再繼續(xù)清狗，等待看門狗芯片內(nèi)部定時器溢出后輸出復(fù)位信號對CPU進行復(fù)位。
在CPU上電啟動期間內(nèi)，是不能輸出WDI信號去清狗的，而外部硬件看門狗是一上電就開始工作的，CPU的啟動時間一般在一兩分鐘，而看門狗的定時器只有1.6s，超過這個時間不清狗就會輸出復(fù)位信號對CPU進行復(fù)位，如果這樣的話，CPU就會每隔1.6s重啟一次，不能正常工作，如何規(guī)避這種問題的?
在實際設(shè)計中是這樣做的，如下圖所示，在CPU上電啟動的這段時間內(nèi)，利用系統(tǒng)時鐘信號CLK清狗，等CPU啟動完成后，SWITCH自動將清狗信號切換成WDI。定時器和切換開關(guān)(SWITCH)是用邏輯模擬的，定時器的溢出時間可設(shè)(一般比CPU啟動時間稍長一點點)，等CPU啟動完成后，定時器也隨之溢出，并產(chǎn)生溢出信號，SWITCH接收到此溢出信號后，立即采取動作，將清狗信號從系統(tǒng)時鐘切換到WDI。
早期的硬件看門狗設(shè)計方式如下圖所示，將WDO#通過100歐姆電阻接到MR#管腳上，當(dāng)看門狗溢出時，WDO#輸出低電平，并傳遞給MR#，觸發(fā)看門狗RESET#管腳輸出低電平去復(fù)位CPU。另外，MR#管腳還接了一個按鍵開關(guān)S1，當(dāng)手動按下開關(guān)時，MR#被拉成低電平，從而觸發(fā)RESET#信號產(chǎn)生。在MR#管腳上，我們還看到了一個二極管D1，這個二極管有何用?我們來分析下，在正常情況下，WDO#輸出為高電平，它會對MR#管腳上的去抖電容C1充電，當(dāng)WDO#輸出低電平時，C1會通過WDO#放電，將MR#電平拉高，D1的作用就是防止C1通過WDO#放電對MR#電平產(chǎn)生影響。
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