看門狗定時(shí)器的設(shè)計(jì)、工作原理及看門狗定時(shí)器的操作

　　看門狗定時(shí)器（WDT，Watch Dog TImer）是單片機(jī)的一個(gè)組成部分，它實(shí)際上是一個(gè)計(jì)數(shù)器，一般給看門狗一個(gè)數(shù)字，程序開始運(yùn)行后看門狗開始倒計(jì)數(shù)。如果程序運(yùn)行正常，過一段時(shí)間CPU應(yīng)發(fā)出指令讓看門狗復(fù)位，重新開始倒計(jì)數(shù)。如果看門狗減到0就認(rèn)為程序沒有正常工作，強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。

　　為了給初學(xué)者一個(gè)系統(tǒng)的概念，先介紹一下看門狗的基本概念。當(dāng)嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)受到外部干擾或者系統(tǒng)錯(cuò)誤，程序有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“跑飛”，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。為了防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，在對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高的場合往往要加入看門狗（WATCHDOG）電路?？撮T狗的作用就是當(dāng)系統(tǒng)“跑飛”而進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　看門狗定時(shí)器的功能作用

　　看門狗定時(shí)器（WDT，Watch Dog TImer）是單片機(jī)的一個(gè)組成部分，在單片機(jī)程序的調(diào)試和運(yùn)行中都有著重要的意義。它的主要功能是在發(fā)生軟件故障時(shí)，通過使器件復(fù)位（如果軟件未將器件清零）將單片機(jī)復(fù)位。也可以用于將器件從休眠或空閑?！　?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/看門狗定時(shí)器">看門狗定時(shí)器對微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，在可選的超時(shí)周期之后，看門狗將以RESET信號(hào)作出響應(yīng)，像x25045就可選超時(shí)周期為1.4秒、600毫秒、200毫秒三種。當(dāng)你的程序死機(jī)時(shí)，x25045就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。

　　大多數(shù)看門狗定時(shí)器IC產(chǎn)生一個(gè)單一的，有限的輸出脈沖持續(xù)時(shí)間當(dāng)看門狗超時(shí)。這適用于觸發(fā)復(fù)位或中斷微處理器，但有些應(yīng)用需要輸出（故障指示燈）的鎖存器。

　　考慮到安全性問題，汽車電子系統(tǒng)需要監(jiān)控電路監(jiān)測故障容限或安全性?？撮T狗定時(shí)器可理想滿足這類需求，通過對微控制器正常工作條件下產(chǎn)生的周期脈沖進(jìn)行檢測，偵測電路或？C的失效狀態(tài)，一旦發(fā)生故障可立即切換到備份/冗余系統(tǒng)。式喚醒。

　　看門狗工作原理

　　1. 其基本原理為：設(shè)本系統(tǒng)程序完整運(yùn)行一周期的時(shí)間是Tp，看門狗的定時(shí)周期為TI，TI》Tp，在程序運(yùn)行一周期后就修改定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，只要程序正常運(yùn)行，定時(shí)器就不會(huì)溢出，若由于干擾等原因使系統(tǒng)不能在Tp 時(shí)刻修改定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，定時(shí)器將在Ti 時(shí)刻溢出，引發(fā)系統(tǒng)復(fù)位，使系統(tǒng)得以重新運(yùn)行，從而起到監(jiān)控作用。

　　2. 在一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)或單片機(jī)小系統(tǒng)中通常都有看門狗定時(shí)器，且一般集成在處理器芯片中，看門狗實(shí)際上就是一個(gè)定時(shí)器，只是它在期滿后將自動(dòng)引起系統(tǒng)復(fù)位。

　　使用時(shí)，WDT將遞增，直到溢出，或稱“超時(shí)”。除非處于休眠或空閑模式，WDT 超時(shí)會(huì)強(qiáng)制器件復(fù)位。為避免WDT超時(shí)復(fù)位，用戶必須定期用PWRSAV 或CLRWDT 指令將看門狗定時(shí)器清零。如果WDT 在休眠或空閑模式下超時(shí)，器件將喚醒并從PWRSAV 指令執(zhí)行處繼續(xù)執(zhí)行代碼。在上述兩種情況下，WDTO 位（RCON《4》）都會(huì)置1，表示該器件復(fù)位或喚醒事件是由于WDT超時(shí)引起的。如果WDT 將CPU從休眠或空閑模式喚醒，“休眠”狀態(tài)位（RCON《3》）或“空閑”狀態(tài)位（RCON《2》）也會(huì)置1，表示器件之前處于省電模式。

