看門狗定時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，菜鳥們就好好學習一下，每天進步一點點，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?

看門狗定時器(WDT，Watch Dog Timer)是單片機的一個組成部分，在單片機程序的調(diào)試和運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，通過使器件復位(如果軟件未將器件清零)將單片機復位。也可以用于將器件從休眠或空閑模式喚醒。

有一個很形象的比喻，看完后也許您對看門狗有更深入的理解?？撮T狗其實就是這么回事比如說你正在繞著一座小山裸奔?！绦虬搭A定流程執(zhí)行。每次經(jīng)過山腳下的某個地方，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?，你在裸奔的途中睡著了?！绦蛩罊C。這時，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。于是只好又從頭開始裸奔?！绦驈臀??？撮T狗這東西是加強可靠性用的看門狗是不隨主芯片時鐘的停止而停止的，它是一個獨立的計時單元，假如你在程序中使用并設置了看門狗寄存器，在系統(tǒng)加電后它就會啟動，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)將會重新啟動。

這種設計為系統(tǒng)提供了極高的可靠性，即使系統(tǒng)死鎖，也可以及時的自動恢復系統(tǒng)。

看門狗的原理

硬件看門狗是利用了一個定時器，來監(jiān)控主程序的運行，也就是說在主程序的運行過程中，我們要在定時時間到之前對定時器進行復位如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說PC指針不能回來。那么定時時間到后就會使單片機復位。

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

我們可以對T0設定一定的定時時間，當產(chǎn)生定時中斷的時候?qū)σ粋€變量進行賦值，而這個變量在主程序運行的開始已經(jīng)有了一個初值，在這里我們要設定的定時值要小于主程序的運行時間，這樣在主程序的尾部對變量的值進行判斷，如果值發(fā)生了預期的變化，就說明T0中斷正常，如果沒有發(fā)生變化則使程序復位。

對于T1我們用來監(jiān)控主程序的運行，我們給T1設定一定的定時時間，在主程序中對其進行復位，如果不能在一定的時間里對其進行復位，T1 的定時中斷就會使單片機復位。

在這里T1的定時時間要設的大于主程序的運行時間，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定時中斷子程序來監(jiān)視。這樣就夠成了一個循環(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)定運行。

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

2.計算主控程序循環(huán)一次的耗時。考慮系統(tǒng)各功能模塊及其循環(huán)次數(shù)，本系統(tǒng)主控制程序的運行時間約為16.6 ms。系統(tǒng)設置"看門狗"定時器T0定時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。如程序進入"死循環(huán)"而T0的初值在30 ms內(nèi)未被刷新，這時"看門狗"定時器T0將溢出并申請中斷。

3.設計T0溢出所對應的中斷服務程序。此子程序只須一條指令，即在T0對應的中斷向量地址(000BH)寫入"無條件轉(zhuǎn)移"命令，把計算機拖回整個程序的第一行，對單片機重新進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，觸發(fā)和停用。

啟動是指設置初始參數(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初始值;停用是指調(diào)用中斷停止使用看門狗.在程序中應選擇適當?shù)牡胤綄ζ溥M行觸發(fā)選擇時有許多講究,程序比較大時會比較難確定,但使用它確實有很多優(yōu)點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，它的主要功能是防止系統(tǒng)死掉或者陷入死循環(huán)。也就是每個一定的時間就會執(zhí)行看門狗任務，以reset系統(tǒng).

喂狗的方式舉個例子：在os任務調(diào)度的時候順便觸發(fā)一下看門狗，這樣一旦任務長時間停止調(diào)度系統(tǒng)就會復位，這個功能實現(xiàn)起來很簡單，并不需要應用程序多操什么心。

看門狗在啟動的時候一般都會設置超時時間，超時時間按照一定的頻率遞減，減到零就復位，所以得定時將一個計時器更新到最大，防止減小到零。超時時間初始化時一般都是固定好的。