抄作業(yè)！看門(mén)狗定時(shí)器必備知識(shí)

Air201在模組內(nèi)部集成了硬件看門(mén)狗，今天就一起來(lái)聊聊~

本文將帶你了解看門(mén)狗的工作原理、應(yīng)用架構(gòu)、定時(shí)時(shí)間設(shè)置、軟硬件看門(mén)狗的區(qū)別，以及看門(mén)狗定時(shí)器的典型應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素等內(nèi)容。

同時(shí)通過(guò)具體示例解析，教你如何在一個(gè)簡(jiǎn)單的LuatOS項(xiàng)目中集成看門(mén)狗定時(shí)器，設(shè)置適當(dāng)?shù)?a target="_blank">參數(shù)來(lái)確保系統(tǒng)在正常運(yùn)行和故障場(chǎng)景下都能自動(dòng)恢復(fù)。

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www.air201.cn

▼ 看門(mén)狗簡(jiǎn)介 ▼

看門(mén)狗（Watch Dog Timer，WDT）——是一種監(jiān)控電路，主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，目的是為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在看門(mén)狗電路的幫助下，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，如程序跑飛或死循環(huán)時(shí)，能夠自動(dòng)復(fù)位并重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

工作原理：

看門(mén)狗電路通常包括一個(gè)定時(shí)器、一個(gè)喂狗信號(hào)和一個(gè)復(fù)位（Reset）輸出。在正常的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主控制器（MCU）會(huì)定期向喂狗信號(hào)發(fā)送一個(gè)脈沖，以“喂”看門(mén)狗，防止其計(jì)時(shí)到達(dá)預(yù)設(shè)值。如果MCU由于某種原因未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)喂狗，看門(mén)狗定時(shí)器將會(huì)計(jì)滿并輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，將MCU復(fù)位。

應(yīng)用架構(gòu)：

在實(shí)際應(yīng)用中，看門(mén)狗芯片通常連接到MCU的一個(gè)GPIO端口。MCU在其正常運(yùn)行期間會(huì)定期向該端口寫(xiě)入一個(gè)高電平或低電平信號(hào)，以此告訴看門(mén)狗它仍然正常工作。如果MCU未能按時(shí)發(fā)出信號(hào)，看門(mén)狗將觸發(fā)復(fù)位操作。

芯片引腳功能：

某些看門(mén)狗芯片，如TPV6823具有多個(gè)引腳：包括供電引腳（VCC）、喂狗信號(hào)引腳（WDI）、復(fù)位輸出引腳（RESETn）和手動(dòng)復(fù)位輸入引腳（MRn）。這些引腳提供了多種復(fù)位方式和時(shí)間設(shè)置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

定時(shí)時(shí)間：

看門(mén)狗的定時(shí)時(shí)間通常需要保持在一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的周期，例如200毫秒左右。這樣的設(shè)置是為了確保在正常運(yùn)行中，即使MCU由于干擾而未能及時(shí)喂狗，看門(mén)狗也不會(huì)立即復(fù)位系統(tǒng)，從而給MCU足夠的時(shí)間來(lái)響應(yīng)和處理問(wèn)題。

軟硬件看門(mén)狗的區(qū)別：

硬件看門(mén)狗利用獨(dú)立的定時(shí)器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，具有較高的可靠性。軟件看門(mén)狗則使用處理器內(nèi)部的定時(shí)器或其他機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然在一定程度上可以簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，但在可靠性方面通常不如硬件看門(mén)狗。

WDT庫(kù)提供了一系列用于管理和操作看門(mén)狗定時(shí)器的API函數(shù)，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)Air201方便地在LuatOS系統(tǒng)中管理看門(mén)狗定時(shí)器，從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

