看門(mén)狗定時(shí)器的設計、工作原理及看門(mén)狗定時(shí)器的操作

　　看門(mén)狗定時(shí)器（WDT，Watch Dog TImer）是單片機的一個(gè)組成部分，它實(shí)際上是一個(gè)計數器，一般給看門(mén)狗一個(gè)數字，程序開(kāi)始運行后看門(mén)狗開(kāi)始倒計數。如果程序運行正常，過(guò)一段時(shí)間CPU應發(fā)出指令讓看門(mén)狗復位，重新開(kāi)始倒計數。如果看門(mén)狗減到0就認為程序沒(méi)有正常工作，強制整個(gè)系統復位。

　　為了給初學(xué)者一個(gè)系統的概念，先介紹一下看門(mén)狗的基本概念。當嵌入式系統運行時(shí)受到外部干擾或者系統錯誤，程序有時(shí)會(huì )出現“跑飛”，導致整個(gè)系統癱瘓。為了防止這一現象的發(fā)生，在對系統穩定性要求較高的場(chǎng)合往往要加入看門(mén)狗（WATCHDOG）電路?？撮T(mén)狗的作用就是當系統“跑飛”而進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，恢復系統的運行。

　　看門(mén)狗定時(shí)器的功能作用

　　看門(mén)狗定時(shí)器（WDT，Watch Dog TImer）是單片機的一個(gè)組成部分，在單片機程序的調試和運行中都有著(zhù)重要的意義。它的主要功能是在發(fā)生軟件故障時(shí)，通過(guò)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?！　?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/看門(mén)狗定時(shí)器">看門(mén)狗定時(shí)器對微控制器提供了獨立的保護系統，當系統出現故障時(shí)，在可選的超時(shí)周期之后，看門(mén)狗將以RESET信號作出響應，像x25045就可選超時(shí)周期為1.4秒、600毫秒、200毫秒三種。當你的程序死機時(shí)，x25045就會(huì )使單片機復位。

　　大多數看門(mén)狗定時(shí)器IC產(chǎn)生一個(gè)單一的，有限的輸出脈沖持續時(shí)間當看門(mén)狗超時(shí)。這適用于觸發(fā)復位或中斷微處理器，但有些應用需要輸出（故障指示燈）的鎖存器。

　　考慮到安全性問(wèn)題，汽車(chē)電子系統需要監控電路監測故障容限或安全性?？撮T(mén)狗定時(shí)器可理想滿(mǎn)足這類(lèi)需求，通過(guò)對微控制器正常工作條件下產(chǎn)生的周期脈沖進(jìn)行檢測，偵測電路或？C的失效狀態(tài)，一旦發(fā)生故障可立即切換到備份/冗余系統。式喚醒。

　　看門(mén)狗工作原理

　　1. 其基本原理為：設本系統程序完整運行一周期的時(shí)間是Tp，看門(mén)狗的定時(shí)周期為T(mén)I，TI》Tp，在程序運行一周期后就修改定時(shí)器的計數值，只要程序正常運行，定時(shí)器就不會(huì )溢出，若由于干擾等原因使系統不能在Tp 時(shí)刻修改定時(shí)器的計數值，定時(shí)器將在Ti 時(shí)刻溢出，引發(fā)系統復位，使系統得以重新運行，從而起到監控作用。

　　2. 在一個(gè)完整的嵌入式系統或單片機小系統中通常都有看門(mén)狗定時(shí)器，且一般集成在處理器芯片中，看門(mén)狗實(shí)際上就是一個(gè)定時(shí)器，只是它在期滿(mǎn)后將自動(dòng)引起系統復位。

　　使用時(shí)，WDT將遞增，直到溢出，或稱(chēng)“超時(shí)”。除非處于休眠或空閑模式，WDT 超時(shí)會(huì )強制器件復位。為避免WDT超時(shí)復位，用戶(hù)必須定期用PWRSAV 或CLRWDT 指令將看門(mén)狗定時(shí)器清零。如果WDT 在休眠或空閑模式下超時(shí)，器件將喚醒并從PWRSAV 指令執行處繼續執行代碼。在上述兩種情況下，WDTO 位（RCON《4》）都會(huì )置1，表示該器件復位或喚醒事件是由于WDT超時(shí)引起的。如果WDT 將CPU從休眠或空閑模式喚醒，“休眠”狀態(tài)位（RCON《3》）或“空閑”狀態(tài)位（RCON《2》）也會(huì )置1，表示器件之前處于省電模式。

