[導讀] 單片機程序?qū)懤泵炊啵?a href="/tags/看門狗" target="_blank">看門狗狗天天見，你的狗狗養(yǎng)的對么？不停的喂狗，只要狗不叫就完了嘛？真是這樣么？事實上可能不是你想的辣么簡單.....

啥叫看門狗？

看門狗也稱為看門狗定時器，本質(zhì)上是一種定時電路或者軟件定時器機制。

工作原理：

看門狗的硬件基礎是一個計數(shù)器，該計數(shù)器被設置為某個定時初值，然后遞減至零。軟件負責經(jīng)常將計數(shù)重置為其定時初值，以確保計數(shù)永遠不會達到零。如果確實達到零，則意味著某種故障發(fā)生，該采取對應措施應對，或重啟或進入失效安全狀態(tài)，具體取決于系統(tǒng)的設計。

正常工作時，單片機、處理器或者線程，周期性重置看門狗定時器的定時值，定時器則在后臺不斷的計數(shù)，如果定時時間到了且沒有再次喂狗，則狗叫，意味著一些不尋常的事情發(fā)生了！此時，狗狗對外發(fā)出指令，執(zhí)行相應的動作。這里所謂的動作究竟是什么？取決于實際系統(tǒng)的設計。常見的看門狗芯片則會發(fā)出復位信號給單片機或者處理，對于軟件定時器而言，具體會有何種動作，則靈活多變，具體取決于采用何種安全策略。

通俗講也稱為喂狗，這個定時值相當于狗糧，狗狗吃飽了，胃里不斷消耗狗糧，如果在消耗完之前沒有在喂狗糧，再狗狗餓得直叫喚，發(fā)出預警消息。反言之，一個一直正常工作的系統(tǒng)，其看門狗總是被喂養(yǎng)的很好，不會餓了狂叫。

注：看到有文章把重置看門狗定時器叫踢狗(kick watchdog)，嗯嗯，這不太好，要對狗狗好一點，不要踢，叫喂吧～～～

看門狗機制在電子系統(tǒng)中作用非常之重要，這里舉個極端的栗子，火星車如果程序掛了，就相當于失聯(lián)，如果沒有看門狗電路。你想象一下是什么場景，無法通訊無法喚醒，秒變太空垃圾～～～

能看住哪些錯誤呢？

• ?；蚨岩绯觯绦蚺茱w
• 某段程序異常無法返回或陷入死循環(huán)
• 強電磁干擾破壞數(shù)據(jù)導致系統(tǒng)異常，這你或許不好理解，你就想象一下軍事領域，或者航空航天領域很多電子系統(tǒng)，常工作在強電磁干擾環(huán)境中
• bug導致的系統(tǒng)宕機
• 多任務系統(tǒng)中死鎖
• ......

原因萬萬千，憋慌！你還有個好狗狗在幫你，讓看門狗來收拾殘局吧。在一個復雜的嵌入式系統(tǒng)中，不可能保證沒有bug，但是通過使用看門狗，您可以保證沒有任何bug會無限期地掛起系統(tǒng)。

狗叫后該咋整？

常見的處理策略有哪些呢？

• 系統(tǒng)復位，大多數(shù)人都有的體驗，系統(tǒng)掛了咋整，重啟。不由想起了劉歡的<<從頭再來>>，人生如能重啟該多好，然而并不能！有興趣的聽聽～～～
• 失效安全，老外常叫fail-safe 模式。就是設備即使出現(xiàn)致命故障了，也別造成安全事故。粗魯點說，就是掛了，也不要影響他人。不易理解，舉個例子，一個正在下降的電梯，加入看門狗檢測到程序異常了，安全的做法是趕緊停止電機轉(zhuǎn)動，否則自由落體，就要涼涼啦。這在IEC61508 功能安全標準，或者醫(yī)療安全標準、汽車安全標準中都有體現(xiàn)。
• 這里描述一種推薦做法，芯片復位后，利用芯片復位狀態(tài)寄存器值，對看門狗復位事件計數(shù)，事不過三，如果連續(xù)三次此類復位，則保守做法就是將系統(tǒng)切換到安全狀態(tài)或顯示錯誤消息，這樣可以避免無限重新啟動。怎么做呢？以IAR為例，可以定義一個變量不讓系統(tǒng)自動初始化（如IAR中叫, __no_init)，實現(xiàn)計數(shù)，復位后其值仍然保存，除非斷電。__no_init int wdtResetCounter;
  
