單片機看門狗電路的作用，看門狗系統(tǒng)設計技巧及其抗干擾措施

一個外部看門狗須具備的最簡單功能是監(jiān)測由主應用處理器產生的一個定期“心跳(Heartbeat)”信號，以及在心跳異常時發(fā)出一個錯誤信號。心跳監(jiān)測可做為兩種不同的用途：首先，在經過已在軟件執(zhí)行的功能檢查之后，微控制器(MCU)應該只是生成心跳，以確保軟件的正常工作。第二，如果系統(tǒng)的實時響應已受到損害，心跳應該要能顯示出來。

為軟件功能和實時響應監(jiān)測心跳，可透過一個使用簡單，“啞巴(Dumb)”的外部看門狗。外部看門狗應該有沿著一個心跳必須出現的窗口的能力調派一個心跳周期，心跳窗口的作用是當系統(tǒng)的實時響應受到損害時，允許看門狗進行檢測。而在該功能或實時檢查失敗的情況下，看門狗會試圖透過應用處理器的重置來恢復系統(tǒng)。

技巧2—采用一個低效能MCU

簡易基于定時器的外部看門狗可在相對低成本的狀況下監(jiān)控心跳，但這會嚴重限制看門狗系統(tǒng)的能力和恢復的可能性。其實，低效能微控制器就可以做為外部看門狗的定時器，所以何不為看門狗增添一些智能且采用微控制器呢?微控制器的固件(Firmware)可被開發(fā)用來滿足增加許多功能的心跳監(jiān)測窗口所需。

一個“聰明”的看門狗有時被稱為監(jiān)督者或安全看門狗，且已在不同的產業(yè)，如汽車領域實際使用了許多年;另外，通?；谖⒖刂破鞯目撮T狗以被主要用于安全關鍵應用。目前開發(fā)工具已相當可用且硬件成本也低，這樣的設計具成本效益，且在其他的應用中亦是如此。

技巧3—監(jiān)督關鍵的系統(tǒng)功能

使用一個小微控制器作為看門狗的決定，可開啟看門狗該如何使用的無限可能。其中可賦予智能看門狗的第一個角色通常是監(jiān)督的重要系統(tǒng)功能，如系統(tǒng)電流或傳感器狀態(tài)。看門狗如何能監(jiān)督電流的一個例子是，采取一個電流的獨立測量，并提供監(jiān)測值給應用處理器，之后，應用處理器可比較看門狗與自身讀取到的數值。若是兩者之間有分歧，則系統(tǒng)將執(zhí)行故障樹(FaultTree)此一被應用程序視為適當的方式。

技巧4—觀察一個信道

有時嵌入式系統(tǒng)可像個看門狗且應用處理器也可以如期工作，但外部的檢查員是處于非響應的狀態(tài)。在這樣的狀態(tài)下，綁定智能看門狗到一個信道如通用異步收發(fā)器(UART)是可行的。當看門狗被連接到信道時，不僅可以監(jiān)控通道流量，還可以接收對看門狗而言的特定指令。

在這方面一個很好的例子是專為小型衛(wèi)星設計的看門狗，其可監(jiān)視飛行器計算機和地面基地臺間的無線電通信。如果飛行器計算機變得不響應無線電，看門狗將接收到一個命令，然后執(zhí)行并重置飛行器計算機。

技巧5—考慮外部定時重置功能

采用一個微控制器執(zhí)行看門狗，會有額外功能增加其復雜性，以及一個新軟件單元到系統(tǒng)的設計，因此，系統(tǒng)中看門狗的問題無疑是由工程師的頭腦來監(jiān)看。在看門狗自行“放大假”的情況下，其將如何恢復?

選擇之一是使用前面討論的啞巴外部看門狗定時器。智能看門狗會由啞巴看門狗的定時器，使其從被重置的狀況下生成心跳;另一個選擇是讓應用處理器的行為就像個看門狗。這里須小心思考，給予最佳的方式以確保兩個處理器如預期地保持正常狀態(tài)。

簡單設計確?？撮T狗可行性

智能看門狗的目的是監(jiān)測系統(tǒng)和主微控制器，以確保它們依預期運作。在系統(tǒng)設計中，看門狗可允許其所支持的非常多功能，開發(fā)者需要牢記，增加智能看門狗復雜度的可能性，且看門狗本身須包含潛在的故障模式和錯誤。更重要的是，看門狗的設計應保持簡單與采用最小的必要功能集，將可確保其可被徹底測試和驗證。

看門狗技術及其抗干擾措施

隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，以MCS-51單片機為核心所構成的單片機應用系統(tǒng)得到了廣泛應用，如水泥生料配料系統(tǒng)、電子皮帶秤給料控制、各種現場智能測量儀表等。但其工作現場條件惡劣，干擾多而且幅度大，嚴重影響著應用系統(tǒng)的正常運行與可靠性，甚至使應用系統(tǒng)計算機進入死循環(huán)而癱瘓，通常稱為程序“跑飛”。由此引出的計算機可靠性問題，一直是人們研究的重要課題。

采用屏蔽、濾波、退耦、隔離、接地等措施能有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力，但很難在強干擾發(fā)生時消除因程序“跑飛”而死機情況的發(fā)生。“看門狗”技術能在程序“跑飛”時實現自我診斷并使系統(tǒng)恢復運行，是單片機應用系統(tǒng)抗干擾的有力武器。當然，它是以系統(tǒng)的硬、軟件設計開發(fā)的合理和成熟為條件的，否則將掩蓋系統(tǒng)設計開發(fā)過程中的人為缺陷與不足。

“看門狗”技術及其對干擾的抑制

1、程序“跑飛”對系統(tǒng)的攻擊

(1)程序計數器PC的值被攻擊，成為一隨機拼合的數據。

(2)系統(tǒng)設置的控制字與標志參數因“跑飛”后可能被訪問而被攻擊。

(3)數據存儲器RAM內容被攻擊等。

2、 “看門狗”技術

“看門狗”源于“Watch dog、Watch dog timer”，或稱定時監(jiān)視技術，其本質是一可復位的定時器，其原理如圖1、2所示。

在程序正常運行時，計算機通過程序以周期T1向定時器發(fā)送脈沖觸發(fā)定時器(或通過軟件以T1為周期初始化定時器)，而由定時脈沖控制的定時器動作時間為T2(T3)，在T1

，CPU響應中斷轉向中斷處理程序，進而恢復系統(tǒng)。第二級“看門狗”電路只有在第一級未起作用時經過T3才起動Reset信號。

3、 “看門狗”技術的實施方法

(1)在系統(tǒng)構成時選用芯片內帶有“看門狗”電路的單片機，如ATMEL公司的89C52等。

(2)選配專門的“看門狗”電路，如美國Xicor公司的X25043/45、MAXIM公司的MAX813L等，它們均可構成獨立的“看門狗”電路。