硬件和軟件看門狗的異同

第第頁硬件和軟件看門狗的異同說到提高系統(tǒng)的可靠性，剛?cè)腴T的（工程師）都知道，增加一個(gè)（看門狗）是重要的手段?？撮T狗又分軟件看門狗和（硬件）看門狗，但是很多人可能沒有深入了解其中的區(qū)別，工作中可能都遇到這樣的PK：

??軟件和硬件看門狗有什么區(qū)別？學(xué)完這篇文章就可以迎刃而解了。

1、硬件看門狗的原理

硬件看門狗是利用一個(gè)（定時(shí)器）電路，其定時(shí)輸出連接到電路的復(fù)位端，程序在一定時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)定時(shí)器清零(俗稱“喂狗”)，因此程序正常工作時(shí)，定時(shí)器總不能溢出，也就不能產(chǎn)生復(fù)位（信號(hào)）。如果程序出現(xiàn)故障，不在定時(shí)周期內(nèi)復(fù)位看門狗，就使得看門狗定時(shí)器溢出產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)并重啟系統(tǒng)。

我們以（ADI）公司的（AD）M6316看門狗（芯片）為例。

??該看門狗芯片的主要功能有：

??1.可以監(jiān)控主（電源）VCC，26種復(fù)位閾值選項(xiàng)：2.5V至5V，以100mV遞增;

??2.4種復(fù)位延遲選項(xiàng)：1ms、20ms、140ms、1120ms（最小值）;

??3.4種看門狗喂狗超時(shí)選項(xiàng)：6.3ms、102ms、1600ms、25.6s（典型值）;

??4.支持手動(dòng)復(fù)位輸入;

??5.復(fù)位輸出級(jí)：推挽低電平有效,開漏低電平有效,推挽高電平有效。

??復(fù)位功能說明：

??該芯片內(nèi)置復(fù)位功能。設(shè)備上電時(shí)，芯片的VCC電壓一旦到達(dá)開啟（閾值電壓）VTH，延遲定時(shí)器啟動(dòng)，經(jīng)過延遲時(shí)間tRP，復(fù)位信號(hào)RESET或者/RESET即可輸出，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的延遲上電復(fù)位；芯片同時(shí)會(huì)監(jiān)測(cè)VCC的電壓，一旦VCC跌落到VTH以下，經(jīng)過延遲時(shí)間tRD后，復(fù)位信號(hào)輸出電平翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的復(fù)位。

??看門狗功能說明：

??該芯片內(nèi)置看門狗功能，設(shè)備上電時(shí)，芯片的VCC電壓一旦到達(dá)開啟閾值電壓VTH，延遲定時(shí)器啟動(dòng)，經(jīng)過延遲時(shí)間tRP，復(fù)位信號(hào)RESET或者/RESET即可輸出，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的延遲上電復(fù)位；當(dāng)喂狗信號(hào)WDI收到第一個(gè)脈沖電平時(shí)，就觸發(fā)芯片內(nèi)部的定時(shí)器，軟件必須在tWD時(shí)間內(nèi)輸出喂狗信號(hào)WDI，否則復(fù)位信號(hào)RESET或者/RESET將會(huì)在定時(shí)時(shí)間tWD到達(dá)時(shí)，進(jìn)行復(fù)位，設(shè)備重新復(fù)位。

2、軟件看門狗的原理

軟件看門狗原理上一樣，只是將硬件電路上的定時(shí)器用處理器的內(nèi)部定時(shí)器代替，這樣可以簡化硬件（電路設(shè)計(jì)），一般是將一個(gè)芯片中的定時(shí)器來作為看門狗，通過程序的初始化，寫入初值，并啟動(dòng)定時(shí)器。程序按時(shí)對(duì)定時(shí)器賦初值（或復(fù)位），以免它餓了。

??這種看門狗是可以被禁用的（只要停止這個(gè)定時(shí)器即可），好比對(duì)那只要咬你的狗來個(gè)“葵花點(diǎn)穴手”，大部分（CPU）都內(nèi)置看門狗，硬件原理可參考各芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。

