引 言

    軟件的可靠性一直是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。任何使用軟件的人都可能會(huì)經(jīng)歷計(jì)算機(jī)死機(jī)或程序跑飛的問(wèn)題，這種情況在嵌入式系統(tǒng)中也同樣存在。由于單片機(jī)的抗干擾能力有限，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表中，常會(huì)由于電壓不穩(wěn)、電弧干擾等造成死機(jī)。在水表、電表等無(wú)人看守的情況下，也會(huì)因系統(tǒng)遭受干擾而無(wú)法重啟。為了保證系統(tǒng)在干擾后能自動(dòng)恢復(fù)正常，看門狗定時(shí)器(watchdog timer)的利用是很有價(jià)值的。

    1 看門狗的作用

    看門狗定時(shí)器是一個(gè)計(jì)數(shù)器，基本功能是在發(fā)生軟件問(wèn)題和程序跑飛后使系統(tǒng)重新啟動(dòng)。看門狗計(jì)數(shù)器正常工作時(shí)自動(dòng)計(jì)數(shù)，程序流程定期將其復(fù)位清零，如果系統(tǒng)在某處卡死或跑飛，該定時(shí)器將溢出，并將進(jìn)入中斷。在定時(shí)器中斷中執(zhí)行一些復(fù)位操作，使系統(tǒng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，即在程序沒(méi)有正常運(yùn)行期間，如期復(fù)位看門狗以保證所選擇的定時(shí)溢出歸零，使處理器重新啟動(dòng)。

    2 看門狗問(wèn)題及相關(guān)實(shí)驗(yàn)

    現(xiàn)今市面上流行的一些單片機(jī)，多嵌有內(nèi)部wdt，如ti的msp430系列，philips的p87xxx和p89xxx系列，microchip的pic列，atmel的at89sxx系列和holtek公司的htxxx系列。但是這些內(nèi)部看門狗在工作時(shí)，多存在一定的誤差。一些工程師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于忽略了這一點(diǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)異常。msp430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器公司(ti)近幾年開(kāi)發(fā)的新一代單片機(jī)，該系列是一款16位、具有精簡(jiǎn)指令集、超低功耗的全新概念混合型單片機(jī)。在眾多單片機(jī)系列中，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開(kāi)發(fā)手段，已成為一顆耀眼的新星。其內(nèi)部自帶看門狗及復(fù)位電路，理論上如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。但在實(shí)際使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)看門狗的作用并非萬(wàn)無(wú)一失，以下實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。

    實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示。

    實(shí)驗(yàn)程序清單：

    #include

    void main(void){

    p1dir l=oxof； ／／設(shè)置p1．2～p1．o為輸出

    for(;;){

    volatile unsigned int i;

    wdtctl=wdtpw+ wdtcntcl；

    ／／復(fù)位wdt計(jì)數(shù)器

    piout==oxot； ／／p1．0～p1．2相互異或

    i=5000; ／／延時(shí)

    d0(i--);

    while(i!=o);

    }

    }

    上述實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)后，如果程序正常運(yùn)行，led會(huì)閃爍。缺省時(shí)，msp430的看門狗是允許狀態(tài)，所運(yùn)行的程序會(huì)不斷地訪問(wèn)看門狗。理論上，這個(gè)系統(tǒng)是不會(huì)發(fā)生啟動(dòng)失敗的，因?yàn)榧词箚?dòng)失敗，看門狗也應(yīng)該在數(shù)百毫秒內(nèi)啟動(dòng)，復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)�；谶@種思想，對(duì)單片機(jī)的復(fù)位進(jìn)行測(cè)試。k2斷開(kāi)，用k1連續(xù)產(chǎn)生。reset信號(hào)，測(cè)試看門狗使系統(tǒng)重啟的成功率。k2閉合，則reset端高電平，理論上k1不能有效產(chǎn)生復(fù)位脈沖，觀察看門狗是否起作用。

    3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：k2斷開(kāi)，連續(xù)開(kāi)關(guān)k1，上電重啟系統(tǒng)，平均155次失敗1次(led不閃)，即看門狗失效概率0．6%；k2閉合，連續(xù)開(kāi)關(guān)k1，平均18次失敗1次(led不閃)，且一旦失敗，將連續(xù)失敗下去，看門狗無(wú)效率占到了約5．5%。

    另外，當(dāng)采用同樣具有內(nèi)置看門狗的其他系列單片機(jī)替代實(shí)驗(yàn)中的msp430，啟動(dòng)程序段作相應(yīng)修改時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍大致相同，這說(shuō)明具有內(nèi)置看門狗的單片機(jī)面臨的問(wèn)題是相同的。經(jīng)分析可能有如下原因：

    ①由于看門狗的時(shí)鐘不獨(dú)立，計(jì)數(shù)時(shí)鐘與系統(tǒng)為同一分頻鏈路，因此看門狗不能在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)有效運(yùn)作。

    ②由于時(shí)鐘可用軟件設(shè)置，啟動(dòng)失敗時(shí)，開(kāi)機(jī)時(shí)鐘可能處于空檔，沒(méi)有時(shí)鐘看門狗不能生效。

    ③有些看門狗需要用軟件設(shè)置或啟動(dòng)，因此啟動(dòng)失敗后,初始化程序沒(méi)有激活，cpu可能跳轉(zhuǎn)到隨機(jī)代碼，使看門狗被禁止。這樣的看門狗是需要有可靠的上電復(fù)位作保證的，因此，從理論上講，原設(shè)計(jì)存在著不合理性�；谏鲜龇治�，采用片外看門狗專用芯片tps3823由獨(dú)立的分頻振蕩電路提供計(jì)數(shù)脈沖。實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示。