窗口看門(mén)狗的基礎(chǔ)知識(shí)

看門(mén)狗是綜合系統(tǒng)的重要組成部分，必須充分理解才能充分利用其功能。大多數(shù)看門(mén)狗都是有窗口的，這需要比非窗口看門(mén)狗更精確的計(jì)時(shí)，但允許更大的功能。設(shè)計(jì)人員可以使用窗口看門(mén)狗來(lái)實(shí)現(xiàn)上電擴(kuò)展開(kāi)窗、鎖存功能和可編程保持時(shí)間等功能。

介紹

本應(yīng)用筆記描述了MAX20478和MAX20480系列產(chǎn)品中窗口看門(mén)狗的工作原理。這些看門(mén)狗具有可編程擴(kuò)展窗口、可編程 RESETx 保持時(shí)間、單個(gè)或連續(xù)看門(mén)狗故障斷言以及 RESETx 鎖存功能。本應(yīng)用筆記提供了對(duì)看門(mén)狗及其功能的更全面的了解。

看門(mén)狗操作基礎(chǔ)知識(shí)

看門(mén)狗是系統(tǒng)中用于確保片上系統(tǒng) （SoC） 設(shè)備或微控制器 （MCU） 正常運(yùn)行的功能。這可能意味著檢測(cè)到陷入無(wú)限循環(huán)、執(zhí)行任務(wù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)甚至完全關(guān)閉的 SoC。在系統(tǒng)中使用看門(mén)狗要求 SoC 定期向看門(mén)狗發(fā)送信號(hào)，此步驟稱為服務(wù)/刷新。一旦 SoC 為監(jiān)視器提供服務(wù)，監(jiān)視器就會(huì)確認(rèn) SoC 的正常運(yùn)行，然后開(kāi)始一個(gè)新的周期，在該周期中，它等待來(lái)自 SoC 的另一個(gè)服務(wù)命令。如果 SoC 在監(jiān)視器設(shè)置的持續(xù)時(shí)間內(nèi)未為監(jiān)視器提供服務(wù)，則會(huì)斷言故障。此操作描述了一個(gè)非窗口看門(mén)狗，本應(yīng)用筆記將不涉及該看門(mén)狗。窗口監(jiān)視器以非常相似的方式運(yùn)行，但具有一個(gè)服務(wù)周期，該周期分為“關(guān)閉”和“打開(kāi)”持續(xù)時(shí)間，稱為窗口。這需要對(duì)有效服務(wù)進(jìn)行更精確的計(jì)時(shí)，因?yàn)榉?wù)僅在窗口周期中的特定時(shí)間有效。

這些窗口的持續(xù)時(shí)間由IC看門(mén)狗時(shí)鐘定義?？撮T(mén)狗時(shí)鐘源自IC系統(tǒng)時(shí)鐘，通常從系統(tǒng)時(shí)鐘的1/32開(kāi)始，通常為1.28MHz。某些器件具有可編程的WDIV場(chǎng)，允許對(duì)該時(shí)鐘進(jìn)行更多劃分，以允許更長(zhǎng)的窗口時(shí)間。在以下示例中，看門(mén)狗周期為200μs，所用公式特定于MAX20478（圖1）。

圖1.根據(jù)MAX20478看門(mén)狗公式的閉合和開(kāi)窗長(zhǎng)度組合示例

監(jiān)視程序周期的 OPEN 窗口期間的監(jiān)視器服務(wù)被視為有效服務(wù)。有效服務(wù)后，無(wú)論打開(kāi)窗口中剩余的時(shí)間如何，OPEN 窗口都將立即轉(zhuǎn)換為關(guān)閉窗口。圖 2 顯示了一個(gè)有效看門(mén)狗周期的示例。

圖2.打開(kāi)窗口期間有效的監(jiān)視器刷新。緊隨其后的是新的關(guān)閉和開(kāi)放。

在監(jiān)視器周期的 CLOSED 窗口中來(lái)自 SoC 的監(jiān)視器服務(wù)將被監(jiān)視器解釋為故障。如果在“關(guān)閉”和“打開(kāi)”窗口都經(jīng)過(guò)時(shí)沒(méi)有服務(wù)發(fā)生，則監(jiān)視器將斷言故障。要了解關(guān)閉窗口如何在窗口監(jiān)視程序中運(yùn)行，必須首先探索擴(kuò)展窗口。

