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(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)處于異常狀態(tài)中的CPU進(jìn)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(gè)定時(shí)電路，并由被監(jiān)控CPU提供周期性“喂狗”信號(hào)，對(duì)定時(shí)器清零(俗稱“清狗”)。CPU正常工作時(shí)，由于能定時(shí)“清狗”，看門狗內(nèi)的定時(shí)器不會(huì)溢出。當(dāng)CPU出現(xiàn)故障，則不能繼續(xù)提供“清狗”信號(hào)，使得看門狗內(nèi)定時(shí)器不斷累加而溢出，從而觸發(fā)一個(gè)復(fù)位信號(hào)對(duì)CPU進(jìn)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(shí)器用處理器的內(nèi)部定時(shí)器代替，這樣可以簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)，但在可靠性方面不如硬件定時(shí)器，比如系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器自身發(fā)生故障就無法檢測(cè)到。當(dāng)然也有通過雙定時(shí)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(shí)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(jì)本身的錯(cuò)誤。加入看門狗目的是對(duì)一些程序潛在錯(cuò)誤和惡劣環(huán)境干擾等因素導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)而在無人干預(yù)情況下自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)正常工作狀態(tài)?？撮T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(shí)間內(nèi)是不能正常工作的。同時(shí)一些系統(tǒng)也需要復(fù)位前保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，重啟后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，這可能也需要一筆軟硬件的開銷。
1).MR#：Manual-Reset，手動(dòng)復(fù)位輸入信號(hào)，低電平有效，當(dāng)此管腳的輸入電平低于0.6V時(shí)，會(huì)觸發(fā)Reset#管腳輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，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(shí)，F(xiàn)PO#及Reset#會(huì)輸出低電平信號(hào);
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(shí)，輸出低電平，不使用此管腳時(shí)可將其懸空;
6).WDI：Watchdog Input，清狗信號(hào)輸入，WDI遇到一個(gè)上升沿/下降沿，內(nèi)部看門狗定時(shí)器都將清0。WDI的輸入信號(hào)超過1.6S不發(fā)生跳變時(shí)，看門狗內(nèi)部定時(shí)器將會(huì)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(shí)，WDO#將輸出低電平，另外，VCC低于1.25V時(shí)也會(huì)觸發(fā)WDO#輸出低電平;
8).RESET#：復(fù)位信號(hào)輸出，低電平有效，低電平寬度為200ms，Reset#信號(hào)只會(huì)被VCC或MR#觸發(fā)，WDO#有效時(shí)不會(huì)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(jí)器件，工作溫度范圍為：0-70 oC，而ADM706R是工業(yè)級(jí)器件，工作溫度范圍為：-40-85 oC，所以大家在選型的時(shí)候，一定要產(chǎn)品的工作環(huán)境是否對(duì)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(shí)會(huì)禁止芯片工作，所以設(shè)計(jì)時(shí)，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(hào)不但會(huì)被PFI信號(hào)觸發(fā)，同時(shí)也會(huì)被MR#信號(hào)觸發(fā)，當(dāng)MR#出現(xiàn)負(fù)電平時(shí)，會(huì)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(huì)受MR#管腳電平的影響;
5).當(dāng)MR#出現(xiàn)低電平時(shí)，對(duì)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(jì)方式都是看門狗芯片配合邏輯器件(CPLD)來使用。
此時(shí)，看門狗有三種清狗方式：
1).正常工作時(shí)，CPU輸出WDI信號(hào)清狗;
2).CPU關(guān)閉看門狗(不輸出WDI信號(hào))，由CPLD輸出WDI清狗信號(hào)，此方法不推薦使用，容易出問題，有的設(shè)計(jì)規(guī)范中是嚴(yán)禁CPU關(guān)閉看門狗的;
3).CPU掛死后，CPLD主動(dòng)輸出WDI清狗信號(hào)一段時(shí)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(shí)器溢出后輸出復(fù)位信號(hào)對(duì)CPU進(jìn)行復(fù)位。
在CPU上電啟動(dòng)期間內(nèi)，是不能輸出WDI信號(hào)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(dòng)時(shí)間一般在一兩分鐘，而看門狗的定時(shí)器只有1.6s，超過這個(gè)時(shí)間不清狗就會(huì)輸出復(fù)位信號(hào)對(duì)CPU進(jìn)行復(fù)位，如果這樣的話，CPU就會(huì)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(shí)際設(shè)計(jì)中是這樣做的，如下圖所示，在CPU上電啟動(dòng)的這段時(shí)間內(nèi)，利用系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)CLK清狗，等CPU啟動(dòng)完成后，SWITCH自動(dòng)將清狗信號(hào)切換成WDI。定時(shí)器和切換開關(guān)(SWITCH)是用邏輯模擬的，定時(shí)器的溢出時(shí)間可設(shè)(一般比CPU啟動(dòng)時(shí)間稍長一點(diǎn)點(diǎn))，等CPU啟動(dòng)完成后，定時(shí)器也隨之溢出，并產(chǎn)生溢出信號(hào)，SWITCH接收到此溢出信號(hào)后，立即采取動(dòng)作，將清狗信號(hào)從系統(tǒng)時(shí)鐘切換到WDI。
早期的硬件看門狗設(shè)計(jì)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(shí)，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(gè)按鍵開關(guān)S1，當(dāng)手動(dòng)按下開關(guān)時(shí)，MR#被拉成低電平，從而觸發(fā)RESET#信號(hào)產(chǎn)生。在MR#管腳上，我們還看到了一個(gè)二極管D1，這個(gè)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(huì)對(duì)MR#管腳上的去抖電容C1充電，當(dāng)WDO#輸出低電平時(shí)，C1會(huì)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(duì)MR#電平產(chǎn)生影響。
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