• ....取決于具體的設計策略

如果我們希望系統(tǒng)快速恢復，應該采用看門狗復位后的初始化比正常加電初始化短的策略。也就是說跳過設備的一些自檢。當然，在某些系統(tǒng)中最好進行全面自檢，因為看門狗超時的根本原因可能是通過此類硬件異常導致的。

具體咋喂狗呢？

對于裸機程序而言，我推薦了下面兩種處理策略：故障檢測式喂狗，故障檢測加強式喂狗。

故障檢測式喂狗

對于一個裸奔單片機程序而言，可以在喂狗時同時檢測一些關鍵的運行時狀態(tài)，比如棧深度、緩沖區(qū)、關鍵功能鏈的硬件（如傳感器、執(zhí)行機構等）,如這些狀態(tài)異常，則記錄錯誤狀態(tài)，將設備至于功能安全狀態(tài)。

故障檢測加強式喂狗

啥叫序列檢測式喂狗呢？IEC-61508中有種范式叫sequence check,有點邪乎？

將是將main函數(shù)的主體關鍵功能塊，設置一個序列標記，如果如果序列出錯就做安全故障處理，正確則繼續(xù)下一塊的執(zhí)行。在喂狗的時候，看下序列是否正確，正確就喂，否則就做錯誤處理，或者干脆讓狗叫也是一種方式。

對于多任務實時系統(tǒng)而言，有這樣一些不一樣的需求：

• 檢測操作系統(tǒng)是否正確運行
• 在所有任務中檢測是否有死循環(huán)
• 檢測涉及兩個或多個任務的死鎖
• 檢測由于高優(yōu)先級任務占用CPU而導致某些低優(yōu)先級任務無法運行
• ....

母狗帶群仔喂狗法

取這個名字有點俗了，哈哈哈。為了方便理解，就這么叫吧~

實現(xiàn)策略描述：

watchdogTask可看成狗窩，里面住了一群狗，其中硬件看門狗是母狗，子任務軟件看門狗為小狗仔。每個子任務需要在每一個loop循環(huán)喂一次狗（當然實際實現(xiàn)時也可以加入任務故障檢測式喂狗），在watchdogTask每一個循環(huán)都對所有軟件看門狗遞減，如果溢出則軟狗叫了，需要做異常處理（復位或進入失效安全模式）。如果所有的軟件狗都沒有溢出，則喂硬件看門狗（可能是單片機內(nèi)置或外置芯片）

實際實現(xiàn)時須注意：

• watchdogTask應選取最高優(yōu)先級
• 每個loop應調(diào)用os_delay一定時間，以出讓CPU時間給其他task運行。掛起的時間應小于最大硬件看門狗延時時間。
• 須合理安排各任務的優(yōu)先級
• 嚴禁在中斷處理中以及其他函數(shù)中私自喂狗。

狗多久叫合理呢?

過短之痛

看門狗定時器定時時間設置過短，則系統(tǒng)容易誤判，可能會導致頻繁復位或進入失效安全模式。因為任何一條安全鏈的好壞取決于它最薄弱的一環(huán)，如果選擇一個太短的超時間隔。固件的循環(huán)時間是動態(tài)的，尤其外部的異步事件比較多，或者有中斷嵌套的情況，則波動會比較大，所以需要考慮最壞情況，系統(tǒng)循環(huán)一次要多久。

過長之害

一種方法是選擇一個幾秒鐘長的間隔。當您僅嘗試復位一個確實掛起的系統(tǒng)，但不希望對系統(tǒng)的時間進行詳細研究時，可以采用此策略。這是一個健壯的方法。但有些系統(tǒng)需要快速恢復，這就造成故障診斷過慢的危害了，尤其在一些對安全要求極高的場合，比如核電系統(tǒng)，汽車電子系統(tǒng)、醫(yī)療器械系統(tǒng)等等。

所以實際設計時需要兼顧最壞情況下，盡量選擇相對較短的定時時長，在兩者中尋找一個平衡。

總結一下

對于單片機編程而言，其實對嵌入式Linux甚至在數(shù)據(jù)庫中，看門狗策略都有大量的應用，如何合理的使用看門狗，對于設計一個健壯的電子系統(tǒng)而言是非常重要的一個話題。

本文授權轉(zhuǎn)載自公眾號“嵌入式客棧”，作者逸珺

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