摘要：本文對內(nèi)部（集成在處理器內(nèi)部）看門狗定時器（WTD）與外部（基于硬件） WDT的優(yōu)勢和劣勢進(jìn)行了對比。內(nèi)部看門狗便于設(shè)計，但容易失效。MAXQ2000微控制器的WDT可以作為內(nèi)部看門狗的一個例子?；谟布目撮T狗定時器需要占用額外的電路板空間，但在對于可靠性要求較高的設(shè)計中確實*的。本文給出了一個對照表，總結(jié)了每種WDT方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

引言

看門狗定時器（WDT）在出現(xiàn)無效的軟件運(yùn)行狀態(tài)時用來強(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具體應(yīng)用選擇*定時器的考慮。

WDT的典型應(yīng)用

防止微處理器閉鎖是WDT的一個典型應(yīng)用，通常，嵌入式軟件有一個“主循環(huán)”程序，用其調(diào)用子程序以實現(xiàn)不同的任務(wù)。每次程序循環(huán)對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，看門狗定時器則發(fā)生超時，對器件進(jìn)行復(fù)位。

具有WDT功能的系統(tǒng)非常適合檢測誤碼，中斷（包括存儲器故障，EMI對存儲器或接口放電）可能導(dǎo)致臨時性的誤碼。這些誤碼會導(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，微處理器將會執(zhí)行錯誤的代碼。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)行這種錯誤代碼時，將造成程序運(yùn)行不正常，無法提供看門狗清零信號，從而導(dǎo)致處理器復(fù)位。合理的系統(tǒng)設(shè)計能夠在復(fù)位后恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

需要注意的是，WDT不能檢測瞬態(tài)故障，按照定義，只有在WDT計數(shù)器達(dá)到預(yù)定的時間間隔時才會復(fù)位處理器。正是這一原因，需要選擇一個zui短超時周期，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；也可以是一個獨(dú)立的IC （外部WDT），或作為支持ASIC的一部分。無論是內(nèi)部WDT，還是外部WDT，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。內(nèi)部定時器有助于節(jié)省成本，但容易受程序運(yùn)行失效的影響。相對成本較高的外部WDT具有一個獨(dú)立的時鐘源，能夠提供更高的可靠性；經(jīng)過適當(dāng)配置，外部WDT不會受程序失效的影響。

WDT的基本原理

WDT的核心電路是計數(shù)寄存器，時鐘源連續(xù)遞增計數(shù)寄存器的值，計數(shù)器發(fā)生溢出時，看門狗邏輯電路強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。為防止復(fù)位，必須周期性地將計數(shù)寄存器清零，稱其為“喂狗”。外部WDT IC具有一個數(shù)字輸入引腳，該引腳從低到高或從高到低的跳變將計數(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)字信號跳變，確保計數(shù)寄存器不會發(fā)生溢出。但當(dāng)程序進(jìn)入一個無限循環(huán)或出現(xiàn)“死機(jī)”時，將無法清零計數(shù)寄存器。發(fā)生這種情況時，看門狗將觸發(fā)一次復(fù)位。WDT周期是計數(shù)器溢出的時間，為避免復(fù)位，必須在短于超時周期的時間內(nèi)清零看門狗定時器。

有些WDT在基本計數(shù)寄存器架構(gòu)的基礎(chǔ)上增添了更多功能，例如：“窗檢測”WDT或“zui小/zui大"超時WDT，這一功能會在發(fā)生過慢或過快的看門狗定清零時產(chǎn)生復(fù)位。如果在計數(shù)寄存器的數(shù)值低于某個門*出現(xiàn)寄存器清零信號，器件將觸發(fā)復(fù)位。簡單地說，是在發(fā)生看門狗清零過快時觸發(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)部的看門狗定時器

本文無法在有限的篇幅內(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)行說明。該定時器比上述基本的計數(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，MAXQ2000''的WDT溢出，由此觸發(fā)中斷，經(jīng)過512個系統(tǒng)時鐘周期后自行復(fù)位。中斷為保存調(diào)試信息提供了“zui后一次機(jī)會”，大多數(shù)設(shè)計人員認(rèn)為這一機(jī)會對于電路開發(fā)及故障排查至關(guān)重要。除了存儲調(diào)試信息外，中斷還用于從故障狀態(tài)下恢復(fù)工作，清除看門狗計數(shù)器。后者會對系統(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)行失效時會禁止看門狗，導(dǎo)致系統(tǒng)的進(jìn)一步混亂。

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

看門狗定時器IC

的、外部WDT IC能夠提供多項功能選擇，許多廠商都可提供這種器件。有些器件，例如; MAX6752，具有“窗檢測看門狗”功能。MAX6752還可通過外部電容調(diào)節(jié)看門狗的超時周期和復(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器工作，防止復(fù)位。它通常連接到微處理器的一個邏輯引腳，這種方式對可靠性構(gòu)成一定的威脅，因為在程序運(yùn)行失效時可能會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）禁止看門狗功能。MAX6369在復(fù)位后提供了一個額外的長周期看門狗超時?？撮T狗*次清零后恢復(fù)到常規(guī)超時周期。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。

外部看門狗定時器還可以監(jiān)測VCC電源，在電壓跌落到的門限以下時觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位。有些定時器還提供了具有去抖動電路和ESD保護(hù)的手動復(fù)位輸入。這種IC內(nèi)部的電壓檢測器能夠在整個工作溫度范圍內(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)勢和劣勢，采用外部看門狗定時器IC相對成本較高，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），會影響內(nèi)部看門狗定時器的可靠性。集成在微處理器內(nèi)部的看門狗定時器比較適合對可靠性要求不高的應(yīng)用，好處是能夠降低成本。