擴(kuò)展窗口

在大多數(shù)系統(tǒng)中，SoC 和 MCU 需要額外的時(shí)間來(lái)上電或執(zhí)行除維護(hù)看門(mén)狗之外的其他更重要的任務(wù)。因此，系統(tǒng)可能會(huì)使具有“關(guān)閉”和“打開(kāi)”窗口的正常窗口監(jiān)視程序框架失敗。為了解決這個(gè)問(wèn)題，ADI產(chǎn)品具有擴(kuò)展窗口。這些窗口在首次開(kāi)機(jī)時(shí)和每次 RESETx 斷言之后發(fā)生，并作為 OPEN 窗口運(yùn)行，在該窗口期間的任何時(shí)間，服務(wù)都被視為有效。

在正常操作期間，如果 OPEN 窗口中有有效的監(jiān)視程序服務(wù)，監(jiān)視器將在有效刷新后立即啟動(dòng)新的循環(huán)。這意味著一個(gè)新的關(guān)閉窗口，然后是一個(gè)打開(kāi)窗口。在具有擴(kuò)展窗口的監(jiān)視器中，如果發(fā)生任何故障，監(jiān)視器將立即停止當(dāng)前所在的任何窗口，并在 RESETx 保持時(shí)間過(guò)后啟動(dòng)新的擴(kuò)展窗口。此擴(kuò)展窗口沒(méi)有 CLOSED 持續(xù)時(shí)間，并將接受任何監(jiān)視程序服務(wù)在窗口持續(xù)時(shí)間內(nèi)有效。如果監(jiān)視程序在此窗口中提供服務(wù)，則擴(kuò)展窗口將立即停止，并遵循正常的關(guān)閉/打開(kāi)循環(huán)。如果未在擴(kuò)展窗口中為監(jiān)視器提供服務(wù)，RESETx 將斷言保持時(shí)間，隨后將出現(xiàn)另一個(gè)擴(kuò)展窗口。重復(fù)此操作，直到為監(jiān)視器提供服務(wù)。

圖 3 和圖 4 顯示了無(wú)效刷新的兩種潛在計(jì)時(shí)情況。

圖3.RESETx 將立即斷言 WD 是否在 CLO 窗口期間刷新。EXT 窗口將在 RESETx 取消斷言后啟動(dòng)。擴(kuò)展窗口繼續(xù)重復(fù)，直到為監(jiān)視器提供服務(wù)。

圖4.如果監(jiān)視器未刷新，RESETx 將在 OPN 窗口結(jié)束后立即斷言。RESETx 取消斷言后將啟動(dòng)一個(gè)新的 EXT 窗口。EXT 窗口將繼續(xù)重復(fù)，直到刷新監(jiān)視器。

可變復(fù)位x 保持時(shí)間

系統(tǒng)在為監(jiān)視器提供服務(wù)失敗后進(jìn)入中斷過(guò)程是很常見(jiàn)的。這些中斷例程可能需要幾毫秒才能完成，SoC 或 MCU 才能再次刷新看門(mén)狗。這可能會(huì)導(dǎo)致監(jiān)視器再次斷言 RESETx，并可能重復(fù)進(jìn)入中斷例程。此問(wèn)題可以通過(guò)更改 RESETx 保持時(shí)間的持續(xù)時(shí)間以允許 SoC 或 MCU 完成中斷例程來(lái)解決。可變RESETx保持時(shí)間功能將在發(fā)生故障后將IC的RESETx引腳保持低電平一段時(shí)間。如果發(fā)生故障，看門(mén)狗將立即停止其所在的窗口，并在由保持時(shí)間確定的設(shè)定持續(xù)時(shí)間內(nèi)置位IC的RESETx引腳。一旦RESETx取消斷言，看門(mén)狗將恢復(fù)正常運(yùn)行，SoC或MCU可以為看門(mén)狗提供服務(wù)。在圖 3 和圖 4 中，省略了 RESETx 保持時(shí)間長(zhǎng)度以簡(jiǎn)化圖表。圖 5 和圖 6 描述了兩種不同的 RESETx 保持時(shí)間。

