单片机看门狗（嵌入式老鸟这样设计看门狗）

现在物联网产品越来越普及，如何设计好一个物联网嵌入式硬件产品，是很多工程师不断追求的目标。

物联网应用蓝图

在一般的嵌入式系统设计过程中，往往通过添加看门狗来保证系统的稳定性。而在汽车ECU设计中，不仅需要看门狗功能，而且功能相对而言，比一般的嵌入式系统看门狗要更为复杂。 在汽车电子系统中，复杂的看门狗可以实现对系统任务，软件组件、运行实体等多种级别的状态监控。（即软件组件实现的是一个大的功能，而运行实体是一个比较单一的功能实体，系统任务可包含多个软件组件，软件组件可以包含多个运行实体）。系统级框图具体如所示：

系统框图

• 看门狗的软件逻辑分类

1.周期刷新型看门狗，应用场景一般是做周期任务监控，确认一定时间内，被监控的实体，如某个任务，软件组件或者运行实体运行的次数在一定的范围内。比如在3秒内某个任务是否运行了145-155次，若没在这个范围内，则触发看门狗。

2.截止型看门狗，一般用来监测非周期型的软件组件或者非周期型任务。实现往往是在软件组件或任务的开始记录一个时间，运行到目标区域再记录一个时间，通过计算两个时间的差，确定指定区域的软件运行时间是否超出监控的范围，若时间超出范围，则触发看门狗。

3.逻辑流控制看门狗：应用场景是对指定的程序流实现监控，例如确保a,b,c函数或者分支是否按a->b->c的顺序执行，若出错，则触发看门狗。

• 看门狗硬件分类

1.内部看门狗，一般MCU都有看门狗外设，可以通过刷新看门狗寄存器等操作更新看门狗。此方案的好处是，几乎不用额外的成本，就可以实现看门狗功能。坏处也很明显，看门狗和MCU共用时钟总线，当时钟出问题的时候，逻辑没问题，但是和外部真实世界的时间存在巨大差异，无法实现安全监控。

2.外部看门狗芯片，MCU需要通过GPIO或者SPI通讯总线等进行看门狗刷新，若刷新超时，则触发看门狗。此方案的的好处是看门狗拥有独立于MCU的时钟源，可以有效避免MCU时钟出错或受干扰时，看门狗依然可以正常工作，系统稳定性增强。缺点是需要增加硬件成本。

• 软件设计注意事项

看门狗任务设计时可以分为看门狗管理功能和看门狗驱动两部分，管理功能主要用来统计各个监控节点的刷新情况，超时情况和逻辑顺序记录情况。若上述三种情况中的任何一个出现错误，则请求看门狗驱动停止刷新看门狗，实现触发看门狗的功能。

看门狗任务优先级：一般情况下，看门狗任务优先级会高于应用软件功能任务的优先级。

看门狗任务运行时间：看门狗运行周期和被监控的应用任务中周期最小的保持一致。

应用程序任务管理：软件组件、运行实体等应根据所在的任务优先级，确定一个看门狗超时时间，优先级越低，看门狗超时时间越长。例如示意图中，若优先级和超时配置如下表：

任务看门狗配置图

当Task2看门狗超时3S的时候，看门狗管理功能可以在请求看门狗驱动停止刷狗前记录下Task2导致了看门狗出错，这个记录可以作为出错分析的依据。若Task1和Task2的超时时间互换，Task2跑死时，会先触发Task1的看门狗，然后看门狗出错记录将无助于问题分析。

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