軟硬件相關(guān)準(zhǔn)備工作及最新示例源碼下載詳見(jiàn)：

https://docs.openluat.com/air201/luatos/app/service/wdt/

一、看門(mén)狗示例解析

本文示例分為兩個(gè)部分：

正常運(yùn)行情況和故障場(chǎng)景模擬。

在正常運(yùn)行情況下，示例代碼會(huì)初始化看門(mén)狗庫(kù)，并設(shè)置超時(shí)時(shí)間和喂狗周期。然后，創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，該任務(wù)會(huì)定期喂狗，以防止看門(mén)狗定時(shí)器超時(shí)。如果看門(mén)狗定時(shí)器超時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)重啟。

在故障場(chǎng)景模擬部分，我們添加了一個(gè)新的任務(wù)fault_task，該任務(wù)進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，不進(jìn)行喂狗操作。這樣，當(dāng)看門(mén)狗定時(shí)器超時(shí)后，系統(tǒng)將自動(dòng)重啟，模擬了設(shè)備在故障場(chǎng)景下的自動(dòng)恢復(fù)能力。

1.1 程序正常運(yùn)行

1.1.1 示例代碼介紹

項(xiàng)目信息：

在開(kāi)頭定義了項(xiàng)目名稱(chēng)（PROJECT）和版本（VERSION），并通過(guò)日志輸出這些信息。

引入系統(tǒng)庫(kù)：

通過(guò)require("sys") 引入了sys庫(kù)，這是LuatOS中常用的系統(tǒng)庫(kù)。

任務(wù)初始化：

使用sys.taskInit函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的任務(wù)。在任務(wù)中檢查wdt庫(kù)是否可用，如果不可用，則進(jìn)入一個(gè)無(wú)限循環(huán)，每秒鐘輸出一次提示信息。

WDT配置：

初始化wdt庫(kù)，設(shè)置超時(shí)時(shí)間為9秒。設(shè)置一個(gè)定時(shí)器每3秒喂一次看門(mén)狗，確保設(shè)備在正常運(yùn)行的情況下不會(huì)重啟；若發(fā)生軟件崩潰或硬件故障，最多18秒后將自動(dòng)重啟設(shè)備。

運(yùn)行系統(tǒng)：

最后通過(guò)sys.run() 啟動(dòng)系統(tǒng)，后面不應(yīng)添加任何其他語(yǔ)句。

1.1.2 完整代碼展示

1.1.3 運(yùn)行結(jié)果展示

通過(guò)Luatools工具查看日志：

1.2 添加死循環(huán)模擬故障場(chǎng)景

1.2.1 示例代碼介紹

我們?cè)谠惺纠a中創(chuàng)建了一個(gè)新的任務(wù)，命名為fault_task，它將進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)。由于這個(gè)新任務(wù)不會(huì)喂看門(mén)狗，設(shè)備將在超時(shí)后自動(dòng)重啟。這樣，我們就可以有效地模擬看門(mén)狗的超時(shí)情況。

1.2.2 完整代碼展示

1.2.3 運(yùn)行結(jié)果展示

二、看門(mén)狗的擴(kuò)展

2.1 看門(mén)狗定時(shí)器的應(yīng)用場(chǎng)景

看門(mén)狗定時(shí)器廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，特別是在需要高可靠性的應(yīng)用場(chǎng)景中。

一些典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

工業(yè)控制系統(tǒng)：

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，控制系統(tǒng)需要高度穩(wěn)定和可靠，看門(mén)狗定時(shí)器可以確保系統(tǒng)在受到干擾或異常情況時(shí)能夠迅速恢復(fù)。

車(chē)載電子系統(tǒng)：

車(chē)載電子系統(tǒng)面臨著復(fù)雜的電磁環(huán)境和振動(dòng)，看門(mén)狗定時(shí)器可以幫助系統(tǒng)在上電復(fù)位后保持穩(wěn)定運(yùn)行，防止因軟件或硬件故障導(dǎo)致的系統(tǒng)死機(jī)。

醫(yī)療設(shè)備：

醫(yī)療設(shè)備對(duì)穩(wěn)定性和可靠性有很高的要求，看門(mén)狗定時(shí)器可以確保設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)因?yàn)楣收隙Ｖ构ぷ?，從而保障患者的安全和設(shè)備的連續(xù)性。