　　在正常操作期間，一次WDT超時(shí)溢出將產(chǎn)生一次器件復位。當器件處于休眠狀態(tài)時(shí)，一次WDT超時(shí)溢出將喚醒器件，使其繼續正常操作（即稱(chēng)作WDT 喚醒）。對WDTE 設置位清零可以永久性地關(guān)閉WDT。

　　后分頻器分配完全是由軟件控制，即它可在程序執行期間隨時(shí)更改。

　　為避免發(fā)生不可預測的器件復位，當從Timer0 預分頻器的分配改為WDT 后分頻器的分配時(shí)，必須執行下列指令序列。即使WDT 被禁止，也要執行這個(gè)指令序列。

　　由看門(mén)狗WDT引發(fā)系統復位的電路結構等效圖如圖所示。從該圖中可以看出，只有當狀態(tài)信號SLEEP＝1，即單片機處于非睡眠狀態(tài)時(shí)，看門(mén)狗超時(shí)溢出才會(huì )引發(fā)單片機的復位操作。而在單片機處于睡眠狀態(tài)，即狀態(tài)信號SLEEP＝0時(shí)，看門(mén)狗超時(shí)溢出會(huì )喚醒單片機

　　看門(mén)狗就是一個(gè)用獨立時(shí)鐘源提供的脈沖進(jìn)行累加計數的計數器，無(wú)需任何外部元件。獨立的RC時(shí)鐘信號源是指RC振蕩器與OSC1（ULKIIN）引腳的外接RC振蕩器，OSC1和OSC2外接晶體振蕩器／陶瓷諧振器構成的單片機系統時(shí)鐘是分離的。這就意味著(zhù)，即使單片機進(jìn)入系統時(shí)鐘停振的睡眠狀態(tài)，監視定時(shí)器WDT仍然能夠運行。

　　在單片機執行程序期間，一次看門(mén)狗WDT超時(shí)溢出，將使單片機產(chǎn)生復位操作（稱(chēng)為WDT復位）。如果單片機處于睡眠狀態(tài)，一次看門(mén)狗WDT超時(shí)溢出將使單片機被喚醒，恢復正常運行狀態(tài)，并且繼續執行在進(jìn)入睡眠之前被擱置的程序（稱(chēng)為WDT喚醒）。

　　每次看門(mén)狗超時(shí)溢出，都會(huì )使得狀態(tài)寄存器STATUS中的了T0位被清0，以記錄曾經(jīng)發(fā)生的這次看門(mén)狗溢出事件，供作程序查詢(xún)判斷用。

　　即當WDTE＝0時(shí)，看門(mén)狗WDT將被永久禁止；當WDTE＝1時(shí)，看門(mén)狗WDT將被永久啟用。就是說(shuō)，只要WDTE被定義成1，以后在用戶(hù)程序中將再也無(wú)法禁止看門(mén)狗的運行。

　　若想不讓看門(mén)狗WDT發(fā)生超時(shí)溢出，在用戶(hù)程序中只能不停地、周期性地將看門(mén)狗計時(shí)器清0，使它不會(huì )因計數到超過(guò)最大值而溢出。

　　看門(mén)狗計時(shí)器的計時(shí)周期取決于獨立RC振蕩源的頻率和計時(shí)器的寬度，同時(shí)在一定程度上受到工作電壓、環(huán)蟑溫度、制作工藝等因素的影響。

　　另外，看門(mén)狗的超時(shí)周期還可以借助于分頻器以及分頻器的分頻比，在一定范圍內改變和延長(cháng)。分頻器是否配置給看門(mén)狗使用，可以通過(guò)用戶(hù)程序定義選項寄存器OPTION KEG的PSA位進(jìn)行設置。

