設計智能看門狗系統時的5個秘訣
發布時間：2015-7-21 10:52
發布者：designapp
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從系統或軟件故障中恢復是一件不容易的任務；要讓該故障不復存在更是困難，即使故障已可被辨識和修復。不過，外部看門狗(Watchdog)可幫助系統針對故障迅速做出反應。 外部看門狗是嵌入式系統工程師工具箱里重要且關鍵的工具，然而為了捕捉到故障，且預防故障的發生，看們狗必須設計得當。 因此設計一個看門狗系統時應考慮以下5個秘訣。 技巧1—監測心跳 一個外部看門狗須具備的最簡單功能是監測由主應用處理器產生的一個定期“心跳(Heartbeat)”信號，以及在心跳異常時發出一個錯誤信號。心跳監測可做為兩種不同的用途：首先，在經過已在軟件執行的功能檢查之后，微控制器(MCU)應該只是生成心跳，以確保軟件的正常工作。第二，如果系統的實時響應已受到損害，心跳應該要能顯示出來。 為軟件功能和實時響應監測心跳，可透過一個使用簡單，“啞巴(Dumb)”的外部看門狗。外部看門狗應該有沿著一個心跳必須出現的窗口的能力調派一個心跳周期，心跳窗口的作用是當系統的實時響應受到損害時，允許看門狗進行檢測。而在該功能或實時檢查失敗的情況下，看門狗會試圖透過應用處理器的重置來恢復系統。 技巧2—采用一個低效能MCU 簡易基于定時器的外部看門狗可在相對低成本的狀況下監控心跳，但這會嚴重限制看門狗系統的能力和恢復的可能性。其實，低效能微控制器就可以做為外部看門狗的定時器，所以何不為看門狗增添一些智能且采用微控制器呢？微控制器的固件(Firmware)可被開發用來滿足增加許多功能的心跳監測窗口所需。 一個“聰明”的看門狗有時被稱為監督者或安全看門狗，且已在不同的產業，如汽車領域實際使用了許多年；另外，通�；谖⒖刂破鞯目撮T狗以被主要用于安全關鍵應用。目前開發工具已相當可用且硬件成本也低，這樣的設計具成本效益，且在其他的應用中亦是如此。 技巧3—監督關鍵的系統功能 使用一個小微控制器作為看門狗的決定，可開啟看門狗該如何使用的無限可能。其中可賦予智能看門狗的第一個角色通常是監督的重要系統功能，如系統電流或傳感器狀態�？撮T狗如何能監督電流的一個例子是，采取一個電流的獨立測量，并提供監測值給應用處理器，之后，應用處理器可比較看門狗與自身讀取到的數值。若是兩者之間有分歧，則系統將執行故障樹(Fault Tree)此一被應用程序視為適當的方式。 技巧4—觀察一個信道 有時嵌入式系統可像個看門狗且應用處理器也可以如期工作，但外部的檢查員是處于非響應的狀態。在這樣的狀態下，綁定智能看門狗到一個信道如通用異步收發器(UART)是可行的。當看門狗被連接到信道時，不僅可以監控通道流量，還可以接收對看門狗而言的特定指令。 在這方面一個很好的例子是專為小型衛星設計的看門狗，其可監視飛行器計算機和地面基地臺間的無線電通信。如果飛行器計算機變得不響應無線電，看門狗將接收到一個命令，然后執行并重置飛行器計算機。 技巧5—考慮外部定時重置功能 采用一個微控制器執行看門狗，會有額外功能增加其復雜性，以及一個新軟件單元到系統的設計，因此，系統中看門狗的問題無疑是由工程師的頭腦來監看。在看門狗自行“放大假”的情況下，其將如何恢復？ 選擇之一是使用前面討論的啞巴外部看門狗定時器。智能看門狗會由啞巴看門狗的定時器，使其從被重置的狀況下生成心跳；另一個選擇是讓應用處理器的行為就像個看門狗。這里須小心思考，給予最佳的方式以確保兩個處理器如預期地保持正常狀態。 簡單設計確�？撮T狗可行性 智能看門狗的目的是監測系統和主微控制器，以確保它們依預期運作。在系統設計中，看門狗可允許其所支持的非常多功能，開發者需要牢記，增加智能看門狗復雜度的可能性，且看門狗本身須包含潛在的故障模式和錯誤。更重要的是，看門狗的設計應保持簡單與采用最小的必要功能集，將可確保其可被徹底測試和驗證。 |
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