窗口看門狗的基礎知識

看門狗是綜合系統(tǒng)的重要組成部分，必須充分理解才能充分利用其功能。大多數看門狗都是有窗口的，這需要比非窗口看門狗更精確的計時，但允許更大的功能。設計人員可以使用窗口看門狗來實現上電擴展開窗、鎖存功能和可編程保持時間等功能。

介紹

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

看門狗操作基礎知識

看門狗是系統(tǒng)中用于確保片上系統(tǒng) （SoC） 設備或微控制器 （MCU） 正常運行的功能。這可能意味著檢測到陷入無限循環(huán)、執(zhí)行任務時間過長甚至完全關閉的 SoC。在系統(tǒng)中使用看門狗要求 SoC 定期向看門狗發(fā)送信號，此步驟稱為服務/刷新。一旦 SoC 為監(jiān)視器提供服務，監(jiān)視器就會確認 SoC 的正常運行，然后開始一個新的周期，在該周期中，它等待來自 SoC 的另一個服務命令。如果 SoC 在監(jiān)視器設置的持續(xù)時間內未為監(jiān)視器提供服務，則會斷言故障。此操作描述了一個非窗口看門狗，本應用筆記將不涉及該看門狗。窗口監(jiān)視器以非常相似的方式運行，但具有一個服務周期，該周期分為“關閉”和“打開”持續(xù)時間，稱為窗口。這需要對有效服務進行更精確的計時，因為服務僅在窗口周期中的特定時間有效。

這些窗口的持續(xù)時間由IC看門狗時鐘定義。看門狗時鐘源自IC系統(tǒng)時鐘，通常從系統(tǒng)時鐘的1/32開始，通常為1.28MHz。某些器件具有可編程的WDIV場，允許對該時鐘進行更多劃分，以允許更長的窗口時間。在以下示例中，看門狗周期為200μs，所用公式特定于MAX20478（圖1）。

圖1.根據MAX20478看門狗公式的閉合和開窗長度組合示例

監(jiān)視程序周期的 OPEN 窗口期間的監(jiān)視器服務被視為有效服務。有效服務后，無論打開窗口中剩余的時間如何，OPEN 窗口都將立即轉換為關閉窗口。圖 2 顯示了一個有效看門狗周期的示例。

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

在監(jiān)視器周期的 CLOSED 窗口中來自 SoC 的監(jiān)視器服務將被監(jiān)視器解釋為故障。如果在“關閉”和“打開”窗口都經過時沒有服務發(fā)生，則監(jiān)視器將斷言故障。要了解關閉窗口如何在窗口監(jiān)視程序中運行，必須首先探索擴展窗口。

擴展窗口

在大多數系統(tǒng)中，SoC 和 MCU 需要額外的時間來上電或執(zhí)行除維護看門狗之外的其他更重要的任務。因此，系統(tǒng)可能會使具有“關閉”和“打開”窗口的正常窗口監(jiān)視程序框架失敗。為了解決這個問題，ADI產品具有擴展窗口。這些窗口在首次開機時和每次 RESETx 斷言之后發(fā)生，并作為 OPEN 窗口運行，在該窗口期間的任何時間，服務都被視為有效。

在正常操作期間，如果 OPEN 窗口中有有效的監(jiān)視程序服務，監(jiān)視器將在有效刷新后立即啟動新的循環(huán)。這意味著一個新的關閉窗口，然后是一個打開窗口。在具有擴展窗口的監(jiān)視器中，如果發(fā)生任何故障，監(jiān)視器將立即停止當前所在的任何窗口，并在 RESETx 保持時間過后啟動新的擴展窗口。此擴展窗口沒有 CLOSED 持續(xù)時間，并將接受任何監(jiān)視程序服務在窗口持續(xù)時間內有效。如果監(jiān)視程序在此窗口中提供服務，則擴展窗口將立即停止，并遵循正常的關閉/打開循環(huán)。如果未在擴展窗口中為監(jiān)視器提供服務，RESETx 將斷言保持時間，隨后將出現另一個擴展窗口。重復此操作，直到為監(jiān)視器提供服務。

圖 3 和圖 4 顯示了無效刷新的兩種潛在計時情況。

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。擴展窗口繼續(xù)重復，直到為監(jiān)視器提供服務。

圖4.如果監(jiān)視器未刷新，RESETx 將在 OPN 窗口結束后立即斷言。RESETx 取消斷言后將啟動一個新的 EXT 窗口。EXT 窗口將繼續(xù)重復，直到刷新監(jiān)視器。

可變復位x 保持時間

系統(tǒng)在為監(jiān)視器提供服務失敗后進入中斷過程是很常見的。這些中斷例程可能需要幾毫秒才能完成，SoC 或 MCU 才能再次刷新看門狗。這可能會導致監(jiān)視器再次斷言 RESETx，并可能重復進入中斷例程。此問題可以通過更改 RESETx 保持時間的持續(xù)時間以允許 SoC 或 MCU 完成中斷例程來解決?？勺僐ESETx保持時間功能將在發(fā)生故障后將IC的RESETx引腳保持低電平一段時間。如果發(fā)生故障，看門狗將立即停止其所在的窗口，并在由保持時間確定的設定持續(xù)時間內置位IC的RESETx引腳。一旦RESETx取消斷言，看門狗將恢復正常運行，SoC或MCU可以為看門狗提供服務。在圖 3 和圖 4 中，省略了 RESETx 保持時間長度以簡化圖表。圖 5 和圖 6 描述了兩種不同的 RESETx 保持時間。

圖5.RESETx 保持時間的持續(xù)時間是可編程的。ADI器件具有多個設定的持續(xù)時間，在制造器件時進行編程。請參考ADI IC數據手冊，了解RESETx保持時間的確切信息。

