引 言

　　軟件的可靠性一直是一個關(guān)鍵問題,。任何使用軟件的人都可能會經(jīng)歷計(jì)算機(jī)死機(jī)或程序跑飛的問題,，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)場的儀器儀表中,，常會由于電壓不穩(wěn),、電弧干擾等造成死機(jī)。在水表,、電表等無人看守的情況下,，也會因系統(tǒng)遭受干擾而無法重啟。為了保證系統(tǒng)在干擾后能自動恢復(fù)正常,，看門狗定時器（Watchdog Timer）的利用是很有價(jià)值的,。

　　1 看門狗的作用

　　看門狗定時器是一個計(jì)數(shù)器，基本功能是在發(fā)生軟件問題和程序跑飛后使系統(tǒng)重新啟動,?？撮T狗計(jì)數(shù)器正常工作時自動計(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,，該定時器將溢出，并將進(jìn)入中斷,。在定時器中斷中執(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溢出歸零,，使處理器重新啟動。

　　2 看門狗問題及相關(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，多存在一定的誤差,。一些工程師在設(shè)計(jì)的過程中,，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)是美國德州儀器公司（TI）近幾年開發(fā)的新一代單片機(jī),，該系列是一款16位、具有精簡指令集,、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)際使用過程中,，發(fā)現(xiàn)看門狗的作用并非萬無一失,，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=0x0f; ／／設(shè)置P1．2～P1．0為輸出

　　for（;;）{

　　volatile unsigned int i;

　　WDTCTL=WDTPW+ WDTCNTCL;

　?。瘡?fù)位WDT計(jì)數(shù)器

　　PIOUT==0x0t; ／／P1．0～P1．2相互異或

　　i=5000; ／／延時

　　d0（i--）;

　　while（i！=0）;

　　}

　　}

　　上述實(shí)驗(yàn)啟動后,，如果程序正常運(yùn)行，LED會閃爍,。缺省時,，MSP430的看門狗是允許狀態(tài)，所運(yùn)行的程序會不斷地訪問看門狗,。理論上,，這個系統(tǒng)是不會發(fā)生啟動失敗的，因?yàn)榧词箚邮?，看門狗也應(yīng)該在數(shù)百毫秒內(nèi)啟動,，復(fù)位整個系統(tǒng)?；谶@種思想,，對單片機(jī)的復(fù)位進(jìn)行測試。K2斷開，用K1連續(xù)產(chǎn)生,。Reset信號,，測試看門狗使系統(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,，連續(xù)開關(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,，啟動程序段作相應(yīng)修改時,，實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍大致相同，這說明具有內(nèi)置看門狗的單片機(jī)面臨的問題是相同的,。經(jīng)分析可能有如下原因：

　?、儆捎诳撮T狗的時鐘不獨(dú)立，計(jì)數(shù)時鐘與系統(tǒng)為同一分頻鏈路,，因此看門狗不能在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時有效運(yùn)作,。

　　②由于時鐘可用軟件設(shè)置,，啟動失敗時,，開機(jī)時鐘可能處于空檔，沒有時鐘看門狗不能生效,。

　?、塾行┛撮T狗需要用軟件設(shè)置或啟動，因此啟動失敗后,，初始化程序沒有激活,，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,?；谏鲜龇治觯捎闷饪撮T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,。

　　上述電路中，TPS3823輸出定時溢出信號給Reset端,。程序段中,，CPU要不斷地通過I／O口輸出喂狗信號，使看門狗計(jì)數(shù)器清零,。在此電路中重復(fù)上述試驗(yàn)中K1,、K2的相同動作，系統(tǒng)重啟成功率達(dá)到100%,。

　　結(jié) 語

　　未來的內(nèi)置看門狗必須有獨(dú)立可靠的時鐘,。系統(tǒng)上電后，看門狗即為允許狀態(tài),，無需軟件設(shè)置,，它只能被外部硬件跳線或內(nèi)部熔絲（fuse）所禁止。目前,，如果要求設(shè)計(jì)可靠性較高的嵌入式系統(tǒng),，外置看門狗是必須考慮的。內(nèi)置看門狗的另一問題是系統(tǒng)復(fù)位后,，程序應(yīng)判斷是由Reset端正常上電復(fù)位,，還是程序跑飛看門狗所致，由此確定現(xiàn)場數(shù)據(jù)是否應(yīng)該保留,。這也是在看門狗應(yīng)用中所應(yīng)考慮的,。

　　作者：上海電機(jī)學(xué)院 章銳