什么是看门狗定时器，以及看门狗定时器的应用

看门狗定时器通常被认为是不必要的或过多的。然而，将两者等同起来，会对监管机构造成极大伤害。，看门狗添加了关键的监控功能，允许我们在内部和外部监控系统故障并在发生故障时采取行动。

什么是看门狗定时器？

简单地说，看门狗定时器是一种设备，如果它在特定时间范围内没有从处理器接收到周期性脉冲信号，它就会断言复位输出。一种实现方式是通过处理器的数字信号输出 (GPIO) 馈入外部看门狗定时器的看门狗输入 (WDI)，如图 1 所示。TPS3851 是具有集成看门狗定时器的监控器。这使得它既可以监控微控制器的电源轨，又可以以外部方式监控从 MCU 发出的数字脉冲。

图 1：TPS3851提供的看门狗监控

处理器周期性地向看门狗定时器发送一个脉冲，以指示系统软件运行正常。如果看门狗定时器在指定的时间范围内（称为看门狗超时）未收到该脉冲，则看门狗定时器将置位复位输出。此重置输出可用于通知系统处理器已挂起或冻结，或重置处理器本身。图 2 说明了在看门狗超时内接收到的脉冲和在看门狗超时到期后接收到的脉冲。

图 2：标准看门狗定时器的操作

为什么看门狗定时器如此重要？

看门狗定时器提供了一种方法来警告系统或重置其软件遇到冻结或挂起的处理器。虽然没有人故意将软件设计为冻结，但优秀的系统设计人员无论如何都会为失败做好准备——因为为意外做好准备总是更好。如果没有这种监控，处理器可能会无限期地保持冻结状态并导致进一步的系统故障。具有可调超时间隔的外部看门狗定时器（例如TPS3851）可以在短短几毫秒内识别这些软件冻结并适当地重置系统或处理器。此功能在嵌入式或远程系统中尤其必要，在这些系统中手动重置系统是不切实际的，甚至是不可能的。

如何在嵌入式系统中实现看门狗定时器？

有两种实现看门狗定时器的主要方法：

· 使用具有集成看门狗功能的处理器。许多微控制器（例如MSP430F5529系列）都集成了看门狗功能。这是很有价值的，因为它非常容易实现并且不需要其他 IC。然而，它有一个主要警告：集成看门狗可能并不总是按预期工作，因为导致 MCU 故障的代码问题也可能无意中禁用看门狗定时器。同样，软件的编写方式使得内部看门狗应该能够检测到任何冻结或挂起。但是，采取额外的步骤以冗余方式监视看门狗输入有助于解决代码中无法预见的错误。

· 使用带有看门狗定时器的电压监控器。具有看门狗定时器功能的监控器（例如TPS3851或TPS3110）允许我们以外部冗余方式监视电源电压和看门狗信号。如果处理器的内部看门狗未能检测到错误或丢失的脉冲，外部看门狗定时器将增加一个否则无法实现的检测级别。

原则上，看门狗定时器的功能并不过分复杂。然而，它在保持系统可靠性方面的重要性怎么强调都不为过。如果在发生故障时人为启动的系统重置不可能或非常困难，则尤其如此。

为什么要在应用程序中使用看门狗定时器？

看门狗定时器适用于各种应用，从无人机和电网计量到电机控制等等。对于所有这些不同的应用，看门狗定时器提供了相同的基本功能：监控处理器的错误操作并发出相应的信号。

但是，这种监视的效用可能因应用程序类型而异。例如，期望有人手动重置无人机，当无人机在空中数百英尺时其处理器挂断，这是不切实际的。在智能电表中，同样的问题可能会导致设备无法读取或记录信息。远程位置的仪表和传感器也可能遇到软件故障，导致系统无法读取和记录信息，也没有人手动重置它。控制电机和其他机械部件的系统中的代码故障尤其令人担忧，因为这些系统的错误操作可能对操作员和附近人员造成人身伤害。幸运的是，使用看门狗定时器可以增加冗余以捕获这些错误并有助于防止这些问题的发生。

窗口看门狗定时器如何工作？

窗口看门狗定时器，如图 1 所示，是一种特殊类型的看门狗定时器，它不仅监视来自处理器的信号是否在看门狗超时结束（即看门狗上限）之前发送失败，而且还监视处理器是否发送看门狗看门狗超时窗口开始前的输入 (WDI) 信号（即看门狗下边界）。此功能如图 2 所示。

图 1：监控微控制器的窗口看门狗定时器 ( TPS3850 )

图 2：窗口看门狗功能

这与标准看门狗定时器不同，后者只检查脉冲是否在超时结束之前到来。能够监控早期的 WDI 信号很有用，因为它可以检测和停止不受欢迎的超频。

有哪些额外的看门狗定时器功能？

窗口看门狗定时器只是看门狗定时器中的一种附加功能。几个附加功能可以确保系统的稳健性和功能性：

· 可调看门狗超时——不同的系统和应用程序需要不同的 WDI 信号超时时间。外部电容器和 SET 引脚可用于在几毫秒到一分钟以上的任何时间调整看门狗超时。

· 看门狗定时器禁用功能- 可以使用设备上的引脚禁用某些看门狗定时器。当您不想重置处理器时，此功能在系统初始化和调试期间很有用。

TI 的TPS3850、TPS3851和TPS3852系列器件提供常规和窗口看门狗选项，并包含下面图 3 中描述的所有功能。

表 1：TI 的TPS3850系列