通信設(shè)備：

在通信系統(tǒng)中，看門(mén)狗定時(shí)器可以用于監(jiān)控和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

2.2 看門(mén)狗定時(shí)器的設(shè)計(jì)考慮因素

在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵因素：

超時(shí)時(shí)間：

超時(shí)時(shí)間是指看門(mén)狗定時(shí)器從開(kāi)始計(jì)時(shí)到觸發(fā)復(fù)位信號(hào)的時(shí)間間隔。這個(gè)時(shí)間需要根據(jù)具體應(yīng)用的需求來(lái)設(shè)定，通常需要平衡系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

喂狗周期：

喂狗周期是指主控制器向看門(mén)狗芯片發(fā)送脈沖的時(shí)間間隔。喂狗周期應(yīng)該設(shè)置得足夠短，以防止看門(mén)狗定時(shí)器在正常運(yùn)行中誤觸發(fā)復(fù)位。

看門(mén)狗復(fù)位輸出：

看門(mén)狗定時(shí)器通常具有一個(gè)復(fù)位輸出引腳，用于向主控制器提供復(fù)位信號(hào)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保復(fù)位輸出引腳的電平和主控制器的復(fù)位輸入引腳兼容。

看門(mén)狗功耗：

在設(shè)計(jì)看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)，需要考慮其功耗，特別是在低功耗應(yīng)用中。選擇低功耗的看門(mén)狗芯片和合理的電源設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)的整體功耗至關(guān)重要。

兼容性和可擴(kuò)展性：

在設(shè)計(jì)看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)，需要考慮其與其他系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性。確?？撮T(mén)狗定時(shí)器能夠與其他硬件和軟件組件無(wú)縫集成，并在未來(lái)需要時(shí)能夠輕松擴(kuò)展或升級(jí)。

通過(guò)綜合考慮這些因素，開(kāi)發(fā)者可以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定、可靠且高效的看門(mén)狗定時(shí)器解決方案，以確保嵌入式系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

三、看門(mén)狗的常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 看門(mén)狗定時(shí)器是如何工作的？

看門(mén)狗定時(shí)器通過(guò)主控制器定期向其發(fā)送脈沖信號(hào)來(lái)保持計(jì)時(shí)。如果主控制器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未能發(fā)送脈沖，看門(mén)狗定時(shí)器將觸發(fā)復(fù)位信號(hào)，將主控制器復(fù)位。

3.2 如何配置看門(mén)狗定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間和喂狗周期？

在LuatOS等嵌入式操作系統(tǒng)中，看門(mén)狗定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間和喂狗周期通常通過(guò)API函數(shù)進(jìn)行配置?？梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用的需求來(lái)設(shè)置合適的時(shí)間間隔。

若使用本文中所提到的watchdog操作庫(kù)，可按照以下步驟進(jìn)行配置：

1）初始化看門(mén)狗：

使用wdt.init(timeout) 函數(shù)來(lái)初始化看門(mén)狗定時(shí)器，timeout參數(shù)是超時(shí)時(shí)長(zhǎng)，單位為毫秒。

例如，如果你希望看門(mén)狗的超時(shí)時(shí)間為9000毫秒，可以這樣調(diào)用：

2）設(shè)置看門(mén)狗超時(shí)時(shí)間（可選）：

如果設(shè)備支持，可以調(diào)用：

wdt.setTimeout(timeout)

重新設(shè)置看門(mén)狗的超時(shí)時(shí)長(zhǎng)，單位同樣為毫秒。

例如：

3）定期喂狗：

使用wdt.feed() 函數(shù)來(lái)喂狗，以重置超時(shí)計(jì)時(shí)。建議使用定時(shí)器定期調(diào)用這個(gè)函數(shù)。

例如，使用系統(tǒng)定時(shí)器每3000毫秒喂一次狗，可以這樣設(shè)置：

通過(guò)以上步驟，你可以成功配置看門(mén)狗定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間和喂狗周期，確保設(shè)備不會(huì)因?yàn)槲次构范貑ⅰ?/p>

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