嵌入式C語言–WatchDog最全概念

一. 什么是Watchdog

Watchdog，又稱watchdog timer，它是計算機可靠性（dependability）領域中一個極為簡單同時非常有效的檢測（detection）工具。
WatchDog硬件的邏輯就是，其硬件上有個記錄超時功能，然后要求用戶需要每隔一段時間（此時間可以根據(jù)自己需求而配置）去對其進行一定操作，比如往里面寫一些固定的值，俗稱“喂狗”，發(fā)現(xiàn)超時了，即過了這么長時間還不給狗喂食，那么偶就認為你系統(tǒng)是死機了，出問題了，狗狗就幫你重啟系統(tǒng)。說白了就是弄個看家狗Dog，你要定期給它喂食，如果超時不喂食，那么狗就認為你，他的主人，你的系統(tǒng)，死機了，就幫你reset重啟系統(tǒng)。
Softwere Watchdog Timeout，顧名思義就是軟件超時監(jiān)控狗。

1）什么是“被狗咬”

當看門狗啟動后，計數(shù)器開始自動計數(shù)，經(jīng)過一定時間，如果沒有被復位，計數(shù)器溢出就會對CPU產(chǎn)生一個復位信號使系統(tǒng)重啟。
簡單理解就是當不喂狗時，狗就要來咬你了，這個時候就系統(tǒng)重啟了。

2）什么是喂狗

系統(tǒng)正常運行時，需要在看門狗允許的時間間隔內(nèi)對看門狗計數(shù)器清零，從而不讓復位信號產(chǎn)生。
如果系統(tǒng)不出問題，程序保證按時“喂狗”，一旦程序跑飛，沒有“喂狗”，系統(tǒng)“被咬”復位。
這就好比你的身邊有一只時刻饑餓的狗，你不按時給它肉吃，它就會吃你的肉，被狗咬…然后掛了，投胎轉世，徹底重新做人。

二. 基本思想

WatchDog的基本思想是針對被監(jiān)視的目標設置一個計數(shù)器和一個閾值，WatchDog會自己增加計數(shù)值，并等待被監(jiān)視的目標周期性地重置計數(shù)值。一旦目標發(fā)生錯誤，沒來得及重置計數(shù)值，watchdog會檢測到計數(shù)值溢出，并采取恢復措施（通常情況下是重啟）。
總結一下就是計數(shù)——溢出——觸發(fā)。
一個正常運行的系統(tǒng)，它的執(zhí)行流應該是可預測的，因此可以在它正常執(zhí)行路徑上設置一些周期性重置watchdog的點；但如果系統(tǒng)發(fā)生故障，它可能執(zhí)行不到下一個重置watchdog的點，此時故障將被watchdog捕捉到?？吹竭@兒，您應該知道watchdog對于檢測死循環(huán)或死鎖這類故障非常有效。

三. 作用

watchdog 一般是一個硬件模塊（也可以軟件實現(xiàn)），其作用是在嵌入式操作系統(tǒng)中，很多應用情況是系統(tǒng)長期運行且無人看守，所以難免或者怕萬一出現(xiàn)系統(tǒng)死機，那就狗屁了，這時，watchdog就會自動幫你重啟系統(tǒng)來完成初始化。
它的工作方式是事件觸發(fā)的，它可以對任何合理的事件計數(shù)（如CPU指令）。其中時間事件（timeout）最常使用，這也是為什么watchdog又叫做watchdog timer。Watchdog系統(tǒng)起到非常重要的作用，相當于系統(tǒng)警察，當系統(tǒng)發(fā)生嚴重錯誤（如程序進入死循環(huán)等）不能恢復的時候，WatchDog能夠讓系統(tǒng)重啟。WatchDog的應用主要是在嵌入式操作系統(tǒng)中，避免了系統(tǒng)在無人干預時長時間掛起的情況。
總結：保證系統(tǒng)在出現(xiàn)不可恢復錯誤時，能夠自動讓系統(tǒng)重啟。

四. 監(jiān)視目標

Watchdog是一種檢測手段，它監(jiān)視的目標可以是一個進程也可以是整個操作系統(tǒng)。

1) 監(jiān)視一個進程

如果監(jiān)視目標只是一個進程，那么利用操作系統(tǒng)提供的定時功能即可實現(xiàn)一個Watchdog。

2）監(jiān)視一個操作系統(tǒng)

如果要監(jiān)視操作系統(tǒng)，就得使用操作系統(tǒng)之外的工具，通常是一個附加的計數(shù)器。現(xiàn)代Intel CPU都包含的performance counter也可以提供這樣的功能，從而不需要額外的設備就能實現(xiàn)監(jiān)視操作系統(tǒng)的watchdog。

五. 系統(tǒng)初始化時關閉watchdog的原因

如果不禁用watchdog，那么就要單獨寫程序去定期“喂狗”。bootloader的作用是初始化必要的硬件資源和系統(tǒng)資源，保證產(chǎn)品軟件能夠正常啟動。bootloader不必長期留在內(nèi)存中，所以用不到這個watchdog的機制。

六. WATCHDOG模塊

在比較高檔的嵌入式硬件都有一個WATCHDOG模塊。如果在MCUMPU是沒有集成WATCHDOG，一般會在此嵌入式系統(tǒng)中加一個專門的WATCHDOG芯片來實現(xiàn)WATCHDOG機制。
此模塊主要的功能包括:

1. 提供WATCHDOG控制寄存器和配置寄存器，供軟件開發(fā)人員根據(jù)系統(tǒng)需要進行靈活配置。
2. 提供一接口，使應用軟件能夠定時給WATCHDOG“喂狗”。
3. 提供WATCHDOG機制，當系統(tǒng)進入不可恢復錯誤時，能產(chǎn)生一個不可屏蔽中斷來通知系統(tǒng)自動重啟(一般這樣，也有改變?yōu)槠渌幚矸绞降?，只有相應的復位信號才能清除它。

七. WatchDog總結

1. 看門狗 （Watch Dog）在嵌入式系統(tǒng)中很常見，常用于保證系統(tǒng)的可靠性?？撮T狗有軟件與硬件兩種，有的MCU，本身有看門狗定時器，可以借助【外部獨立的看門狗芯片】，實現(xiàn)程序【監(jiān)控】功能。
2. 看門狗是一個獨立的【定時器模塊】，有獨立的定時器控制器，程序可以設置定時器的超時時間，時間到了，會進入看門狗定時器中斷，并觸發(fā)系統(tǒng)【復位】
3. 當系統(tǒng)異常，如程序跑飛后，由于無法確保按時【喂狗】，也就是不能及時的【重置看門狗定時器】，造成看門狗超時，觸發(fā)系統(tǒng)【復位】而重新運行程序
4. 使用看門狗完成重啟能夠解決大部分的嵌入式系統(tǒng)的問題。因為出現(xiàn)錯誤重啟系統(tǒng)，能夠解決大部分的問題。