　　看門(mén)狗設計原理

　　在看門(mén)狗（ watchdog timer），是一個(gè)定時(shí)器電路， 一般有一個(gè)輸入，叫喂狗（kicking the dog or service the dog），一個(gè)輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時(shí)候，每隔一段時(shí)間輸出一個(gè)信號到喂狗端，給WDT清零，如果超過(guò)規定的時(shí)間不喂狗，（一般在程序跑飛時(shí)），WDT 定時(shí)超過(guò)，就會(huì )給出一個(gè)復位信號到MCU，使MCU復位。 防止MCU死機。 看門(mén)狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序跑飛。 出于對單片機運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測的考慮，產(chǎn)生了一種專(zhuān)門(mén)用于監測單片機程序運行狀態(tài)的芯片，俗稱(chēng)“看門(mén)狗”（watchdog））集成電路（MAX*9）的基礎上，該電路提供了響應的輸入脈沖流損失鎖存故障指示。該電路可以監控風(fēng)扇（上風(fēng)扇的轉速輸出計算），振蕩電路，或一個(gè)微處理器軟件執行。

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的電路提供了響應的輸入脈沖流損失鎖存故障指示。在μP-supervisor/watchdog集成電路（MAX*9）的基礎上，該電路用于監測風(fēng)扇（在風(fēng)扇的轉速輸出計算），振蕩電路，或一個(gè)合適的微處理器軟件執行。

　　在上電期間，低電平有效復位仍然很低，直到VCC的穩定和復位超時(shí)時(shí)間到期。電容器C通過(guò)R，直到FET的柵極電壓達到閾值（電壓VTH），它開(kāi)啟了場(chǎng)效應管，使鎖存能力。為了防止誤觸發(fā)，你應該設置RC延遲的時(shí)間遠遠超過(guò)了復位超時(shí)。

　　WDI輸入（引腳6）必須按切換電容器CSWT設立最低速率。如果這沒(méi)有發(fā)生，低電平有效復位變低，在LED指示燈，在連接和低拉復位，從而鎖定低電平復位。該電路仍然有效，直到你循環(huán)VCC或推開(kāi)關(guān)在此條件。要么關(guān)閉FET的行動(dòng)，并允許重置變高。

　　為了監測風(fēng)扇開(kāi)漏測速信號，從世界發(fā)展指標10kΩ的連接到VCC（引腳8）上拉電阻器。由于風(fēng)扇需要一些時(shí)間來(lái)旋轉起來(lái)，看門(mén)狗電路需要為一個(gè)短暫的延遲時(shí)間間隔停用。您可以通過(guò)將本延遲電容（C2）從對地復位。請注意，此延遲必須小于上述RC延遲，或低電平有效復位鎖存過(guò)早會(huì )較短。

　　對于一個(gè)風(fēng)扇監控，對CSWT值設置最大轉速脈沖周期根據公式5.06×106 × CSWT，其中在幾秒鐘內CSWT。如果轉速低于這個(gè)閾值時(shí)，低電平有效復位輸出低和插銷(xiāo)。

　　看門(mén)狗定時(shí)器的操作

　　在正常操作期間，一次WDT 超時(shí)溢出將產(chǎn)生一次器件復位。如果器件處于休眠狀態(tài)，一次WDT超時(shí)溢出將喚醒器件，使其繼續正常操作（即稱(chēng)作WDT 喚醒）。對WDTE 設置位清零可以永久性地關(guān)閉WDT。

　　后分頻器分配完全是由軟件控制，即它可在程序執行期間隨時(shí)更改。

　　為避免發(fā)生不可預測的器件復位，當從Timer0 預分頻器的分配改為WDT 后分頻器的分配時(shí)，必須執行下列指令序列。即使WDT 被禁止，也要執行這個(gè)指令序列。

　　如圖所示是看門(mén)狗定時(shí)器的功能框圖。

　　S3C44B0X看門(mén)狗定時(shí)利用MCLK作為時(shí)鐘源，經(jīng)過(guò)8位的預分頻和4選1的2位分割之后得到所需頻率。預分頻值和頻率分割值在看門(mén)狗定時(shí)器控制寄存器WTCON中配置，有效的預分頻值范圍為0～28－1，頻率分割系數可選為16、32、64或128。使用下列公式計算看門(mén)狗定時(shí)頻率和每個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期值。

　　twatchdog=1／MCLK／（預分頻值＋1）／分頻系數

　　看門(mén)狗定時(shí)器使能后，WTDAT（看門(mén)狗定時(shí)器數據寄存器）不能自動(dòng)裝入WTCNT（看門(mén)狗定時(shí)計數寄存器）。因此，在看門(mén)狗定時(shí)器開(kāi)始工作前，初值必須寫(xiě)到看門(mén)狗定時(shí)計數寄存器WTCNT中。