看門狗定時(shí)器的原理及操作解讀

作為電子一名電子工程師，對看門狗定時(shí)器都一定都很熟啦，今天就和大家一起梳理一下看門狗方面的知識，菜鳥們就好好學(xué)習(xí)一下，每天進(jìn)步一點(diǎn)點(diǎn)，大神們看到此文有什么不足歡迎發(fā)表自己的高見!

看門狗是什么?

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模式喚醒。

有一個(gè)很形象的比喻，看完后也許您對看門狗有更深入的理解。看門狗其實(shí)就是這么回事比如說你正在繞著一座小山裸奔?！绦虬搭A(yù)定流程執(zhí)行。每次經(jīng)過山腳下的某個(gè)地方，你都給一條大狼狗一根肉骨頭?！构贰１贾贾?，你奔叉了道，跑到了不該去的山頂?！绦蚺茱w了?；蛘撸阍诼惚嫉耐局兴??！绦蛩罊C(jī)。這時(shí)，那條大狼狗，由于一直得不到喂食，餓瘋了，掙脫鎖鏈來追你?！撮T狗定時(shí)器溢出。你被它一嚇，腳底一軟，從山上咕嚕咕嚕滾下來。起來一看，靠，又回到了出發(fā)地點(diǎn)。于是只好又從頭開始裸奔?！绦驈?fù)位。看門狗這東西是加強(qiáng)可靠性用的看門狗是不隨主芯片時(shí)鐘的停止而停止的，它是一個(gè)獨(dú)立的計(jì)時(shí)單元，假如你在程序中使用并設(shè)置了看門狗寄存器，在系統(tǒng)加電后它就會(huì)啟動(dòng)，若在指定周期內(nèi)沒有重置看門狗寄存器(也就是大家常說的喂狗)，系統(tǒng)將會(huì)重新啟動(dòng)。

這種設(shè)計(jì)為系統(tǒng)提供了極高的可靠性，即使系統(tǒng)死鎖，也可以及時(shí)的自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)。

看門狗的原理

硬件看門狗是利用了一個(gè)定時(shí)器，來監(jiān)控主程序的運(yùn)行，也就是說在主程序的運(yùn)行過程中，我們要在定時(shí)時(shí)間到之前對定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說PC指針不能回來。那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。

軟件看門狗技術(shù)的原理和這差不多，只不過是用軟件的方法實(shí)現(xiàn)，我們還是以51系列來講，我們知道在51單片機(jī)中有兩個(gè)定時(shí)器，我們就可以用這兩個(gè)定時(shí)器來對主程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。

我們可以對T0設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)產(chǎn)生定時(shí)中斷的時(shí)候?qū)σ粋€(gè)變量進(jìn)行賦值，而這個(gè)變量在主程序運(yùn)行的開始已經(jīng)有了一個(gè)初值，在這里我們要設(shè)定的定時(shí)值要小于主程序的運(yùn)行時(shí)間，這樣在主程序的尾部對變量的值進(jìn)行判斷，如果值發(fā)生了預(yù)期的變化，就說明T0中斷正常，如果沒有發(fā)生變化則使程序復(fù)位。

對于T1我們用來監(jiān)控主程序的運(yùn)行，我們給T1設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，在主程序中對其進(jìn)行復(fù)位，如果不能在一定的時(shí)間里對其進(jìn)行復(fù)位，T1 的定時(shí)中斷就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。

在這里T1的定時(shí)時(shí)間要設(shè)的大于主程序的運(yùn)行時(shí)間，給主程序留有一定的的裕量。而T1的中斷正常與否我們再由T0定時(shí)中斷子程序來監(jiān)視。這樣就夠成了一個(gè)循環(huán)，T0監(jiān)視T1，T1監(jiān)視主程序，主程序又來監(jiān)視T0，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

