ZLG嵌入式筆記(連載30) | 看門狗，你真的會用嗎？

03/12 16:20 作者：ZLG致遠電子公眾號

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在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，看門狗是一種重要的機制，用于在程序異常時自動重啟系統(tǒng)，保障其穩(wěn)定性。本文將深入探討看門狗及其在程序穩(wěn)定性中的作用，幫助您更好地理解和應(yīng)用看門狗技術(shù)。

? 看門狗

首先需要明確一點：看門狗并不能直接提升程序本身的穩(wěn)定性和可靠性。它僅能在程序運行出現(xiàn)異常時，通過重啟應(yīng)用或系統(tǒng)來恢復功能。程序的穩(wěn)定性和可靠性，從根本上來說，取決于編程過程中的規(guī)范性和嚴謹程度。

看門狗主要分為硬件看門狗和軟件看門狗，二者在實現(xiàn)方式和使用場景上存在顯著差異。

1.?硬件看門狗

硬件看門狗的核心是一個定時電路，由被監(jiān)控的CPU提供周期性的“清狗”信號，即“喂狗”，以清零定時器。在CPU正常工作時，能夠定時“喂狗”，因此看門狗內(nèi)的定時器不會溢出。一旦CPU出現(xiàn)故障，無法繼續(xù)提供“喂狗”信號，看門狗內(nèi)的定時器就會溢出，觸發(fā)復位信號，導致CPU重啟，俗稱“被狗咬”。硬件看門狗又可分為兩種類型：1.1 外部獨立硬件看門狗這種看門狗獨立于MCU/MPU之外，無需驅(qū)動程序支持，只需在規(guī)定時間內(nèi)為喂狗引腳提供一個電平變化即可，通常通過GPIO實現(xiàn)電平切換。其喂狗時間不可設(shè)置，一旦硬件連接完成，就無法關(guān)閉，除非斷開硬件連接。這種看門狗具有極高的可靠性，適用于對產(chǎn)品可靠性要求極高的場合。不過，由于它是獨立的硬件設(shè)備，因此會增加一定的硬件成本。

外部獨立硬件看門狗，主要用于解決惡劣外部環(huán)境導致系統(tǒng)死機且無法人工干預的問題，也能應(yīng)對硬件故障引發(fā)的系統(tǒng)死機重啟需求。

1.2 內(nèi)置硬件看門狗內(nèi)置硬件看門狗是利用處理器內(nèi)部的定時器實現(xiàn)定時操作。它需要在系統(tǒng)中編寫驅(qū)動程序，初始化定時器并實現(xiàn)喂狗操作，甚至可以調(diào)整定時器的參數(shù)。這種看門狗的喂狗時間可調(diào)，還可以通過特殊指令關(guān)閉，成本較低。然而，在處理器死機的情況下，它可能會失效，因此適用于對硬件可靠性要求不是特別嚴格的場合。

內(nèi)置硬件看門狗，系統(tǒng)驅(qū)動+應(yīng)用程序喂狗，主要用于解決應(yīng)用程序問題引起的復位重啟，也能應(yīng)對部分外部環(huán)境導致的復位重啟。

2. 軟件看門狗

軟件看門狗的原理與硬件看門狗類似，只是將硬件電路上的定時器替換為處理器的內(nèi)部定時器。這種方式可以簡化硬件電路設(shè)計，但在可靠性方面不如硬件定時器。例如，如果系統(tǒng)內(nèi)部定時器自身發(fā)生故障，就無法檢測到問題。雖然可以通過雙定時器相互監(jiān)視來提高可靠性，但這不僅會增加系統(tǒng)開銷，也無法解決所有問題，比如中斷系統(tǒng)故障導致定時器中斷失效。

軟件看門狗，系統(tǒng)驅(qū)動+應(yīng)用程序喂狗，主要用于監(jiān)控應(yīng)用程序死機問題。

? 看門狗的正確使用

看門狗本身并不是用來解決系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的故障，應(yīng)該通過排查設(shè)計本身的錯誤來解決。加入看門狗的目的是應(yīng)對程序潛在錯誤和惡劣環(huán)境干擾等因素導致的系統(tǒng)死機，在無人干預的情況下自動恢復系統(tǒng)正常工作狀態(tài)。然而，看門狗也不能完全避免故障造成的損失。畢竟從發(fā)現(xiàn)故障到系統(tǒng)復位恢復正常這段時間內(nèi)，系統(tǒng)會處于停滯狀態(tài)。此外，一些系統(tǒng)還需要在復位前保護現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并在重啟后恢復現(xiàn)場數(shù)據(jù)，這可能需要額外的軟硬件開銷。