圖6.在此圖中，RESETx 保持時間的持續(xù)時間設置為 8 毫秒。請參考ADI IC數據手冊，了解RESETx保持時間的確切信息。

單/連續(xù)WD故障計數器

在某些實現監(jiān)視器的系統(tǒng)中，RESETx 斷言不一定構成系統(tǒng)問題。即使系統(tǒng)運行正常，系統(tǒng)中也可能會出現錯誤的 RESETx 斷言。為解決這一問題，ADI看門狗具有看門狗故障計數器，允許在單個或雙看門狗故障上發(fā)生RESETx斷言。

如果選擇了單個故障計數器選項，則只需要一個監(jiān)視器故障（無服務、CLO 窗口期間的服務等）即可斷言 RESETx。如果選擇雙故障選項，則第一個看門狗故障將增加看門狗故障計數器，第二個故障將置位RESETx。要在一次看門狗故障后重置故障計數器，需要連續(xù)兩次有效服務看門狗。圖 7 到 10 對此進行了描述。

圖7.如果在 CLO 窗口期間刷新 WD，RESETx 計數器將增加到 2。在下一個 OPN 窗口結束后不刷新會將計數器增加到 0。這會導致 RESETx 斷言，RESETx 取消斷言后將啟動 EXT 窗口，并且故障計數器 RESETx 為 <>。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 OPN 窗口期間未刷新監(jiān)視器，則 RESETx 計數器將增加到 1。將出現另一個正常的 CLO 和 OPEN。如果沒有刷新，RESETx 計數器將達到 2 并斷言。

圖9.第一個 OPN 窗口后不刷新會將故障計數器增加到 1。下一幀刷新，但故障計數器仍為 1。下一個 OPN 窗口未收到刷新，因此計數器增加到 2。斷言錯誤，EXT 窗口在 RESETx 取消斷言后啟動。

圖 10.No 第一個 OPN 將故障計數器增加到 1 后的刷新。下一幀刷新，但計數器仍為 1。第三個窗口也接收刷新，因此計數器被清除為 0。接下來的兩個幀不會收到刷新，因此計數器達到 2，EXT 窗口遵循取消斷言。

復位x鎖存功能

ADI看門狗的另一個特性是能夠鎖存RESETx斷言。如果系統(tǒng)發(fā)現故障情況的時間超過可能的最長 RESETx 保持時間，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 無法為監(jiān)視器提供服務，則正常的 RESETx 保持時間將意味著 RESETx 將在延長窗口的持續(xù)時間內取消斷言，然后在保留持續(xù)時間內斷言。這意味著RESETx信號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 信號將保持置位狀態(tài)，直到 SoC 重新獲得為看門狗提供服務的能力。此功能也可用作其他信號的啟用/禁用。例如，如果檢測到故障，看門狗鎖存功能可用于禁用所有CAN總線通信。當SoC解決系統(tǒng)故障時，CAN總線上的所有通信都將停止。

如果看門狗尚未完成首次上電，則 SoC 只需要一個有效服務即可解除鎖存的 RESETx 信號。上電后，無論是否使用連續(xù)故障計數器功能，SoC 都需要兩個連續(xù)的有效服務來解除鎖存的 RESETx 信號。圖 11 對此進行了描述。

圖 11.上面的示例顯示看門狗RESETx信號將鎖存，直到再次維護看門狗。它顯示由于在關閉的窗口期間刷新而導致的錯誤，但對于任何 RESETx 錯誤都是如此。RESETx 保持時間的持續(xù)時間實際上是 SoC 正確維護監(jiān)視器所需的時間。正常的 CLO/OPN 窗口在復位鎖存期間出現。

質詢/響應看門狗

某些ADI看門狗的另一個特點是能夠使用質詢/響應通過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)行任務或計算以確保 SoC 完全正常運行可能是有益的。這就是質詢/響應看門狗可以滿足此要求的地方。在質詢/響應服務中，IC中有一個鍵值寄存器，SoC必須讀取該寄存器。讀取寄存器后，SoC 必須使用此值來計算相應的響應。然后，該響應通過I發(fā)送回IC2C. 使用正確的響應更新寄存器后，監(jiān)視程序已得到維護。看門狗的操作方式與窗口設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狗。該 IC 包含一個線性反饋移位寄存器，多項式為 x8+x6+x5+x4+1。這會將所有位向上移向 MSb，并將計算出的位作為新的 LSb 插入。SoC必須以這種方式計算響應，并將其發(fā)送回IC中的寄存器。圖 12 對此進行了描述。

圖 12.質詢/響應看門狗的時間與窗口看門狗非常相似。密鑰寄存器由 SoC 通過 I 讀取2C 并且只需要出現一次。一旦SoC讀取了密鑰寄存器，就會使用前一個值計算下一個值。計算響應，然后寫回IC中的寄存器。在下一個時鐘沿，答案得到確認，并立即啟動一個新的 CLO/OPN 窗口。

表1顯示了一個特性列表，其中包含多個包含看門狗的ADI IC。ADI公司為那些想要了解更多信息的人提供了幾種設計計算器。請聯系ADI公司，獲取更多技術資料以及所列任何器件的數據手冊。

結論

隨著窗口看門狗變得越來越普遍，對其操作有一個基本的了解非常重要。本應用筆記介紹了窗口看門狗的幾個特性，供讀者了解MAX20478和MAX20480產品系列的一般知識。這些功能包括可編程擴展窗口、可編程 RESETx 保持時間、單個或連續(xù)看門狗故障斷言以及 RESETx 鎖存功能。借助這些功能，設計師可以更自由地將更復雜的設計整合到他們的項目中。

審核編輯：郭婷