一個外部看門狗須具備的最簡單功能是監(jiān)測由主應(yīng)用處理器產(chǎn)生的一個定期“心跳(Heartbeat)”信號，以及在心跳異常時發(fā)出一個錯誤信號。心跳監(jiān)測可做為兩種不同的用途：首先，在經(jīng)過已在軟件執(zhí)行的功能檢查之后，微控制器(MCU)應(yīng)該只是生成心跳，以確保軟件的正常工作。第二，如果系統(tǒng)的實(shí)時響應(yīng)已受到損害，心跳應(yīng)該要能顯示出來。

為軟件功能和實(shí)時響應(yīng)監(jiān)測心跳，可透過一個使用簡單，“啞巴(Dumb)”的外部看門狗。外部看門狗應(yīng)該有沿著一個心跳必須出現(xiàn)的窗口的能力調(diào)派一個心跳周期，心跳窗口的作用是當(dāng)系統(tǒng)的實(shí)時響應(yīng)受到損害時，允許看門狗進(jìn)行檢測。而在該功能或?qū)崟r檢查失敗的情況下，看門狗會試圖透過應(yīng)用處理器的重置來恢復(fù)系統(tǒng)。

技巧2—采用一個低效能MCU

簡易基于定時器的外部看門狗可在相對低成本的狀況下監(jiān)控心跳，但這會嚴(yán)重限制看門狗系統(tǒng)的能力和恢復(fù)的可能性。其實(shí)，低效能微控制器就可以做為外部看門狗的定時器，所以何不為看門狗增添一些智能且采用微控制器呢?微控制器的固件(Firmware)可被開發(fā)用來滿足增加許多功能的心跳監(jiān)測窗口所需。

一個“聰明”的看門狗有時被稱為監(jiān)督者或安全看門狗，且已在不同的產(chǎn)業(yè)，如汽車領(lǐng)域?qū)嶋H使用了許多年;另外，通?；谖⒖刂破鞯目撮T狗以被主要用于安全關(guān)鍵應(yīng)用。目前開發(fā)工具已相當(dāng)可用且硬件成本也低，這樣的設(shè)計具成本效益，且在其他的應(yīng)用中亦是如此。

技巧3—監(jiān)督關(guān)鍵的系統(tǒng)功能

使用一個小微控制器作為看門狗的決定，可開啟看門狗該如何使用的無限可能。其中可賦予智能看門狗的第一個角色通常是監(jiān)督的重要系統(tǒng)功能，如系統(tǒng)電流或傳感器狀態(tài)?？撮T狗如何能監(jiān)督電流的一個例子是，采取一個電流的獨(dú)立測量，并提供監(jiān)測值給應(yīng)用處理器，之后，應(yīng)用處理器可比較看門狗與自身讀取到的數(shù)值。若是兩者之間有分歧，則系統(tǒng)將執(zhí)行故障樹(FaultTree)此一被應(yīng)用程序視為適當(dāng)?shù)姆绞健?/p>

技巧4—觀察一個信道

有時嵌入式系統(tǒng)可像個看門狗且應(yīng)用處理器也可以如期工作，但外部的檢查員是處于非響應(yīng)的狀態(tài)。在這樣的狀態(tài)下，綁定智能看門狗到一個信道如通用異步收發(fā)器(UART)是可行的。當(dāng)看門狗被連接到信道時，不僅可以監(jiān)控通道流量，還可以接收對看門狗而言的特定指令。

在這方面一個很好的例子是專為小型衛(wèi)星設(shè)計的看門狗，其可監(jiān)視飛行器計算機(jī)和地面基地臺間的無線電通信。如果飛行器計算機(jī)變得不響應(yīng)無線電，看門狗將接收到一個命令，然后執(zhí)行并重置飛行器計算機(jī)。

技巧5—考慮外部定時重置功能

采用一個微控制器執(zhí)行看門狗，會有額外功能增加其復(fù)雜性，以及一個新軟件單元到系統(tǒng)的設(shè)計，因此，系統(tǒng)中看門狗的問題無疑是由工程師的頭腦來監(jiān)看。在看門狗自行“放大假”的情況下，其將如何恢復(fù)?