??優(yōu)點(diǎn)：可以通過程序改變初始時(shí)間，也可以隨時(shí)禁用。

??缺點(diǎn)：需要初始化，如果程序在初始化、啟動(dòng)完成前跑飛或在禁用后跑飛，看門狗就無法復(fù)位系統(tǒng)，這樣看門狗的作用就沒有了，系統(tǒng)恢復(fù)能力降低。

3、軟硬件看門狗的主要異同

學(xué)習(xí)了上述的軟硬件看門狗，我們總結(jié)一下兩者的異同。

??兩者相同點(diǎn)如下：

??1)都是通過定時(shí)器實(shí)現(xiàn)；定時(shí)時(shí)間到?jīng)]有喂狗就進(jìn)行復(fù)位。

??2)都是需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)喂狗。

??3)兩者都是靠軟件進(jìn)行喂狗。

??兩者主要差異如下：

??1)附加功能：硬件看門狗芯片一般還附帶了延遲復(fù)位和電源檢測(cè)的功能，軟件則沒有。

??2)屏蔽方法：軟件看門狗很容易屏蔽關(guān)閉，只需修改其中的（寄存器），而硬件看門狗一旦啟動(dòng)不斷電就停不下來。

??3)啟動(dòng)方式：軟件看門狗很容易啟動(dòng)，只需修改其中的寄存器。硬件一般是收到第一個(gè)喂狗信號(hào)后就啟動(dòng)。

??4)初始化：硬件看門狗上電后收到第一個(gè)喂狗脈沖就完成了初始化，軟件看門狗則需要配置相關(guān)的寄存器（或者調(diào)用相關(guān)的看門狗子程序）。

4、一個(gè)軟件看門狗搞不定的案例

項(xiàng)目組研發(fā)一款戶外遠(yuǎn)程采集器，應(yīng)用場(chǎng)景包括偏僻的郊外，對(duì)可靠性要求很高，出現(xiàn)故障后或者遠(yuǎn)程升級(jí)后能夠自動(dòng)復(fù)位重啟。為了節(jié)省成本，該產(chǎn)品采用主芯片內(nèi)置的看門狗功能。主芯片其他資源初始化完成后，再初始化看門狗功能。產(chǎn)品批量后，遠(yuǎn)程升級(jí)過程中，大概有5%的概率設(shè)備升級(jí)后變磚，需要人工斷電后再上電才能恢復(fù)正常。

??經(jīng)過研發(fā)人員分析，軟件的看門狗的流程如下圖，一小部分設(shè)備，在升級(jí)程序過程，出現(xiàn)了死機(jī)的問題，程序還沒有運(yùn)行到初始化看門狗的階段，看門狗無法生效，導(dǎo)致設(shè)備處于一直死機(jī)的狀態(tài)，人工斷電重啟后恢復(fù)正常。

??經(jīng)過改良升級(jí)，研發(fā)人員使用了硬件看門狗，上電瞬間就依賴上拉電阻形成的高脈沖開啟看門狗，看門狗的延遲最遲喂狗時(shí)間為1.8S，評(píng)估升級(jí)+初始化時(shí)間最遲為1.2S，所以該看門狗芯片滿足要求，一旦1.8S內(nèi)應(yīng)用程序還無法喂狗，則復(fù)位重啟，問題得以解決。

5、總結(jié)

軟件和硬件的看門狗的最主要差異在于開啟看門狗的時(shí)機(jī)，軟件看門狗必須初始化（配置）看門狗才能使用，如果軟件看門狗是廠商提供的SDK中的一個(gè)A（PI）接口，（開發(fā)者）又沒有能力修改底層的uboot、內(nèi)核，無法在uboot、內(nèi)核階段開啟和喂狗，開啟看門狗的時(shí)機(jī)就很晚了，程序就有可能還沒有跑到看門狗初始化就掛了，中間的各種幺蛾子都不受控，就像上述的案例。

??而硬件看門狗開啟則不受軟件的約束，設(shè)備上電就可以依賴上拉電阻提供的高脈沖開啟看門狗，只要軟件不及時(shí)喂狗，就復(fù)位，這個(gè)是無條件的。所謂一分錢一分貨，在（電子）產(chǎn)品也是適用的。

??當(dāng)然，如果你能說服驅(qū)動(dòng)工程師，能夠在主芯片上電第一時(shí)間，就初始化