51 系列有專門的看門狗定時(shí)器,對系統(tǒng)頻率進(jìn)行分頻計(jì)數(shù),定時(shí)器溢出時(shí),將引起復(fù)位.看門狗可設(shè)定溢出率,也可單獨(dú)用來作為定時(shí)器使用.看門狗使用注意大多數(shù)51 系列單片機(jī)都有看門狗,當(dāng)看門狗沒有被定時(shí)清零時(shí),將引起復(fù)位。這可防止程序跑飛。設(shè)計(jì)者必須清楚看門狗的溢出時(shí)間以決定在合適的時(shí)候，清看門狗。清看門狗也不能太過頻繁否則會(huì)造成資源浪費(fèi)。程序正常運(yùn)行時(shí)，軟件每隔一定的時(shí)間(小于定時(shí)器的溢出周期)給定時(shí)器置數(shù)，即可預(yù)防溢出中斷而引起的誤復(fù)位。系統(tǒng)軟件"看門狗"的設(shè)計(jì)思路1.看門狗定時(shí)器T0的設(shè)置。在初始化程序塊中設(shè)置T0的工作方式，并開啟中斷和計(jì)數(shù)功能。系統(tǒng)Fosc=12 MHz，T0為16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為(2的10次方)-1=65 535，T0輸入計(jì)數(shù)頻率是.Fosc/12，溢出周期為(65 535+1)/1=65 536(μs)。

2.計(jì)算主控程序循環(huán)一次的耗時(shí)。考慮系統(tǒng)各功能模塊及其循環(huán)次數(shù)，本系統(tǒng)主控制程序的運(yùn)行時(shí)間約為16.6 ms。系統(tǒng)設(shè)置"看門狗"定時(shí)器T0定時(shí)30 ms(T0的初值為65 536-30 000=35 536)。主控程序的每次循環(huán)都將刷新T0的初值。如程序進(jìn)入"死循環(huán)"而T0的初值在30 ms內(nèi)未被刷新，這時(shí)"看門狗"定時(shí)器T0將溢出并申請中斷。

3.設(shè)計(jì)T0溢出所對應(yīng)的中斷服務(wù)程序。此子程序只須一條指令，即在T0對應(yīng)的中斷向量地址(000BH)寫入"無條件轉(zhuǎn)移"命令，把計(jì)算機(jī)拖回整個(gè)程序的第一行，對單片機(jī)重新進(jìn)行初始化并獲得正確的執(zhí)行順序。

現(xiàn)在的絕大多數(shù)mcu都有看門狗

看門狗的主要操作一般有三種：啟動(dòng)，觸發(fā)和停用。

啟動(dòng)是指設(shè)置初始參數(shù)并調(diào)用中斷以使看門狗開始工作;觸發(fā)是指在看門狗的記數(shù)器的數(shù)值減為零以前對其恢復(fù)初始值;停用是指調(diào)用中斷停止使用看門狗.在程序中應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牡胤綄ζ溥M(jìn)行觸發(fā)選擇時(shí)有許多講究,程序比較大時(shí)會(huì)比較難確定,但使用它確實(shí)有很多優(yōu)點(diǎn)不能說不容易用所以就不用

幾乎所有的嵌入式操作系統(tǒng)都有看門狗任務(wù)，它的主要功能是防止系統(tǒng)死掉或者陷入死循環(huán)。也就是每個(gè)一定的時(shí)間就會(huì)執(zhí)行看門狗任務(wù)，以reset系統(tǒng).

喂狗的方式舉個(gè)例子：在os任務(wù)調(diào)度的時(shí)候順便觸發(fā)一下看門狗，這樣一旦任務(wù)長時(shí)間停止調(diào)度系統(tǒng)就會(huì)復(fù)位，這個(gè)功能實(shí)現(xiàn)起來很簡單，并不需要應(yīng)用程序多操什么心。

看門狗在啟動(dòng)的時(shí)候一般都會(huì)設(shè)置超時(shí)時(shí)間，超時(shí)時(shí)間按照一定的頻率遞減，減到零就復(fù)位，所以得定時(shí)將一個(gè)計(jì)時(shí)器更新到最大，防止減小到零。超時(shí)時(shí)間初始化時(shí)一般都是固定好的。