選擇之一是使用前面討論的啞巴外部看門狗定時器。智能看門狗會由啞巴看門狗的定時器，使其從被重置的狀況下生成心跳;另一個選擇是讓應(yīng)用處理器的行為就像個看門狗。這里須小心思考，給予最佳的方式以確保兩個處理器如預(yù)期地保持正常狀態(tài)。

簡單設(shè)計確?？撮T狗可行性

智能看門狗的目的是監(jiān)測系統(tǒng)和主微控制器，以確保它們依預(yù)期運(yùn)作。在系統(tǒng)設(shè)計中，看門狗可允許其所支持的非常多功能，開發(fā)者需要牢記，增加智能看門狗復(fù)雜度的可能性，且看門狗本身須包含潛在的故障模式和錯誤。更重要的是，看門狗的設(shè)計應(yīng)保持簡單與采用最小的必要功能集，將可確保其可被徹底測試和驗(yàn)證。

看門狗技術(shù)及其抗干擾措施

隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，以MCS-51單片機(jī)為核心所構(gòu)成的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，如水泥生料配料系統(tǒng)、電子皮帶秤給料控制、各種現(xiàn)場智能測量儀表等。但其工作現(xiàn)場條件惡劣，干擾多而且幅度大，嚴(yán)重影響著應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行與可靠性，甚至使應(yīng)用系統(tǒng)計算機(jī)進(jìn)入死循環(huán)而癱瘓，通常稱為程序“跑飛”。由此引出的計算機(jī)可靠性問題，一直是人們研究的重要課題。

采用屏蔽、濾波、退耦、隔離、接地等措施能有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力，但很難在強(qiáng)干擾發(fā)生時消除因程序“跑飛”而死機(jī)情況的發(fā)生。“看門狗”技術(shù)能在程序“跑飛”時實(shí)現(xiàn)自我診斷并使系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾的有力武器。當(dāng)然，它是以系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計開發(fā)的合理和成熟為條件的，否則將掩蓋系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程中的人為缺陷與不足。

“看門狗”技術(shù)及其對干擾的抑制

1、程序“跑飛”對系統(tǒng)的攻擊

(1)程序計數(shù)器PC的值被攻擊，成為一隨機(jī)拼合的數(shù)據(jù)。

(2)系統(tǒng)設(shè)置的控制字與標(biāo)志參數(shù)因“跑飛”后可能被訪問而被攻擊。

(3)數(shù)據(jù)存儲器RAM內(nèi)容被攻擊等。

2、 “看門狗”技術(shù)

“看門狗”源于“Watch dog、Watch dog timer”，或稱定時監(jiān)視技術(shù)，其本質(zhì)是一可復(fù)位的定時器，其原理如圖1、2所示。

在程序正常運(yùn)行時，計算機(jī)通過程序以周期T1向定時器發(fā)送脈沖觸發(fā)定時器(或通過軟件以T1為周期初始化定時器)，而由定時脈沖控制的定時器動作時間為T2(T3)，在T1

，CPU響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向中斷處理程序，進(jìn)而恢復(fù)系統(tǒng)。第二級“看門狗”電路只有在第一級未起作用時經(jīng)過T3才起動Reset信號。

3、 “看門狗”技術(shù)的實(shí)施方法

(1)在系統(tǒng)構(gòu)成時選用芯片內(nèi)帶有“看門狗”電路的單片機(jī)，如ATMEL公司的89C52等。

(2)選配專門的“看門狗”電路，如美國Xicor公司的X25043/45、MAXIM公司的MAX813L等，它們均可構(gòu)成獨(dú)立的“看門狗”電路。