　　在正常操作期間，一次WDT超時(shí)溢出將產(chǎn)生一次器件復(fù)位。當(dāng)器件處于休眠狀態(tài)時(shí)，一次WDT超時(shí)溢出將喚醒器件，使其繼續(xù)正常操作（即稱作WDT 喚醒）。對WDTE 設(shè)置位清零可以永久性地關(guān)閉WDT。

　　后分頻器分配完全是由軟件控制，即它可在程序執(zhí)行期間隨時(shí)更改。

　　為避免發(fā)生不可預(yù)測的器件復(fù)位，當(dāng)從Timer0 預(yù)分頻器的分配改為WDT 后分頻器的分配時(shí)，必須執(zhí)行下列指令序列。即使WDT 被禁止，也要執(zhí)行這個(gè)指令序列。

　　由看門狗WDT引發(fā)系統(tǒng)復(fù)位的電路結(jié)構(gòu)等效圖如圖所示。從該圖中可以看出，只有當(dāng)狀態(tài)信號(hào)SLEEP＝1，即單片機(jī)處于非睡眠狀態(tài)時(shí)，看門狗超時(shí)溢出才會(huì)引發(fā)單片機(jī)的復(fù)位操作。而在單片機(jī)處于睡眠狀態(tài)，即狀態(tài)信號(hào)SLEEP＝0時(shí)，看門狗超時(shí)溢出會(huì)喚醒單片機(jī)

　　看門狗就是一個(gè)用獨(dú)立時(shí)鐘源提供的脈沖進(jìn)行累加計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，無需任何外部元件。獨(dú)立的RC時(shí)鐘信號(hào)源是指RC振蕩器與OSC1（ULKIIN）引腳的外接RC振蕩器，OSC1和OSC2外接晶體振蕩器／陶瓷諧振器構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘是分離的。這就意味著，即使單片機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)鐘停振的睡眠狀態(tài)，監(jiān)視定時(shí)器WDT仍然能夠運(yùn)行。

　　在單片機(jī)執(zhí)行程序期間，一次看門狗WDT超時(shí)溢出，將使單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位操作（稱為WDT復(fù)位）。如果單片機(jī)處于睡眠狀態(tài)，一次看門狗WDT超時(shí)溢出將使單片機(jī)被喚醒，恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，并且繼續(xù)執(zhí)行在進(jìn)入睡眠之前被擱置的程序（稱為WDT喚醒）。

　　每次看門狗超時(shí)溢出，都會(huì)使得狀態(tài)寄存器STATUS中的了T0位被清0，以記錄曾經(jīng)發(fā)生的這次看門狗溢出事件，供作程序查詢判斷用。

　　即當(dāng)WDTE＝0時(shí)，看門狗WDT將被永久禁止；當(dāng)WDTE＝1時(shí)，看門狗WDT將被永久啟用。就是說，只要WDTE被定義成1，以后在用戶程序中將再也無法禁止看門狗的運(yùn)行。

　　若想不讓看門狗WDT發(fā)生超時(shí)溢出，在用戶程序中只能不停地、周期性地將看門狗計(jì)時(shí)器清0，使它不會(huì)因計(jì)數(shù)到超過最大值而溢出。

　　看門狗計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)周期取決于獨(dú)立RC振蕩源的頻率和計(jì)時(shí)器的寬度，同時(shí)在一定程度上受到工作電壓、環(huán)蟑溫度、制作工藝等因素的影響。

　　另外，看門狗的超時(shí)周期還可以借助于分頻器以及分頻器的分頻比，在一定范圍內(nèi)改變和延長。分頻器是否配置給看門狗使用，可以通過用戶程序定義選項(xiàng)寄存器OPTION KEG的PSA位進(jìn)行設(shè)置。

　　看門狗設(shè)計(jì)原理

　　在看門狗（ watchdog timer），是一個(gè)定時(shí)器電路， 一般有一個(gè)輸入，叫喂狗（kicking the dog or service the dog），一個(gè)輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時(shí)候，每隔一段時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端，給WDT清零，如果超過規(guī)定的時(shí)間不喂狗，（一般在程序跑飛時(shí)），WDT 定時(shí)超過，就會(huì)給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到MCU，使MCU復(fù)位。 防止MCU死機(jī)。 看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。 出于對單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的考慮，產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”（watchdog））集成電路（MAX*9）的基礎(chǔ)上，該電路提供了響應(yīng)的輸入脈沖流損失鎖存故障指示。該電路可以監(jiān)控風(fēng)扇（上風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速輸出計(jì)算），振蕩電路，或一個(gè)微處理器軟件執(zhí)行。

