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看门狗的工作原理、应用和设计思路

钜大LARGE  |  点击量:135次  |  2020年03月30日  

摘要
看门狗(watchdog timer)是一个定时器电路。一般有一个输入叫喂狗,一个输出到MCU的RST端。MCU正常工作的时候,每隔一端时间输出一个信号到喂狗端,给WDT清零。如果超过规定的时间不喂狗(一般在程序跑飞时),WDT定时超过,就会给出一个复位信号到MCU,使MCU复位,防止MCU死机。看门狗的作用就是防止程序发生死循环,或者说程序跑飞。

看门狗(watchdogtimer)是一个定时器电路。一般有一个输入叫喂狗,一个输出到MCU的RST端。MCU正常工作的时候,每隔一端时间输出一个信号到喂狗端,给WDT清零。如果超过规定的时间不喂狗(一般在程序跑飞时),WDT定时超过,就会给出一个复位信号到MCU,使MCU复位,防止MCU死机。看门狗的作用就是防止程序发生死循环,或者说程序跑飞。


工作原理:在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器,看门狗就开始自动计数,如果到了一定的时间还不去清看门狗,那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断,造成系统复位。所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。


硬件看门狗是利用一个定时器来监控主程序的运行,也就是说在主程序的运行过程中,要在定时时间到之前对定时器进行复位。如果出现死循环或者说PC指针回不来,那么定时时间到了后就会使单片机复位。


软件看门狗技术的原理也是类似的,只不过是用软件的方法实现。还是以51系列为例,在51单片机中有两个定时器,用来对主程序的运行进行监控。我们可以对T0设定一定的定时时间,当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值,而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值。这里设定的定时值要小于主程序的运行时间,然后在主程序的尾部对变量的值进行判断。如果值发生了预期的变化,就说明T0中断正常;如果没有发生变化则使程序复位。


T1用来监控主程序的运行。我们给T1设定一定的定时时间,在主程序中对其进行复位。如果不能在一定的时间里对其进行复位,T1的定时中断就会使单片机复位。在这里T1的定时时间的设置要大于主程序的运行时间,给主程序留有一定的的裕量。而T1的中断正常与否则是由T0定时中断子程序来监视。这样就构成了一个循环:T0监视T1、T1监视主程序、主程序又监视T0,从而保证系统稳定运行。


51系列有专门的看门狗定时器,对系统频率进行分频计数。定时器溢出时,将引起复位。看门狗可设定溢出率,也可单独用来作为定时器使用。


C8051Fxxx单片机内部也有一个21位的使用系统时钟的定时器,该定时器检测对其控制寄存器的两次特定写操作的时间间隔。如果这个时间间隔超过了编程定义的极限值,将产生一个WDT复位。


看门狗使用注意:大多数51系列单片机都有看门狗。当看门狗没有被定时清零时,将引起复位,这可防止程序跑飞。设计者必须清楚看门狗的溢出时间,来决定在合适的时候清看门狗。清看门狗也不能太过频繁,否则会造成资源浪费。程序正常运行时,软件每隔一定的时间(小于定时器的溢出周期)给定时器置数,即可预防溢出中断而引起的误复位。


看门狗运用:看门狗可用来恢复系统的正常运行,同时也是一种有效的监视管理器(具有锁定光驱、锁定任何指定程序的作用,可用在家庭中防止小孩无节制地玩游戏、上网、看录像等,具有很好的应用价值)。


系统软件看门狗的设计思路:


1、看门狗定时器T0的设置


在初始化程序块中设置T0的工作方式,并开启中断和计数功能。系统Fosc=12MHz,T0为16位计数器,最大计数值为(2的16次方)-1=65535,T0输入计数频率是Fosc/12,溢出周期为(65535+1)/1=65536(s)。


2、计算主控程序循环一次的耗时


考虑系统各功能模块及其循环次数,本系统主控制程序的运行时间约为16.6ms。系统设置看门狗定时器T0定时30ms(T0的初值为65536-30000=35536)。主控程序的每次循环都将刷新T0的初值。如程序进入死循环,而T0的初值在30ms内未被刷新,这时看门狗定时器T0将溢出并申请中断。


3、设计T0溢出所对应的中断服务程序


此子程序只须一条指令,即在T0对应的中断向量地址(000BH)写入无条件转移命令,把计算机拖回整个程序的第一行,对单片机重新进行初始化并获得正确的执行顺序。


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