嵌入式C语言--WatchDog最全概念

嵌入式C语言–WatchDog最全概念

一. 什么是Watchdog

Watchdog，又称watchdog timer，它是计算机可靠性（dependability）领域中一个极为简单同时非常有效的检测（detection）工具。
WatchDog硬件的逻辑就是，其硬件上有个记录超时功能，然后要求用户需要每隔一段时间（此时间可以根据自己需求而配置）去对其进行一定操作，比如往里面写一些固定的值，俗称“喂狗”，发现超时了，即过了这么长时间还不给狗喂食，那么偶就认为你系统是死机了，出问题了，狗狗就帮你重启系统。说白了就是弄个看家狗Dog，你要定期给它喂食，如果超时不喂食，那么狗就认为你，他的主人，你的系统，死机了，就帮你reset重启系统。
Softwere Watchdog Timeout，顾名思义就是软件超时监控狗。

1）什么是“被狗咬”

当看门狗启动后，计数器开始自动计数，经过一定时间，如果没有被复位，计数器溢出就会对CPU产生一个复位信号使系统重启。
简单理解就是当不喂狗时，狗就要来咬你了，这个时候就系统重启了。

2）什么是喂狗

系统正常运行时，需要在看门狗允许的时间间隔内对看门狗计数器清零，从而不让复位信号产生。
如果系统不出问题，程序保证按时“喂狗”，一旦程序跑飞，没有“喂狗”，系统“被咬”复位。
这就好比你的身边有一只时刻饥饿的狗，你不按时给它肉吃，它就会吃你的肉，被狗咬…然后挂了，投胎转世，彻底重新做人。

二. 基本思想

WatchDog的基本思想是针对被监视的目标设置一个计数器和一个阈值，WatchDog会自己增加计数值，并等待被监视的目标周期性地重置计数值。一旦目标发生错误，没来得及重置计数值，watchdog会检测到计数值溢出，并采取恢复措施（通常情况下是重启）。
总结一下就是计数——溢出——触发。
一个正常运行的系统，它的执行流应该是可预测的，因此可以在它正常执行路径上设置一些周期性重置watchdog的点；但如果系统发生故障，它可能执行不到下一个重置watchdog的点，此时故障将被watchdog捕捉到。看到这儿，您应该知道watchdog对于检测死循环或死锁这类故障非常有效。

三. 作用

watchdog 一般是一个硬件模块（也可以软件实现），其作用是在嵌入式操作系统中，很多应用情况是系统长期运行且无人看守，所以难免或者怕万一出现系统死机，那就狗屁了，这时，watchdog就会自动帮你重启系统来完成初始化。
它的工作方式是事件触发的，它可以对任何合理的事件计数（如CPU指令）。其中时间事件（timeout）最常使用，这也是为什么watchdog又叫做watchdog timer。Watchdog系统起到非常重要的作用，相当于系统警察，当系统发生严重错误（如程序进入死循环等）不能恢复的时候，WatchDog能够让系统重启。WatchDog的应用主要是在嵌入式操作系统中，避免了系统在无人干预时长时间挂起的情况。
总结：保证系统在出现不可恢复错误时，能够自动让系统重启。

四. 监视目标

Watchdog是一种检测手段，它监视的目标可以是一个进程也可以是整个操作系统。

1) 监视一个进程

如果监视目标只是一个进程，那么利用操作系统提供的定时功能即可实现一个Watchdog。

2）监视一个操作系统

如果要监视操作系统，就得使用操作系统之外的工具，通常是一个附加的计数器。现代Intel CPU都包含的performance counter也可以提供这样的功能，从而不需要额外的设备就能实现监视操作系统的watchdog。

五. 系统初始化时关闭watchdog的原因

如果不禁用watchdog，那么就要单独写程序去定期“喂狗”。bootloader的作用是初始化必要的硬件资源和系统资源，保证产品软件能够正常启动。bootloader不必长期留在内存中，所以用不到这个watchdog的机制。

六. WATCHDOG模块

在比较高档的嵌入式硬件都有一个WATCHDOG模块。如果在MCUMPU是没有集成WATCHDOG，一般会在此嵌入式系统中加一个专门的WATCHDOG芯片来实现WATCHDOG机制。
此模块主要的功能包括:

1. 提供WATCHDOG控制寄存器和配置寄存器，供软件开发人员根据系统需要进行灵活配置。
2. 提供一接口，使应用软件能够定时给WATCHDOG“喂狗”。
3. 提供WATCHDOG机制，当系统进入不可恢复错误时，能产生一个不可屏蔽中断来通知系统自动重启(一般这样，也有改变为其他处理方式的)，只有相应的复位信号才能清除它。

七. WatchDog总结

1. 看门狗 （Watch Dog）在嵌入式系统中很常见，常用于保证系统的可靠性。看门狗有软件与硬件两种，有的MCU，本身有看门狗定时器，可以借助【外部独立的看门狗芯片】，实现程序【监控】功能。
2. 看门狗是一个独立的【定时器模块】，有独立的定时器控制器，程序可以设置定时器的超时时间，时间到了，会进入看门狗定时器中断，并触发系统【复位】
3. 当系统异常，如程序跑飞后，由于无法确保按时【喂狗】，也就是不能及时的【重置看门狗定时器】，造成看门狗超时，触发系统【复位】而重新运行程序
4. 使用看门狗完成重启能够解决大部分的嵌入式系统的问题。因为出现错误重启系统，能够解决大部分的问题。