　　一個(gè)簡單的電路提供了響應(yīng)的輸入脈沖流損失鎖存故障指示。在μP-supervisor/watchdog集成電路（MAX*9）的基礎(chǔ)上，該電路用于監(jiān)測風(fēng)扇（在風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速輸出計(jì)算），振蕩電路，或一個(gè)合適的微處理器軟件執(zhí)行。

　　在上電期間，低電平有效復(fù)位仍然很低，直到VCC的穩(wěn)定和復(fù)位超時(shí)時(shí)間到期。電容器C通過R，直到FET的柵極電壓達(dá)到閾值（電壓VTH），它開啟了場效應(yīng)管，使鎖存能力。為了防止誤觸發(fā)，你應(yīng)該設(shè)置RC延遲的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了復(fù)位超時(shí)。

　　WDI輸入（引腳6）必須按切換電容器CSWT設(shè)立最低速率。如果這沒有發(fā)生，低電平有效復(fù)位變低，在LED指示燈，在連接和低拉復(fù)位，從而鎖定低電平復(fù)位。該電路仍然有效，直到你循環(huán)VCC或推開關(guān)在此條件。要么關(guān)閉FET的行動(dòng)，并允許重置變高。

　　為了監(jiān)測風(fēng)扇開漏測速信號(hào)，從世界發(fā)展指標(biāo)10kΩ的連接到VCC（引腳8）上拉電阻器。由于風(fēng)扇需要一些時(shí)間來旋轉(zhuǎn)起來，看門狗電路需要為一個(gè)短暫的延遲時(shí)間間隔停用。您可以通過將本延遲電容（C2）從對地復(fù)位。請注意，此延遲必須小于上述RC延遲，或低電平有效復(fù)位鎖存過早會(huì)較短。

　　對于一個(gè)風(fēng)扇監(jiān)控，對CSWT值設(shè)置最大轉(zhuǎn)速脈沖周期根據(jù)公式5.06×106 × CSWT，其中在幾秒鐘內(nèi)CSWT。如果轉(zhuǎn)速低于這個(gè)閾值時(shí)，低電平有效復(fù)位輸出低和插銷。

　　看門狗定時(shí)器的操作

　　在正常操作期間，一次WDT 超時(shí)溢出將產(chǎn)生一次器件復(fù)位。如果器件處于休眠狀態(tài)，一次WDT超時(shí)溢出將喚醒器件，使其繼續(xù)正常操作（即稱作WDT 喚醒）。對WDTE 設(shè)置位清零可以永久性地關(guān)閉WDT。

　　后分頻器分配完全是由軟件控制，即它可在程序執(zhí)行期間隨時(shí)更改。

　　為避免發(fā)生不可預(yù)測的器件復(fù)位，當(dāng)從Timer0 預(yù)分頻器的分配改為WDT 后分頻器的分配時(shí)，必須執(zhí)行下列指令序列。即使WDT 被禁止，也要執(zhí)行這個(gè)指令序列。

　　如圖所示是看門狗定時(shí)器的功能框圖。

　　S3C44B0X看門狗定時(shí)利用MCLK作為時(shí)鐘源，經(jīng)過8位的預(yù)分頻和4選1的2位分割之后得到所需頻率。預(yù)分頻值和頻率分割值在看門狗定時(shí)器控制寄存器WTCON中配置，有效的預(yù)分頻值范圍為0～28－1，頻率分割系數(shù)可選為16、32、64或128。使用下列公式計(jì)算看門狗定時(shí)頻率和每個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期值。

　　twatchdog=1／MCLK／（預(yù)分頻值＋1）／分頻系數(shù)

　　看門狗定時(shí)器使能后，WTDAT（看門狗定時(shí)器數(shù)據(jù)寄存器）不能自動(dòng)裝入WTCNT（看門狗定時(shí)計(jì)數(shù)寄存器）。因此，在看門狗定時(shí)器開始工作前，初值必須寫到看門狗定時(shí)計(jì)數(shù)寄存器WTCNT中。