圖5.RESETx 保持時(shí)間的持續(xù)時(shí)間是可編程的。ADI器件具有多個(gè)設(shè)定的持續(xù)時(shí)間，在制造器件時(shí)進(jìn)行編程。請(qǐng)參考ADI IC數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解RESETx保持時(shí)間的確切信息。

圖6.在此圖中，RESETx 保持時(shí)間的持續(xù)時(shí)間設(shè)置為 8 毫秒。請(qǐng)參考ADI IC數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解RESETx保持時(shí)間的確切信息。

單/連續(xù)WD故障計(jì)數(shù)器

在某些實(shí)現(xiàn)監(jiān)視器的系統(tǒng)中，RESETx 斷言不一定構(gòu)成系統(tǒng)問(wèn)題。即使系統(tǒng)運(yùn)行正常，系統(tǒng)中也可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的 RESETx 斷言。為解決這一問(wèn)題，ADI看門(mén)狗具有看門(mén)狗故障計(jì)數(shù)器，允許在單個(gè)或雙看門(mén)狗故障上發(fā)生RESETx斷言。

如果選擇了單個(gè)故障計(jì)數(shù)器選項(xiàng)，則只需要一個(gè)監(jiān)視器故障（無(wú)服務(wù)、CLO 窗口期間的服務(wù)等）即可斷言 RESETx。如果選擇雙故障選項(xiàng)，則第一個(gè)看門(mén)狗故障將增加看門(mén)狗故障計(jì)數(shù)器，第二個(gè)故障將置位RESETx。要在一次看門(mén)狗故障后重置故障計(jì)數(shù)器，需要連續(xù)兩次有效服務(wù)看門(mén)狗。圖 7 到 10 對(duì)此進(jìn)行了描述。

圖7.如果在 CLO 窗口期間刷新 WD，RESETx 計(jì)數(shù)器將增加到 1。在下一個(gè) OPN 窗口結(jié)束后不刷新會(huì)將計(jì)數(shù)器增加到 2。這會(huì)導(dǎo)致 RESETx 斷言，RESETx 取消斷言后將啟動(dòng) EXT 窗口，并且故障計(jì)數(shù)器 RESETx 為 0。RESETx 在 EXT 窗口或 OPN 窗口期間未刷新后再次斷言。

圖8.如果在第一個(gè) OPN 窗口期間未刷新監(jiān)視器，則 RESETx 計(jì)數(shù)器將增加到 1。將出現(xiàn)另一個(gè)正常的 CLO 和 OPEN。如果沒(méi)有刷新，RESETx 計(jì)數(shù)器將達(dá)到 2 并斷言。

圖9.第一個(gè) OPN 窗口后不刷新會(huì)將故障計(jì)數(shù)器增加到 1。下一幀刷新，但故障計(jì)數(shù)器仍為 1。下一個(gè) OPN 窗口未收到刷新，因此計(jì)數(shù)器增加到 2。斷言錯(cuò)誤，EXT 窗口在 RESETx 取消斷言后啟動(dòng)。

圖 10.No 第一個(gè) OPN 將故障計(jì)數(shù)器增加到 1 后的刷新。下一幀刷新，但計(jì)數(shù)器仍為 1。第三個(gè)窗口也接收刷新，因此計(jì)數(shù)器被清除為 0。接下來(lái)的兩個(gè)幀不會(huì)收到刷新，因此計(jì)數(shù)器達(dá)到 2，EXT 窗口遵循取消斷言。

復(fù)位x鎖存功能

ADI看門(mén)狗的另一個(gè)特性是能夠鎖存RESETx斷言。如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障情況的時(shí)間超過(guò)可能的最長(zhǎng) RESETx 保持時(shí)間，則繼續(xù)保持 RESETx 直到故障條件消除可能是有益的。例如，如果 SoC 無(wú)法為監(jiān)視器提供服務(wù)，則正常的 RESETx 保持時(shí)間將意味著 RESETx 將在延長(zhǎng)窗口的持續(xù)時(shí)間內(nèi)取消斷言，然后在保留持續(xù)時(shí)間內(nèi)斷言。這意味著RESETx信號(hào)將在斷言和取消斷言之間切換。使用 RESETx 鎖存器功能，此示例中的 RESETx 信號(hào)將保持置位狀態(tài)，直到 SoC 重新獲得為看門(mén)狗提供服務(wù)的能力。此功能也可用作其他信號(hào)的啟用/禁用。例如，如果檢測(cè)到故障，看門(mén)狗鎖存功能可用于禁用所有CAN總線通信。當(dāng)SoC解決系統(tǒng)故障時(shí)，CAN總線上的所有通信都將停止。

