【導(dǎo)讀】看門狗定時(shí)器是一種專用定時(shí)器模塊，可幫助微處理器從故障中恢復(fù)。如果看門狗定時(shí)器到達(dá)其計(jì)數(shù)周期的末尾，它將重置整個(gè)處理器系統(tǒng)。為了防止這種情況，處理器必須執(zhí)行某種類型的特定操作來重置看門狗。因此，可以配置看門狗定時(shí)器，使其僅在發(fā)生處理器故障時(shí)才到達(dá)其計(jì)數(shù)周期的末尾，并且通過強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位，看門狗定時(shí)器幫助處理器脫離故障模式并繼續(xù)正常運(yùn)行。
什么是看門狗定時(shí)器？（一個(gè)非常規(guī)的類比）
看門狗定時(shí)器是一種專用定時(shí)器模塊，可幫助微處理器從故障中恢復(fù)。如果看門狗定時(shí)器到達(dá)其計(jì)數(shù)周期的末尾，它將重置整個(gè)處理器系統(tǒng)。為了防止這種情況，處理器必須執(zhí)行某種類型的特定操作來重置看門狗。因此，可以配置看門狗定時(shí)器，使其僅在發(fā)生處理器故障時(shí)才到達(dá)其計(jì)數(shù)周期的末尾，并且通過強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位，看門狗定時(shí)器幫助處理器脫離故障模式并繼續(xù)正常運(yùn)行。
為了形象化 WDT 的功能，我有一個(gè)非常規(guī)的類比供您考慮。
迷失是一部廣受歡迎的電視劇，講述了一群幸存者在飛機(jī)失事后被困在一個(gè)神秘的島嶼上的故事。其中一個(gè)次要情節(jié)涉及的角色認(rèn)為他們必須在屏幕上的計(jì)數(shù)器變?yōu)?0 或世界末日之前輸入一串簡(jiǎn)短的數(shù)字。
輸入系列后，計(jì)數(shù)器將重置并再次開始倒計(jì)時(shí)。目前尚不清楚輸入這一系列數(shù)字只是心理實(shí)驗(yàn)的一部分，還是世界的命運(yùn)岌岌可危。找出答案的方法是不輸入數(shù)字。角色可以自由出門、尋找食物、游泳——但他們必須及時(shí)返回以重置計(jì)數(shù)器。從計(jì)算機(jī)的角度來看，接收到正確的輸入意味著有人在正常操作并為柜臺(tái)提供服務(wù)。沒有收到正確的輸入表明出現(xiàn)了問題。
看門狗定時(shí)器的運(yùn)行方式類似于《迷失》中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。微控制器的其余部分是壓力過大的角色，他們可以自由地做任何事情，但必須定期維護(hù)計(jì)數(shù)器或微控制器重置（又名世界末日）。正確運(yùn)行的軟件和硬件將在固定的時(shí)間內(nèi)為看門狗提供服務(wù)，而有故障的軟件或硬件可能不會(huì)。
內(nèi)部看門狗定時(shí)器的類型
有兩種類型的看門狗，非窗口和窗口。如果服務(wù)計(jì)數(shù)器延遲，這兩種類型都會(huì)導(dǎo)致重置。
如果服務(wù)發(fā)生得太早，窗口式看門狗也會(huì)導(dǎo)致復(fù)位。此圖顯示了使用遞增計(jì)數(shù)器的看門狗的時(shí)序。有些看門狗使用遞減計(jì)數(shù)器，但原理是一樣的。
看門狗定時(shí)器的時(shí)序
對(duì)于非窗口或窗口看門狗，計(jì)數(shù)器達(dá)到上限值之前的任何服務(wù)都會(huì)重置計(jì)數(shù)器，一切正常。窗口看門狗添加一個(gè)下限并創(chuàng)建一個(gè)計(jì)數(shù)窗口。下限和上限之間的任何服務(wù)都可以。這是圖表的詳細(xì)說明。
A - 啟動(dòng)后不久，程序用計(jì)數(shù)器的上限初始化看門狗并啟用計(jì)數(shù)。對(duì)于窗口看門狗，還設(shè)置了下限。
B和C - 軟件在計(jì)數(shù)器達(dá)到上限之前成功為計(jì)數(shù)器提供服務(wù)，對(duì)于窗口看門狗，在達(dá)到下限之后。維修后，計(jì)數(shù)器重置為 0 并重新開始計(jì)數(shù)。一切都好。
D - 程序不為計(jì)數(shù)器服務(wù)，計(jì)數(shù)達(dá)到上限。看門狗重置微控制器。
D 到 E - 微控制器啟動(dòng)并初始化并啟用看門狗。
E - 看門狗開始計(jì)數(shù)。
F - 程序在達(dá)到上限之前為計(jì)數(shù)器提供服務(wù)，對(duì)于窗口看門狗，在達(dá)到下限之后提供服務(wù)。計(jì)數(shù)器重置為 0 并重新開始計(jì)數(shù)。一切都好。
G - 程序在計(jì)數(shù)達(dá)到窗口看門狗的下限之前為計(jì)數(shù)器提供服務(wù)。對(duì)于沒有下限的非窗口看門狗，沒有復(fù)位，計(jì)數(shù)器變?yōu)?0 并再次開始向上計(jì)數(shù)。對(duì)于窗口看門狗，微控制器被重置。
看門狗的細(xì)節(jié)差異很大。他們可以向上或向下計(jì)數(shù)。他們使用不同的時(shí)鐘。他們對(duì)上限和下限有不同的選擇。以下部分介紹了許多特性，但只是概述。
看門狗初始化
