摘要：本文對(duì)內(nèi)部（集成在處理器內(nèi)部）看門狗定時(shí)器（WTD）與外部（基于硬件） WDT的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)進(jìn)行了對(duì)比。內(nèi)部看門狗便于設(shè)計(jì)，但容易失效。MAXQ2000微控制器的WDT可以作為內(nèi)部看門狗的一個(gè)例子。基于硬件的看門狗定時(shí)器需要占用額外的電路板空間，但在對(duì)于可靠性要求較高的設(shè)計(jì)中確實(shí)*的。本文給出了一個(gè)對(duì)照表，總結(jié)了每種WDT方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

引言

看門狗定時(shí)器（WDT）在出現(xiàn)無(wú)效的軟件運(yùn)行狀態(tài)時(shí)用來(lái)強(qiáng)行復(fù)位（硬件復(fù)位）嵌入式微處理器或微控制器，失效狀態(tài)可以是簡(jiǎn)單地觸發(fā)寄存器的某一位，或者是射線干擾或EMI （電磁輻射）。

本文介紹了一些針對(duì)具體應(yīng)用選擇*定時(shí)器的考慮。

WDT的典型應(yīng)用

防止微處理器閉鎖是WDT的一個(gè)典型應(yīng)用，通常，嵌入式軟件有一個(gè)“主循環(huán)”程序，用其調(diào)用子程序以實(shí)現(xiàn)不同的任務(wù)。每次程序循環(huán)對(duì)WDT進(jìn)行一次復(fù)位，如果任何原因造成程序循環(huán)操作失敗，看門狗定時(shí)器則發(fā)生超時(shí)，對(duì)器件進(jìn)行復(fù)位。

具有WDT功能的系統(tǒng)非常適合檢測(cè)誤碼，中斷（包括存儲(chǔ)器故障，EMI對(duì)存儲(chǔ)器或接口放電）可能導(dǎo)致臨時(shí)性的誤碼。這些誤碼會(huì)導(dǎo)致處理器輸入、輸出數(shù)據(jù)的極性翻轉(zhuǎn)，當(dāng)誤碼沒引入到程序信息中時(shí)，微處理器將會(huì)執(zhí)行錯(cuò)誤的代碼。很有可能造成處理器開始執(zhí)行操作數(shù)，而非操作代碼。程序開始執(zhí)行這種錯(cuò)誤代碼時(shí)，將造成程序運(yùn)行不正常，無(wú)法提供看門狗清零信號(hào)，從而導(dǎo)致處理器復(fù)位。合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠在復(fù)位后恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

需要注意的是，WDT不能檢測(cè)瞬態(tài)故障，按照定義，只有在WDT計(jì)數(shù)器達(dá)到預(yù)定的時(shí)間間隔時(shí)才會(huì)復(fù)位處理器。正是這一原因，需要選擇一個(gè)zui短超時(shí)周期，以便在系統(tǒng)失控之前由WDT產(chǎn)生復(fù)位，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。

內(nèi)部和外部WDT

WDT可以內(nèi)置于微處理器，例如：MAXQ2000微控制器；也可以是一個(gè)獨(dú)立的IC （外部WDT），或作為支持ASIC的一部分。無(wú)論是內(nèi)部WDT，還是外部WDT，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。內(nèi)部定時(shí)器有助于節(jié)省成本，但容易受程序運(yùn)行失效的影響。相對(duì)成本較高的外部WDT具有一個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘源，能夠提供更高的可靠性；經(jīng)過適當(dāng)配置，外部WDT不會(huì)受程序失效的影響。

WDT的基本原理

WDT的核心電路是計(jì)數(shù)寄存器，時(shí)鐘源連續(xù)遞增計(jì)數(shù)寄存器的值，計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出時(shí)，看門狗邏輯電路強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。為防止復(fù)位，必須周期性地將計(jì)數(shù)寄存器清零，稱其為“喂狗”。外部WDT IC具有一個(gè)數(shù)字輸入引腳，該引腳從低到高或從高到低的跳變將計(jì)數(shù)寄存器清零。內(nèi)部WDT的“喂狗”操作則不同，例如，MAXQ2000的WDT，可以通過設(shè)置寄存器位（MOVE WDCN.0, #1）的方式復(fù)位看門狗。PIC微控制器及其它微處理器則通過指令（CLRWDT）復(fù)位計(jì)數(shù)寄存器。

正確的軟件操作能夠在要求的期限內(nèi)提供數(shù)字信號(hào)跳變，確保計(jì)數(shù)寄存器不會(huì)發(fā)生溢出。但當(dāng)程序進(jìn)入一個(gè)無(wú)限循環(huán)或出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)，將無(wú)法清零計(jì)數(shù)寄存器。發(fā)生這種情況時(shí)，看門狗將觸發(fā)一次復(fù)位。WDT周期是計(jì)數(shù)器溢出的時(shí)間，為避免復(fù)位，必須在短于超時(shí)周期的時(shí)間內(nèi)清零看門狗定時(shí)器。

