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2. 原理介绍
看门狗是一种定时器在系统正常运行时软件需要周期性地喂狗重置定时器。如果由于某种原因导致软件无法喂狗定时器将超时并触发预定义的恢复机制例如系统复位或恢复到安全状态。这种机制可以有效应对系统死机、死循环或其他异常情况确保系统的稳定性和可靠性。
从实现方式上来看看门狗又分为软件看门狗和硬件看门狗两个品种。
2.1 软件看门狗
软件看门狗是一种基于软件实现的定时器机制在嵌入式系统中通过定时器或计时器中断来实现。软件看门狗通常由系统软件或应用程序负责定期对其进行“喂狗”以防止超时。如果系统出现故障或停顿导致喂狗失败软件看门狗会在预定的超时时间内触发相应的恢复机制例如系统复位或恢复到安全状态。软件看门狗的实现相对灵活可以在不同的嵌入式系统和平台上通过软件编程来实现。
2.2 硬件看门狗
硬件看门狗是一种由专用硬件电路实现的定时器机制在嵌入式系统中通常作为独立的硬件模块存在。硬件看门狗在系统初始化后开始计时当系统正常运行时软件需要定期对其进行“喂狗”以防止超时。如果由于某种原因导致软件无法喂狗硬件看门狗将在预定的超时时间内触发系统的恢复操作例如系统复位或恢复到安全状态。硬件看门狗通常具有更高的可靠性和稳定性可以在系统停顿或死机时独立地执行恢复操作。
2.3 哪个品种更优良
软件看门狗的可靠性取决于系统的整体稳定性如果系统发生了严重的故障或死机软件看门狗也可能受到影响而无法正常工作同时其实时性也会受限于系统的运行状态和负载可能受到系统的其他任务或中断的影响而无法精确定时。
而对于目前的主流芯片来讲看门狗已经集成到芯片内部经过一些必要的寄存器配置就可以直接使用了无需复杂的定时器代码逻辑不依赖操作系统避免了软件运行带来的干扰和影响。
总的来说硬件看门狗在稳定性和可靠性方面具有优势特别是在对系统的稳定性和安全性有更高要求的场景下硬件看门狗可能更为合适。当然如果没有必要的硬件或者芯片支持软件看门狗也不失为一种选择。
3. 看门狗的应用
在嵌入式系统中看门狗通常与操作系统或应用程序集成监视系统的运行状态。当系统正常运行时软件会定期喂狗以防止看门狗超时。如果系统出现故障或停顿导致在预定的超时时间内喂狗那么就会触发相应的恢复操作从而确保系统能够及时恢复到正常状态。下面以示例代码的形式演示几个常见系统的看门狗初始化和喂狗流程。
3.1 Linux平台
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include sys/ioctl.h
#include linux/watchdog.h
#include fcntl.hint main(int argc char *argv)
{int fd 0;int timeout 10; // 超时时间为10秒// 打开看门狗设备fd open(/dev/watchdog, O_WRONLY);if (fd -1) {perror(watchdog device open);exit(EXIT_FAILURE);}// 配置看门狗定时器的超时时间ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, timeout);//每2秒喂狗1次while (1) {// 执行喂狗操作ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, 0);// 延时等待2秒sleep(2);}close(fd);return 0;
}3.2 Arduino平台
#include avr/wdt.hvoid setup()
{// 启用看门狗定时器超时时间为2秒wdt_enable(WDTO_2S);
}//定期调用执行喂狗操作
void loop()
{// 正常操作时重置看门狗wdt_reset();// 在这里执行系统的其他任务
}3.3 FreeRTOS平台
#include FreeRTOS.h
#include task.h
#include timers.h
#include watchdog.h// 看门狗任务
void vWatchdogTask(void *pvParameters)
{const TickType_t xMaxBlockTime pdMS_TO_TICKS(1000);for(;;) {// 喂狗vTaskDelay(xMaxBlockTime);taskENTER_CRITICAL();WDT_FEED(); // WDT_FEED是一个假设的喂狗函数taskEXIT_CRITICAL();}
}void main(int argc, char *argv[])
{// 初始化看门狗vWatchdogInit(); // 假设初始化函数为vWatchdogInit// 创建看门狗任务xTaskCreate(vWatchdogTask, Watchdog, configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY 1, NULL);// 启动调度器vTaskStartScheduler();
}3.4 RT-Thread平台
#include rtthread.h
#include rtdevice.hstatic void watchdog_thread_entry(void* parameter)
{rt_device_t dev rt_device_find(wdt); // 假设wdt为看门狗设备的名称rt_device_open(dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);while (1) {rt_device_control(dev, RT_DEVICE_CTRL_WDT_KEEPALIVE, RT_NULL); // 喂狗rt_thread_delay(1000); // 延时1秒}
}int rtthread_wdt_sample(void)
{rt_thread_t thread rt_thread_create(watchdog, watchdog_thread_entry, RT_NULL, 1024, 25, 20);if (thread ! RT_NULL) {rt_thread_startup(thread);}return 0;
}上述代码仅做功能和流程的延时无法直接编译运行。项目开发过程中还需要根据具体的硬件平台和操作系统配置情况来进行对应的调整。
4. 看门狗的优化和注意事项
在实际应用中需要根据系统的特性和要求来优化和配置看门狗定时器的超时时间、喂狗周期、喂狗优先级等参数。
确保喂狗的正确性和及时性。比如有个功能在允许时总是会高优先级抢占CPU 6秒钟那看门狗超时时间就要大于6秒钟喂狗间隔的总和否则临界情况下可能会导致错过1次喂狗导致误触发看门狗超时。比如可以把看门狗超时时间设置为20秒喂狗周期为2秒。看门狗优先级要恰当。一般情况下是将看门狗的线程任务优先级置为最高如果最高优先级的定时喂狗任务都超时了那说明此时系统大概率已经异常或者超负荷了亟需恢复到正常工作状态。触发看门狗恢复机制时保障好用户体验假设恢复机制为重启系统那么对于一个有开机铃声的产品来说需要在开机时判断本次启动是否由看门狗触发的重启如果是则说明本次启动并非用户的本意和主动操作需要静默启动以避免对用户的噪声打扰。考虑系统的安全性和可靠性避免因看门狗机制本身而引入新的故障点。
5. 结语
嵌入式系统稳定性中的看门狗技术是确保系统可靠性的重要手段。通过对看门狗的原理、应用和优化进行深入理解和合理应用可以有效提高嵌入式系统的稳定性和鲁棒性确保系统能够持续稳定地运行并及时恢复。希望本文能够为读者提供对嵌入式系统稳定性和看门狗技术的深入理解并为实际应用提供一些有益的参考。