初始化看門狗可能很棘手。例如，一些看門狗在微控制器啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)啟用。
如果不使用看門狗，則必須在啟動(dòng)時(shí)包含代碼以禁用它。我目前使用的看門狗就是這種情況。如果我的程序需要運(yùn)行超過一秒，我必須禁用看門狗或更改窗口設(shè)置！
一些看門狗只允許對(duì)控制寄存器進(jìn)行寫入作為一項(xiàng)安全功能。此功能可防止失控的軟件在初始化后更改設(shè)置。如果您在具有此功能的看門狗中使用默認(rèn)設(shè)置，請(qǐng)確保覆蓋默認(rèn)設(shè)置，即使位值相同。這“鎖定”了值并維護(hù)了安全性。
如果您使用 C 語言編程，請(qǐng)注意啟動(dòng)代碼中可能會(huì)初始化看門狗，它在您的 main() 函數(shù)之前運(yùn)行。此代碼有時(shí)會(huì)作為運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn) C 程序的一部分由開發(fā)環(huán)境自動(dòng)包含。此代碼設(shè)置內(nèi)存和中斷向量表。查看您的啟動(dòng)代碼以了解對(duì)看門狗的操作，并根據(jù)您的系統(tǒng)要求進(jìn)行修改。
窗口設(shè)置
看門狗可以是非窗口和窗口的。通過將窗口的下限作為選項(xiàng)來提供兩種類型的單個(gè)定時(shí)器是很常見的。窗口的大小隨看門狗的不同而不同。
我目前使用的看門狗下限固定為上限的75%。另一個(gè)看門狗可以選擇上限的 75%、50%、37.5% 或 25%。另一個(gè)看門狗獨(dú)立設(shè)置上限和下限。關(guān)于如何選擇上限也有很多差異。
維修 AKA 看門狗定時(shí)器重置
定期重置看門狗計(jì)數(shù)器稱為“維修”定時(shí)器。不同的看門狗定時(shí)器會(huì)有不同的服務(wù)要求。所有服務(wù)要求都使用在失控軟件執(zhí)行期間不太可能發(fā)生的操作。
我目前使用的看門狗需要兩次寫入“服務(wù)寄存器”，值為 0x55，后跟 0xAA。如果將 0x55 或 0xAA 以外的任何值寫入服務(wù)寄存器，在任何時(shí)候，微控制器都會(huì)立即復(fù)位。
另一個(gè)看門狗需要單次寫入值為 0xAAAA 的服務(wù)寄存器。數(shù)字 0xA 和 0x5 以及它們的交替位模式 1010 和 0101 似乎令人著迷。一個(gè)定時(shí)器通過使用具有幻數(shù) 0x5743 的單次寫入來違背這一趨勢(shì)。
睡眠模式
睡眠和其他低功耗模式使事情變得復(fù)雜。如果處理器進(jìn)入休眠并停止執(zhí)行，看門狗應(yīng)該做什么？看門狗時(shí)間應(yīng)該保持不變嗎？
當(dāng)處理器進(jìn)入和退出深度睡眠時(shí)，我當(dāng)前使用的看門狗會(huì)在初始計(jì)數(shù)時(shí)停止并重新啟動(dòng)。這個(gè)話題很復(fù)雜，當(dāng)微控制器使用低功耗模式時(shí)，您需要研究看門狗的操作。
漸進(jìn)反應(yīng)
完全重置微控制器可能過于苛刻。一些看門狗具有允許漸進(jìn)式響應(yīng)的功能。
例如，看門狗可以在復(fù)位之前的某個(gè)時(shí)間選擇中斷請(qǐng)求。此功能允許中斷服務(wù)例程在看門狗繼續(xù)計(jì)數(shù)時(shí)修復(fù)或記錄問題。如果中斷例程無法使事情回到正軌，則會(huì)發(fā)生重置。
WDT策略
我使用術(shù)語“策略”來確定在何處設(shè)置看門狗的時(shí)間限制。簡(jiǎn)單的策略是使用一個(gè)非窗口看門狗，其超時(shí)時(shí)間比服務(wù)看門狗之間程序的任何可能執(zhí)行時(shí)間都長(zhǎng)得多。我將其稱為“重置按鈕”策略，因?yàn)樗媪税聪轮刂冒粹o的人。醫(yī)療設(shè)備或制造機(jī)器人等關(guān)鍵系統(tǒng)的策略需要更快的響應(yīng)。
看門狗策略可以考慮很多因素：
? 系統(tǒng)是否使用可預(yù)測(cè)的主循環(huán)或基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的復(fù)雜多任務(wù)結(jié)構(gòu)？
? 看門狗重置是否應(yīng)該啟動(dòng)一系列自動(dòng)系統(tǒng)檢查？
? 看門狗是一系列診斷和修復(fù)問題嘗試的階段嗎？
? 是否要在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)測(cè)試看門狗以及其他檢查？
看門狗策略是一個(gè)復(fù)雜的話題并且非常依賴于應(yīng)用程序。
在復(fù)位微控制器之前，看門狗在復(fù)位后仍然存在的狀態(tài)寄存器中設(shè)置一個(gè)位。通常該位與其他復(fù)位狀態(tài)一起存儲(chǔ)，例如掉電復(fù)位位。測(cè)試看門狗復(fù)位位應(yīng)該是策略的一部分。
至少，在啟動(dòng)期間測(cè)試這個(gè)位并做一些事情來指示問題。否則，失敗可能會(huì)被忽視，尤其是不常見的失敗。例如，在顯示器上輸出消息或點(diǎn)亮 LED。
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