有些WDT在基本計(jì)數(shù)寄存器架構(gòu)的基礎(chǔ)上增添了更多功能，例如：“窗檢測(cè)”WDT或“zui小/zui大"超時(shí)WDT，這一功能會(huì)在發(fā)生過慢或過快的看門狗定清零時(shí)產(chǎn)生復(fù)位。如果在計(jì)數(shù)寄存器的數(shù)值低于某個(gè)門*出現(xiàn)寄存器清零信號(hào)，器件將觸發(fā)復(fù)位。簡(jiǎn)單地說(shuō)，是在發(fā)生看門狗清零過快時(shí)觸發(fā)復(fù)位，可以避免處理器工作在晶體標(biāo)稱頻率的諧波狀態(tài)下。另外一個(gè)功能是利用邏輯輸入（外部看門狗）或寄存器位（內(nèi)部看門狗）禁止WDT功能。

集成在微處理器內(nèi)部的看門狗定時(shí)器

本文無(wú)法在有限的篇幅內(nèi)列舉各種微處理器（?P） WDT的案例，而是以MAXQ2000微控制器的內(nèi)部WDT為例進(jìn)行說(shuō)明。該定時(shí)器比上述基本的計(jì)數(shù)寄存器復(fù)雜一些，類似于多數(shù)商用化微控制器芯片的WDT功能。

沒有看門狗清零操作時(shí)，MAXQ2000''的WDT溢出，由此觸發(fā)中斷，經(jīng)過512個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期后自行復(fù)位。中斷為保存調(diào)試信息提供了“zui后一次機(jī)會(huì)”，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員認(rèn)為這一機(jī)會(huì)對(duì)于電路開發(fā)及故障排查至關(guān)重要。除了存儲(chǔ)調(diào)試信息外，中斷還用于從故障狀態(tài)下恢復(fù)工作，清除看門狗計(jì)數(shù)器。后者會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生一定的影響。

與其它內(nèi)部WDT類似，MAXQ2000的看門狗可以通過軟件禁止。值得注意的是，這一功能可能是一把雙刃劍：在程序運(yùn)行失效時(shí)會(huì)禁止看門狗，導(dǎo)致系統(tǒng)的進(jìn)一步混亂。

有些處理器將它們的WDT連接到一個(gè)獨(dú)立于系統(tǒng)時(shí)鐘的內(nèi)部振蕩器。雖然MAXQ2000的WDT時(shí)鐘由系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，MAXQ2000的時(shí)鐘電路可以在主時(shí)鐘失效時(shí)切換到備份RC振蕩器。

看門狗定時(shí)器IC

的、外部WDT IC能夠提供多項(xiàng)功能選擇，許多廠商都可提供這種器件。有些器件，例如; MAX6752，具有“窗檢測(cè)看門狗”功能。MAX6752還可通過外部電容調(diào)節(jié)看門狗的超時(shí)周期和復(fù)位脈沖寬度，以滿足微處理器和具體應(yīng)用的要求。

MAX6369 WDT的邏輯輸入引腳可以禁止定時(shí)器工作，防止復(fù)位。它通常連接到微處理器的一個(gè)邏輯引腳，這種方式對(duì)可靠性構(gòu)成一定的威脅，因?yàn)樵诔绦蜻\(yùn)行失效時(shí)可能會(huì)意外禁止看門狗功能。大多數(shù)情況下，需要在上電過程中（處理器導(dǎo)入程序時(shí)）禁止看門狗功能。MAX6369在復(fù)位后提供了一個(gè)額外的長(zhǎng)周期看門狗超時(shí)。看門狗*次清零后恢復(fù)到常規(guī)超時(shí)周期。這種方式比從外部禁止看門狗功能或重新使能看門狗功能更加可靠。

外部看門狗定時(shí)器還可以監(jiān)測(cè)VCC電源，在電壓跌落到的門限以下時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位。有些定時(shí)器還提供了具有去抖動(dòng)電路和ESD保護(hù)的手動(dòng)復(fù)位輸入。這種IC內(nèi)部的電壓檢測(cè)器能夠在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)保持較高精度，優(yōu)于集成在處于電源失效狀態(tài)的微處理器內(nèi)部的方案。

結(jié)論

表1列舉了外部和內(nèi)部WDT的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，采用外部看門狗定時(shí)器IC相對(duì)成本較高，但可滿足高可靠性系統(tǒng)的要求。將WDT的禁止輸入連接到微處理器（可以通過軟件禁止看門狗復(fù)位），會(huì)影響內(nèi)部看門狗定時(shí)器的可靠性。集成在微處理器內(nèi)部的看門狗定時(shí)器比較適合對(duì)可靠性要求不高的應(yīng)用，好處是能夠降低成本。