單片機(jī)- 嗨，情人節(jié)請記得喂狗

時(shí)間：2022-10-28 14:36:45

關(guān)鍵字：軟件程序傳感器

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[導(dǎo)讀]在軟件開發(fā)過程中，我們希望軟件可以運(yùn)行無誤。但是常常事與愿違，程序經(jīng)常跑飛，或者卡死。原因有很多，有可能是因?yàn)檐浖到y(tǒng)設(shè)計(jì)的原因，或者外部傳感器的失效，再或者是程序的Bug等。為了防止程序在出現(xiàn)問題之后，可以順利復(fù)位和重啟，攻城獅的好朋友，看門狗應(yīng)運(yùn)而生。

正文：

在軟件開發(fā)過程中，我們希望軟件可以運(yùn)行無誤。但是常常事與愿違，程序經(jīng)常跑飛，或者卡死。原因有很多，有可能是因?yàn)檐浖?strong>系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原因，或者外部傳感器的失效，再或者是程序的Bug等。為了防止程序在出現(xiàn)問題之后，可以順利復(fù)位和重啟，攻城獅的好朋友，看門狗應(yīng)運(yùn)而生。

看門狗的工作原理是，主程序需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，對看門狗進(jìn)行一定的操作，讓看門狗知道，主程序還在正常運(yùn)行。而這個(gè)操作，程序媛稱為喂狗，而程序猿叫踢狗。因人而異，意思都是一樣的。狗還是那個(gè)狗。自古就有的舔狗。

下面我們來看一下看門狗的種類：

- 普狗（普通的看門狗）

- 窗戶狗

- 問答狗

普通的看門狗，以下簡稱普狗，普狗養(yǎng)起來比較糙，只需要單片機(jī)在規(guī)定時(shí)間段踢一腳就好，具體怎么踢，因單片機(jī)和外部電路而異，新一代有功能安全需求之后的單片機(jī)集成了內(nèi)部看門狗，需要一定的指令來喂狗，比如英飛凌的Aurix，就需要兩個(gè)不同的步驟，首先需要一個(gè)密碼寫入操作，之后還需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成密碼驗(yàn)證操作才可以完成喂狗操作。如果不在規(guī)定時(shí)間或者不按正確的步驟踢，就會(huì)被狗咬，進(jìn)而重啟系統(tǒng)。外部電路的普狗通常的操作是通過對單片機(jī)引腳的拉高拉低進(jìn)行喂狗操作。古董級的單片機(jī)如果沒有普狗外設(shè)的話，需要用一個(gè)本就為數(shù)不多的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。在主程序超時(shí)之后，定時(shí)器中斷服務(wù)程序通過無條件轉(zhuǎn)移指令把PC的值指向初始化函數(shù)入口。此處就不展開談普狗了。

窗戶狗：窗戶狗的意思是用戶軟件需要在規(guī)定的窗口時(shí)間內(nèi)喂狗，如果太早和太晚，都會(huì)被狗咬，進(jìn)而重啟系統(tǒng)。

窗戶狗相比于普狗的好處在于，如果主程序程序錯(cuò)誤恰好卡死在踢狗程序的話，普狗是沒法識(shí)別的，因?yàn)?strong>一直在喂，就算把普狗撐死了也沒法識(shí)別。

窗戶狗，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理大同小異，基本是一個(gè)定時(shí)器的兩個(gè)Channel，一個(gè)負(fù)責(zé)對主程序時(shí)間的監(jiān)控，比如100ms，另一個(gè)負(fù)責(zé)對時(shí)間窗口的比較。比如在100ms內(nèi)的90-100ms內(nèi)允許用戶程序踢狗。

問答狗：問答狗的花樣就比較多了，通常以獨(dú)立的外部芯片為主，也有單片機(jī)自帶的問答狗外設(shè)。在工業(yè)界的應(yīng)用也較廣泛。以下我們舉個(gè)例子詳細(xì)說明：

TI TPS6594 PMIC，這個(gè)芯片主要用于供電電路的設(shè)計(jì)，但是在上面集成了看門狗功能。

如圖所示，問答狗通過通訊協(xié)議（SPI或者I2C）跟外部相連，目的是為了和用戶交換信息。進(jìn)而進(jìn)行一問一答，這也是為什么我給他起名叫問答狗的原因。較真來說，一問一答是不對的，根據(jù)不同的問答狗芯片的設(shè)計(jì)，可能不止一問一答。但是基本的目的和實(shí)現(xiàn)邏輯是，問答狗通過跟主程序的信息交換，來驗(yàn)證不僅僅是程序執(zhí)行時(shí)間這一個(gè)簡單的需求，程序員有多大膽，它就有多大產(chǎn)。具體的應(yīng)用比如可以為，驗(yàn)證不同軟件模塊或者函數(shù)的執(zhí)行順序，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的處理順序，驗(yàn)證訪問客戶的真實(shí)性等等。

德儀這個(gè)芯片的實(shí)現(xiàn)方式如下圖所示：

單片機(jī)通過 SPI 或者 I2C來首先從問答狗拿到問題，然后在規(guī)定的第一個(gè)時(shí)間窗戶內(nèi)，發(fā)送根據(jù)這個(gè)問題計(jì)算好的三個(gè)回答，然后在第二個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)，發(fā)送第四個(gè)回答。只要任何一個(gè)回答錯(cuò)誤或者回答的時(shí)間窗口期沒有吻合的話，問答狗就會(huì)通過拉低單片機(jī)的 Reset 引腳進(jìn)行重啟。具體問題和回答的計(jì)算，此處就不展開了，每個(gè)芯片廠家的實(shí)現(xiàn)方式不一樣。常用的是CRC計(jì)算。感興趣的朋友可以自行了解或者留言提問。