如果看門(mén)狗尚未完成首次上電，則 SoC 只需要一個(gè)有效服務(wù)即可解除鎖存的 RESETx 信號(hào)。上電后，無(wú)論是否使用連續(xù)故障計(jì)數(shù)器功能，SoC 都需要兩個(gè)連續(xù)的有效服務(wù)來(lái)解除鎖存的 RESETx 信號(hào)。圖 11 對(duì)此進(jìn)行了描述。

圖 11.上面的示例顯示看門(mén)狗RESETx信號(hào)將鎖存，直到再次維護(hù)看門(mén)狗。它顯示由于在關(guān)閉的窗口期間刷新而導(dǎo)致的錯(cuò)誤，但對(duì)于任何 RESETx 錯(cuò)誤都是如此。RESETx 保持時(shí)間的持續(xù)時(shí)間實(shí)際上是 SoC 正確維護(hù)監(jiān)視器所需的時(shí)間。正常的 CLO/OPN 窗口在復(fù)位鎖存期間出現(xiàn)。

質(zhì)詢/響應(yīng)看門(mén)狗

某些ADI看門(mén)狗的另一個(gè)特點(diǎn)是能夠使用質(zhì)詢/響應(yīng)通過(guò)I2C.在某些系統(tǒng)中，僅僅要求SoC發(fā)送脈沖是不夠的。要求 SoC 執(zhí)行任務(wù)或計(jì)算以確保 SoC 完全正常運(yùn)行可能是有益的。這就是質(zhì)詢/響應(yīng)看門(mén)狗可以滿足此要求的地方。在質(zhì)詢/響應(yīng)服務(wù)中，IC中有一個(gè)鍵值寄存器，SoC必須讀取該寄存器。讀取寄存器后，SoC 必須使用此值來(lái)計(jì)算相應(yīng)的響應(yīng)。然后，該響應(yīng)通過(guò)I發(fā)送回IC2C. 使用正確的響應(yīng)更新寄存器后，監(jiān)視程序已得到維護(hù)?？撮T(mén)狗的操作方式與窗口設(shè)置中的操作方式相同，唯一的變化是更新密鑰寄存器，而不是使用上升沿刷新看門(mén)狗。該 IC 包含一個(gè)線性反饋移位寄存器，多項(xiàng)式為 x8+x6+x5+x4+1。這會(huì)將所有位向上移向 MSb，并將計(jì)算出的位作為新的 LSb 插入。SoC必須以這種方式計(jì)算響應(yīng)，并將其發(fā)送回IC中的寄存器。圖 12 對(duì)此進(jìn)行了描述。

圖 12.質(zhì)詢/響應(yīng)看門(mén)狗的時(shí)間與窗口看門(mén)狗非常相似。密鑰寄存器由 SoC 通過(guò) I 讀取2C 并且只需要出現(xiàn)一次。一旦SoC讀取了密鑰寄存器，就會(huì)使用前一個(gè)值計(jì)算下一個(gè)值。計(jì)算響應(yīng)，然后寫(xiě)回IC中的寄存器。在下一個(gè)時(shí)鐘沿，答案得到確認(rèn)，并立即啟動(dòng)一個(gè)新的 CLO/OPN 窗口。

表1顯示了一個(gè)特性列表，其中包含多個(gè)包含看門(mén)狗的ADI IC。ADI公司為那些想要了解更多信息的人提供了幾種設(shè)計(jì)計(jì)算器。

表 1.功能列表

結(jié)論

隨著窗口看門(mén)狗變得越來(lái)越普遍，對(duì)其操作有一個(gè)基本的了解非常重要。本應(yīng)用筆記介紹了窗口看門(mén)狗的幾個(gè)特性，供讀者了解MAX20478和MAX20480產(chǎn)品系列的一般知識(shí)。這些功能包括可編程擴(kuò)展窗口、可編程 RESETx 保持時(shí)間、單個(gè)或連續(xù)看門(mén)狗故障斷言以及 RESETx 鎖存功能

審核編輯：郭婷