电子器件系列七：看门狗

素颜马尾好姑娘i 2022-02-26 03:26 271阅读 0赞

看门狗定时器（WDT，Watch Dog Timer）是[单片机][Link 1]的一个组成部分，它实际上是一个[计数器][Link 2]，一般给看门狗一个数字，程序开始运行后看门狗开始倒计数。如果程序运行正常，过一段时间[CPU][]应发出指令让[看门狗][Link 3][复位][Link 4]，重新开始[倒计数][Link 5]。如果看门狗减到0就认为程序没有正常工作，强制整个系统复位。

## 看门狗问题及相关实验 ##

现今市面上流行的一些单片机，多嵌有内部WDT，如[TI][]的MSP430系列，Philips的P87XXX和P89XXX系列，MICroChip的PIC列，Atmel的AT89SXX系列和HoLTEk公司的Htxxx系列。但是这些内部看门狗在工作时，多存在一定的误差。一些工程师在设计的过程中，由于忽略了这一点，导致系统出现异常。MSP430系列单片机是美国德州仪器公司([TI][])近几年开发的新一代单片机，该系列是一款16位、具有精简指令集、超低功耗的全新概念混合型单片机。在众多单片机系列中，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为一颗耀眼的新星。其内部自带看门狗及复位电路，理论上如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。但在实际使用过程中，发现看门狗的作用并非万无一失，以下实验证明了这一点。实验电路如图1所示。

[![关于看门狗的作用与相关实验][1605014532_0.jpg]][1605014532_0.jpg]

试验程序清单：

\#include  
void main(void)\{  
p1dir l=0x0f; //设置p1.2-.p1.0为输出  
for(;;)\{  
vola[TI][]le unsigned int i;  
wdtctl=wdtpw+wdtcncl;  
//复位wdt  
piout==0x0t;  
i=5000;  
do(i–)  
while(i!=0);  
\}\}

上述实验启动后，如果程序正常运行，LED会闪烁。缺省时，MSP430的看门狗是允许状态，所运行的程序会不断地访问看门狗。理论上，这个系统是不会发生启动失败的，因为即使启动失败，看门狗也应该在数百毫秒内启动，复位整个系统。基于这种思想，对单片机的复位进行测试。K2断开，用K1连续产生。Reset信号，测试看门狗使系统重启的成功率。K2闭合，则reset端高电平，理论上K1不能有效产生复位脉冲，观察看门狗是否起作用。

## 实验结果与分析 ##

实验结果如下：K2断开，连续开关K1，上电重启系统，平均155次失败1次(LED不闪)，即看门狗失效概率0．6%；K2闭合，连续开关K1，平均18次失败1次(LED不闪)，且一旦失败，将连续失败下去，看门狗无效率占到了约5．5%。另外，当采用同样具有内置看门狗的其他系列单片机替代实验中的MSP430，启动程序段作相应修改时，实验结果仍大致相同，这说明具有内置看门狗的单片机面临的问题是相同的。经分析可能有如下原因：

①由于看门狗的时钟不独立，计数时钟与系统为同一分频链路，因此看门狗不能在系统出现问题时有效运作。

②由于时钟可用软件设置，启动失败时，开机时钟可能处于空档，没有时钟看门狗不能生效。

③有些看门狗需要用软件设置或启动，因此启动失败后,初始化程序没有激活，CPU可能跳转到随机代码，使看门狗被禁止。这样的看门狗是需要有可靠的上电复位作保证的，因此，从理论上讲，原设计存在着不合理性。基于上述分析，采用片外看门狗专用芯片TPS3823由独立的分频振荡电路提供计数脉冲。实验电路如图2所示。

[![关于看门狗的作用与相关实验][160601X46_0.jpg]][160601X46_0.jpg]

上述电路中，TPS3823输出定时溢出信号给Reset端。程序段中，CPU要不断地通过I／O口输出喂狗信号，使看门狗计数器清零。在此电路中重复上述试验中K1、K2的相同动作，系统重启成功率达到100%。

未来的内置看门狗必须有独立可靠的时钟。系统上电后，看门狗即为允许状态，无需软件设置，它只能被外部硬件跳线或内部熔丝(fuse)所禁止。目前，如果要求设计可靠性较高的嵌入式系统，外置看门狗是必须考虑的。内置看门狗的另一问题是系统复位后，程序应判断是由Reset端正常上电复位，还是程序跑飞看门狗所致，由此确定现场数据是否应该保留。这也是在看门狗应用中所应考虑的。

[http://www.elecfans.com/emb/danpianji/20180305643184.html][http_www.elecfans.com_emb_danpianji_20180305643184.html]

[https://blog.csdn.net/zjy900507/article/details/78797866][https_blog.csdn.net_zjy900507_article_details_78797866]

[http://m.elecfans.com/article/694427.html][http_m.elecfans.com_article_694427.html]

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/102396
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E8%AE%A1%E6%95%B0%E5%99%A8/4699680
[CPU]: https://baike.baidu.com/item/CPU
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E7%9C%8B%E9%97%A8%E7%8B%97/6518878
[Link 4]: https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%8D%E4%BD%8D/6156307
[Link 5]: https://baike.baidu.com/item/%E5%80%92%E8%AE%A1%E6%95%B0/12715768
[TI]: http://bbs.elecfans.com/zhuti_715_1.html
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