5個(gè)秘訣，助你成功設(shè)計(jì)智能看門(mén)狗

??????? 從系統(tǒng)或軟件故障中恢復(fù)是一件不容易的任務(wù)；要讓該故障不復(fù)存在更是困難，即使故障已可被辨識(shí)和修復(fù)。不過(guò)，外部看門(mén)狗（Watchdog）可幫助系統(tǒng)針對(duì)故障迅速做出反應(yīng)。

　　外部看門(mén)狗是嵌入式系統(tǒng)工程師工具箱里重要且關(guān)鍵的工具，然而為了捕捉到故障，且預(yù)防故障的發(fā)生，看們狗必須設(shè)計(jì)得當(dāng)。 因此設(shè)計(jì)一個(gè)看門(mén)狗系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮以下5個(gè)秘訣。

　　秘訣1—監(jiān)測(cè)心跳

　　一個(gè)外部看門(mén)狗須具備的最簡(jiǎn)單功能是監(jiān)測(cè)由主應(yīng)用處理器產(chǎn)生的一個(gè)定期“心跳（Heartbeat）”信號(hào)，以及在心跳異常時(shí)發(fā)出一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)。心跳監(jiān)測(cè)可做為兩種不同的用途：首先，在經(jīng)過(guò)已在軟件執(zhí)行的功能檢查之后，微控制器（MCU）應(yīng)該只是生成心跳，以確保軟件的正常工作。第二，如果系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)已受到損害，心跳應(yīng)該要能顯示出來(lái)。

　　為軟件功能和實(shí)時(shí)響應(yīng)監(jiān)測(cè)心跳，可透過(guò)一個(gè)使用簡(jiǎn)單，“啞巴（Dumb）”的外部看門(mén)狗。外部看門(mén)狗應(yīng)該有沿著一個(gè)心跳必須出現(xiàn)的窗口的能力調(diào)派一個(gè)心跳周期，心跳窗口的作用是當(dāng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)受到損害時(shí)，允許看門(mén)狗進(jìn)行檢測(cè)。而在該功能或?qū)崟r(shí)檢查失敗的情況下，看門(mén)狗會(huì)試圖透過(guò)應(yīng)用處理器的重置來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)。

　　秘訣2—采用一個(gè)低效能MCU

　　簡(jiǎn)易基于定時(shí)器的外部看門(mén)狗可在相對(duì)低成本的狀況下監(jiān)控心跳，但這會(huì)嚴(yán)重限制看門(mén)狗系統(tǒng)的能力和恢復(fù)的可能性。其實(shí)，低效能微控制器就可以做為外部看門(mén)狗的定時(shí)器，所以何不為看門(mén)狗增添一些智能且采用微控制器呢？微控制器的固件（Firmware）可被開(kāi)發(fā)用來(lái)滿(mǎn)足增加許多功能的心跳監(jiān)測(cè)窗口所需。

　　一個(gè)“聰明”的看門(mén)狗有時(shí)被稱(chēng)為監(jiān)督者或安全看門(mén)狗，且已在不同的產(chǎn)業(yè)，如汽車(chē)領(lǐng)域?qū)嶋H使用了許多年；另外，通?；谖⒖刂破鞯目撮T(mén)狗以被主要用于安全關(guān)鍵應(yīng)用。目前開(kāi)發(fā)工具已相當(dāng)可用且硬件成本也低，這樣的設(shè)計(jì)具成本效益，且在其他的應(yīng)用中亦是如此。

　　秘訣3—監(jiān)督關(guān)鍵的系統(tǒng)功能

　　使用一個(gè)小微控制器作為看門(mén)狗的決定，可開(kāi)啟看門(mén)狗該如何使用的無(wú)限可能。其中可賦予智能看門(mén)狗的第一個(gè)角色通常是監(jiān)督的重要系統(tǒng)功能，如系統(tǒng)電流或傳感器狀態(tài)?？撮T(mén)狗如何能監(jiān)督電流的一個(gè)例子是，采取一個(gè)電流的獨(dú)立測(cè)量，并提供監(jiān)測(cè)值給應(yīng)用處理器，之后，應(yīng)用處理器可比較看門(mén)狗與自身讀取到的數(shù)值。若是兩者之間有分歧，則系統(tǒng)將執(zhí)行故障樹(shù)（Fault Tree）此一被應(yīng)用程序視為適當(dāng)?shù)姆绞健?/p>

　　秘訣4—觀察一個(gè)信道

　　有時(shí)嵌入式系統(tǒng)可像個(gè)看門(mén)狗且應(yīng)用處理器也可以如期工作，但外部的檢查員是處于非響應(yīng)的狀態(tài)。在這樣的狀態(tài)下，綁定智能看門(mén)狗到一個(gè)信道如通用異步收發(fā)器（UART）是可行的。當(dāng)看門(mén)狗被連接到信道時(shí)，不僅可以監(jiān)控通道流量，還可以接收對(duì)看門(mén)狗而言的特定指令。

　　在這方面一個(gè)很好的例子是專(zhuān)為小型衛(wèi)星設(shè)計(jì)的看門(mén)狗，其可監(jiān)視飛行器計(jì)算機(jī)和地面基地臺(tái)間的無(wú)線電通信。如果飛行器計(jì)算機(jī)變得不響應(yīng)無(wú)線電，看門(mén)狗將接收到一個(gè)命令，然后執(zhí)行并重置飛行器計(jì)算機(jī)。

　　秘訣5—考慮外部定時(shí)重置功能

　　采用一個(gè)微控制器執(zhí)行看門(mén)狗，會(huì)有額外功能增加其復(fù)雜性，以及一個(gè)新軟件單元到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此，系統(tǒng)中看門(mén)狗的問(wèn)題無(wú)疑是由工程師的頭腦來(lái)監(jiān)看。在看門(mén)狗自行“放大假”的情況下，其將如何恢復(fù)？

　　選擇之一是使用前面討論的啞巴外部看門(mén)狗定時(shí)器。智能看門(mén)狗會(huì)由啞巴看門(mén)狗的定時(shí)器，使其從被重置的狀況下生成心跳；另一個(gè)選擇是讓?xiě)?yīng)用處理器的行為就像個(gè)看門(mén)狗。這里須小心思考，給予最佳的方式以確保兩個(gè)處理器如預(yù)期地保持正常狀態(tài)。

　　簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)確?？撮T(mén)狗可行性

　　智能看門(mén)狗的目的是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和主微控制器，以確保它們依預(yù)期運(yùn)作。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，看門(mén)狗可允許其所支持的非常多功能，開(kāi)發(fā)者需要牢記，增加智能看門(mén)狗復(fù)雜度的可能性，且看門(mén)狗本身須包含潛在的故障模式和錯(cuò)誤。更重要的是，看門(mén)狗的設(shè)計(jì)應(yīng)保持簡(jiǎn)單與采用最小的必要功能集，將可確保其可被徹底測(cè)試和驗(yàn)證。