Air201在模組內部集成了硬件看門狗，今天就一起來聊聊~

本文將帶你了解看門狗的工作原理、應用架構、定時時間設置、軟硬件看門狗的區別，以及看門狗定時器的典型應用場景及關鍵設計因素等內容。

同時通過具體示例解析，教你如何在一個簡單的LuatOS項目中集成看門狗定時器，設置適當的參數來確保系統在正常運行和故障場景下都能自動恢復。

Air201最新資料下載：

www.air201.cn

▼ 看門狗簡介 ▼

看門狗（Watch Dog Timer，WDT）——是一種監控電路，主要應用于嵌入式系統，目的是為了提高系統的可靠性和穩定性。在看門狗電路的幫助下，當系統出現異常，如程序跑飛或死循環時，能夠自動復位并重新啟動系統。

工作原理：

看門狗電路通常包括一個定時器、一個喂狗信號和一個復位（Reset）輸出。在正常的系統運行過程中，主控制器（MCU）會定期向喂狗信號發送一個脈沖，以“喂”看門狗，防止其計時到達預設值。如果MCU由于某種原因未能在規定時間內喂狗，看門狗定時器將會計滿并輸出一個復位信號，將MCU復位。

應用架構：

在實際應用中，看門狗芯片通常連接到MCU的一個GPIO端口。MCU在其正常運行期間會定期向該端口寫入一個高電平或低電平信號，以此告訴看門狗它仍然正常工作。如果MCU未能按時發出信號，看門狗將觸發復位操作。

芯片引腳功能：

某些看門狗芯片，如TPV6823具有多個引腳：包括供電引腳（VCC）、喂狗信號引腳（WDI）、復位輸出引腳（RESETn）和手動復位輸入引腳（MRn）。這些引腳提供了多種復位方式和時間設置，以適應不同的應用需求。

定時時間：

看門狗的定時時間通常需要保持在一個相對較長的周期，例如200毫秒左右。這樣的設置是為了確保在正常運行中，即使MCU由于干擾而未能及時喂狗，看門狗也不會立即復位系統，從而給MCU足夠的時間來響應和處理問題。

軟硬件看門狗的區別：

硬件看門狗利用獨立的定時器電路來實現監控功能，具有較高的可靠性。軟件看門狗則使用處理器內部的定時器或其他機制來實現，雖然在一定程度上可以簡化硬件設計，但在可靠性方面通常不如硬件看門狗。

WDT庫提供了一系列用于管理和操作看門狗定時器的API函數，開發者可以通過Air201方便地在LuatOS系統中管理看門狗定時器，從而提高設備的穩定性。

軟硬件相關準備工作及最新示例源碼下載詳見：

https://docs.openluat.com/air201/luatos/app/service/wdt/

一、看門狗示例解析

本文示例分為兩個部分：

正常運行情況和故障場景模擬。

在正常運行情況下，示例代碼會初始化看門狗庫，并設置超時時間和喂狗周期。然后，創建一個任務，該任務會定期喂狗，以防止看門狗定時器超時。如果看門狗定時器超時，系統將自動重啟。

在故障場景模擬部分，我們添加了一個新的任務fault_task，該任務進入一個死循環，不進行喂狗操作。這樣，當看門狗定時器超時后，系統將自動重啟，模擬了設備在故障場景下的自動恢復能力。

1.1 程序正常運行

1.1.1 示例代碼介紹

項目信息：

在開頭定義了項目名稱（PROJECT）和版本（VERSION），并通過日志輸出這些信息。

引入系統庫：

通過require("sys") 引入了sys庫，這是LuatOS中常用的系統庫。

任務初始化：

使用sys.taskInit函數創建一個新的任務。在任務中檢查wdt庫是否可用，如果不可用，則進入一個無限循環，每秒鐘輸出一次提示信息。

WDT配置：

初始化wdt庫，設置超時時間為9秒。設置一個定時器每3秒喂一次看門狗，確保設備在正常運行的情況下不會重啟；若發生軟件崩潰或硬件故障，最多18秒后將自動重啟設備。

運行系統：

最后通過sys.run() 啟動系統，后面不應添加任何其他語句。

1.1.2 完整代碼展示

1.1.3 運行結果展示

通過Luatools工具查看日志：

1.2 添加死循環模擬故障場景

1.2.1 示例代碼介紹

我們在原有示例代碼中創建了一個新的任務，命名為fault_task，它將進入一個死循環。由于這個新任務不會喂看門狗，設備將在超時后自動重啟。這樣，我們就可以有效地模擬看門狗的超時情況。

