抄作業(yè)！看門狗定時器必備知識

Air201在模組內(nèi)部集成了硬件看門狗，今天就一起來聊聊~

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

同時通過具體示例解析，教你如何在一個簡單的LuatOS項目中集成看門狗定時器，設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)來確保系統(tǒng)在正常運行和故障場景下都能自動恢復(fù)。

Air201最新資料下載：

www.air201.cn

▼ 看門狗簡介 ▼

看門狗（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，能夠自動復(fù)位并重新啟動系統(tǒng)。

工作原理：

看門狗電路通常包括一個定時器、一個喂狗信號和一個復(fù)位（Reset）輸出。在正常的系統(tǒng)運行過程中，主控制器（MCU）會定期向喂狗信號發(fā)送一個脈沖，以“喂”看門狗，防止其計時到達預(yù)設(shè)值。如果MCU由于某種原因未能在規(guī)定時間內(nèi)喂狗，看門狗定時器將會計滿并輸出一個復(fù)位信號，將MCU復(fù)位。

應(yīng)用架構(gòu)：

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

芯片引腳功能：

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

定時時間：

看門狗的定時時間通常需要保持在一個相對較長的周期，例如200毫秒左右。這樣的設(shè)置是為了確保在正常運行中，即使MCU由于干擾而未能及時喂狗，看門狗也不會立即復(fù)位系統(tǒng)，從而給MCU足夠的時間來響應(yīng)和處理問題。

軟硬件看門狗的區(qū)別：

硬件看門狗利用獨立的定時器電路來實現(xiàn)監(jiān)控功能，具有較高的可靠性。軟件看門狗則使用處理器內(nèi)部的定時器或其他機制來實現(xiàn)，雖然在一定程度上可以簡化硬件設(shè)計，但在可靠性方面通常不如硬件看門狗。

WDT庫提供了一系列用于管理和操作看門狗定時器的API函數(shù)，開發(fā)者可以通過Air201方便地在LuatOS系統(tǒng)中管理看門狗定時器，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：

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

一、看門狗示例解析

本文示例分為兩個部分：

正常運行情況和故障場景模擬。

在正常運行情況下，示例代碼會初始化看門狗庫，并設(shè)置超時時間和喂狗周期。然后，創(chuàng)建一個任務(wù)，該任務(wù)會定期喂狗，以防止看門狗定時器超時。如果看門狗定時器超時，系統(tǒng)將自動重啟。

在故障場景模擬部分，我們添加了一個新的任務(wù)fault_task，該任務(wù)進入一個死循環(huán)，不進行喂狗操作。這樣，當(dāng)看門狗定時器超時后，系統(tǒng)將自動重啟，模擬了設(shè)備在故障場景下的自動恢復(fù)能力。

1.1 程序正常運行

1.1.1 示例代碼介紹

項目信息：

在開頭定義了項目名稱（PROJECT）和版本（VERSION），并通過日志輸出這些信息。

引入系統(tǒng)庫：

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

任務(wù)初始化：

使用sys.taskInit函數(shù)創(chuàng)建一個新的任務(wù)。在任務(wù)中檢查wdt庫是否可用，如果不可用，則進入一個無限循環(huán)，每秒鐘輸出一次提示信息。

WDT配置：

初始化wdt庫，設(shè)置超時時間為9秒。設(shè)置一個定時器每3秒喂一次看門狗，確保設(shè)備在正常運行的情況下不會重啟；若發(fā)生軟件崩潰或硬件故障，最多18秒后將自動重啟設(shè)備。

運行系統(tǒng)：

最后通過sys.run() 啟動系統(tǒng)，后面不應(yīng)添加任何其他語句。

1.1.2 完整代碼展示

1.1.3 運行結(jié)果展示

通過Luatools工具查看日志：

1.2 添加死循環(huán)模擬故障場景

1.2.1 示例代碼介紹

我們在原有示例代碼中創(chuàng)建了一個新的任務(wù)，命名為fault_task，它將進入一個死循環(huán)。由于這個新任務(wù)不會喂看門狗，設(shè)備將在超時后自動重啟。這樣，我們就可以有效地模擬看門狗的超時情況。

1.2.2 完整代碼展示

1.2.3 運行結(jié)果展示

二、看門狗的擴展

2.1 看門狗定時器的應(yīng)用場景

看門狗定時器廣泛應(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)用場景中。

一些典型的應(yīng)用場景包括：

工業(yè)控制系統(tǒng)：

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

車載電子系統(tǒng)：

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

醫(yī)療設(shè)備：

醫(yī)療設(shè)備對穩(wěn)定性和可靠性有很高的要求，看門狗定時器可以確保設(shè)備在長時間運行過程中不會因為故障而停止工作，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，看門狗定時器可以用于監(jiān)控和保護網(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 看門狗定時器的設(shè)計考慮因素

在設(shè)計和實現(xiàn)看門狗定時器時，需要考慮以下幾個關(guān)鍵因素：

超時時間：

超時時間是指看門狗定時器從開始計時到觸發(fā)復(fù)位信號的時間間隔。這個時間需要根據(jù)具體應(yīng)用的需求來設(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狗芯片發(fā)送脈沖的時間間隔。喂狗周期應(yīng)該設(shè)置得足夠短，以防止看門狗定時器在正常運行中誤觸發(fā)復(fù)位。

看門狗復(fù)位輸出：

看門狗定時器通常具有一個復(fù)位輸出引腳，用于向主控制器提供復(fù)位信號。在設(shè)計時，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。

看門狗功耗：

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

兼容性和可擴展性：

在設(shè)計看門狗定時器時，需要考慮其與其他系統(tǒng)的兼容性和可擴展性。確?？撮T狗定時器能夠與其他硬件和軟件組件無縫集成，并在未來需要時能夠輕松擴展或升級。

通過綜合考慮這些因素，開發(fā)者可以設(shè)計和實現(xiàn)一個穩(wěn)定、可靠且高效的看門狗定時器解決方案，以確保嵌入式系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

三、看門狗的常見問題

3.1 看門狗定時器是如何工作的？

看門狗定時器通過主控制器定期向其發(fā)送脈沖信號來保持計時。如果主控制器在規(guī)定時間內(nèi)未能發(fā)送脈沖，看門狗定時器將觸發(fā)復(fù)位信號，將主控制器復(fù)位。

3.2 如何配置看門狗定時器的超時時間和喂狗周期？

在LuatOS等嵌入式操作系統(tǒng)中，看門狗定時器的超時時間和喂狗周期通常通過API函數(shù)進行配置?？梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用的需求來設(shè)置合適的時間間隔。

若使用本文中所提到的watchdog操作庫，可按照以下步驟進行配置：

1）初始化看門狗：

使用wdt.init(timeout) 函數(shù)來初始化看門狗定時器，timeout參數(shù)是超時時長，單位為毫秒。

例如，如果你希望看門狗的超時時間為9000毫秒，可以這樣調(diào)用：

2）設(shè)置看門狗超時時間（可選）：

如果設(shè)備支持，可以調(diào)用：

wdt.setTimeout(timeout)

重新設(shè)置看門狗的超時時長，單位同樣為毫秒。

例如：

3）定期喂狗：

使用wdt.feed() 函數(shù)來喂狗，以重置超時計時。建議使用定時器定期調(diào)用這個函數(shù)。

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

通過以上步驟，你可以成功配置看門狗定時器的超時時間和喂狗周期，確保設(shè)備不會因為未喂狗而重啟。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