1.2.2 完整代碼展示

1.2.3 運行結果展示

二、看門狗的擴展

2.1 看門狗定時器的應用場景

看門狗定時器廣泛應用于各種嵌入式系統和物聯網設備中，特別是在需要高可靠性的應用場景中。

一些典型的應用場景包括：

工業控制系統：

在工業生產過程中，控制系統需要高度穩定和可靠，看門狗定時器可以確保系統在受到干擾或異常情況時能夠迅速恢復。

車載電子系統：

車載電子系統面臨著復雜的電磁環境和振動，看門狗定時器可以幫助系統在上電復位后保持穩定運行，防止因軟件或硬件故障導致的系統死機。

醫療設備：

醫療設備對穩定性和可靠性有很高的要求，看門狗定時器可以確保設備在長時間運行過程中不會因為故障而停止工作，從而保障患者的安全和設備的連續性。

通信設備：

在通信系統中，看門狗定時器可以用于監控和保護網絡設備，確保數據傳輸的穩定性和可靠性。

2.2 看門狗定時器的設計考慮因素

在設計和實現看門狗定時器時，需要考慮以下幾個關鍵因素：

超時時間：

超時時間是指看門狗定時器從開始計時到觸發復位信號的時間間隔。這個時間需要根據具體應用的需求來設定，通常需要平衡系統的穩定性和響應速度。

喂狗周期：

喂狗周期是指主控制器向看門狗芯片發送脈沖的時間間隔。喂狗周期應該設置得足夠短，以防止看門狗定時器在正常運行中誤觸發復位。

看門狗復位輸出：

看門狗定時器通常具有一個復位輸出引腳，用于向主控制器提供復位信號。在設計時，需要確保復位輸出引腳的電平和主控制器的復位輸入引腳兼容。

看門狗功耗：

在設計看門狗定時器時，需要考慮其功耗，特別是在低功耗應用中。選擇低功耗的看門狗芯片和合理的電源設計對于系統的整體功耗至關重要。

兼容性和可擴展性：

在設計看門狗定時器時，需要考慮其與其他系統的兼容性和可擴展性。確保看門狗定時器能夠與其他硬件和軟件組件無縫集成，并在未來需要時能夠輕松擴展或升級。

通過綜合考慮這些因素，開發者可以設計和實現一個穩定、可靠且高效的看門狗定時器解決方案，以確保嵌入式系統的正常運行和數據傳輸的穩定性。

三、看門狗的常見問題

3.1 看門狗定時器是如何工作的？

看門狗定時器通過主控制器定期向其發送脈沖信號來保持計時。如果主控制器在規定時間內未能發送脈沖，看門狗定時器將觸發復位信號，將主控制器復位。

3.2 如何配置看門狗定時器的超時時間和喂狗周期？

在LuatOS等嵌入式操作系統中，看門狗定時器的超時時間和喂狗周期通常通過API函數進行配置。可以根據具體應用的需求來設置合適的時間間隔。

若使用本文中所提到的watchdog操作庫，可按照以下步驟進行配置：

1）初始化看門狗：

使用wdt.init(timeout) 函數來初始化看門狗定時器，timeout參數是超時時長，單位為毫秒。

例如，如果你希望看門狗的超時時間為9000毫秒，可以這樣調用：

2）設置看門狗超時時間（可選）：

如果設備支持，可以調用：

wdt.setTimeout(timeout)

重新設置看門狗的超時時長，單位同樣為毫秒。

例如：

3）定期喂狗：

使用wdt.feed() 函數來喂狗，以重置超時計時。建議使用定時器定期調用這個函數。

例如，使用系統定時器每3000毫秒喂一次狗，可以這樣設置：

通過以上步驟，你可以成功配置看門狗定時器的超時時間和喂狗周期，確保設備不會因為未喂狗而重啟。

今天的內容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