一、看門狗電路介紹

看門狗（Watch Dog Timer，WDT）是一種監(jiān)控電路，主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，目的是為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在看門狗電路的幫助下，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常，如程序跑飛或死循環(huán)時，能夠自動復位并重新啟動系統(tǒng)。

1.1 看門狗的工作原理

看門狗電路通常包括一個定時器、一個喂狗信號和一個復位（Reset）輸出。在正常的系統(tǒng)運行過程中，主控制器（MCU）會定期向喂狗信號發(fā)送一個脈沖，以“喂”看門狗，防止其計時到達預設(shè)值。如果 MCU 由于某種原因未能在規(guī)定時間內(nèi)喂狗，看門狗定時器將會計滿并輸出一個復位信號，將 MCU 復位。

1.2 看門狗的應(yīng)用架構(gòu)

在實際應(yīng)用中，看門狗芯片通常連接到 MCU 的一個 GPIO 端口。MCU 在其正常運行期間會定期向該端口寫入一個高電平或低電平信號，以此告訴看門狗它仍然正常工作。如果 MCU 未能按時發(fā)出信號，看門狗將觸發(fā)復位操作。

1.3 看門狗芯片的功能和硬件

某些看門狗芯片如 TPV6823 具有多個引腳，包括供電引腳（VCC）、喂狗信號引腳（WDI）、復位輸出引腳（RESETn）和手動復位輸入引腳（MRn）。這些引腳提供了多種復位方式和時間設(shè)置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

1.4 看門狗的定時時間

看門狗的定時時間通常需要保持在一個相對較長的周期，例如 200 毫秒左右。這樣的設(shè)置是為了確保在正常運行中，即使 MCU 由于干擾而未能及時喂狗，看門狗也不會立即復位系統(tǒng)，從而給 MCU 足夠的時間來響應(yīng)和處理問題。

1.5 看門狗的類型

看門狗可以分為獨立看門狗和窗口看門狗。獨立看門狗的時間精度要求較低，而窗口看門狗則用于時間精度要求較高的場合。

1.6 軟硬件看門狗的區(qū)別

硬件看門狗利用獨立的定時器電路來實現(xiàn)監(jiān)控功能，具有較高的可靠性。軟件看門狗則使用處理器內(nèi)部的定時器或其他機制來實現(xiàn)，雖然在一定程度上可以簡化硬件設(shè)計，但在可靠性方面通常不如硬件看門狗。

總結(jié)而言，看門狗是一種重要的系統(tǒng)保護機制，通過定期“喂狗”來確保系統(tǒng)的正常運行。當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，看門狗能夠及時復位系統(tǒng)，防止死循環(huán)和程序跑飛等情況的發(fā)生，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用中，開發(fā)者需要根據(jù)具體需求選擇合適的看門狗解決方案，并設(shè)置適當?shù)臅r間參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的保護效果。

二、演示功能概述

本文演示主要通過 Air780E 核心板和 LuatOS 系統(tǒng)，介紹如何使用看門狗定時器（WDT）庫來防止嵌入式設(shè)備死機。看門狗電路是一種監(jiān)控電路，主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，目的是為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在看門狗電路的幫助下，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，如程序跑飛或死循環(huán)，能夠自動復位并重新啟動系統(tǒng)。

演示分為兩個部分：正常運行情況和故障場景模擬。

在正常運行情況下，示例代碼會初始化看門狗庫，并設(shè)置超時時間和喂狗周期。然后，創(chuàng)建一個任務(wù)，該任務(wù)會定期喂狗，以防止看門狗定時器超時。如果看門狗定時器超時，系統(tǒng)將自動重啟。

在故障場景模擬部分，我們添加了一個新的任務(wù) fault_task，該任務(wù)進入一個死循環(huán)，不進行喂狗操作。這樣，當看門狗定時器超時后，系統(tǒng)將自動重啟，模擬了設(shè)備在故障場景下的自動恢復能力。

通過這個演示，我們可以看到看門狗定時器在嵌入式系統(tǒng)中的重要作用，它能夠有效防止系統(tǒng)死機，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

三、演示硬件環(huán)境

3.1 開發(fā)板

本文以Air780E核心板為例，

此核心板的詳細使用說明參考：
https://docs.openluat.com/air780e/product/

3.2 SIM 卡

在中國大陸環(huán)境下，使用移動，電信，聯(lián)通的物聯(lián)網(wǎng)卡或者手機卡都可以。

3.3 PC 電腦

WIN7以及以上版本的WINDOWS系統(tǒng)。

3.4 數(shù)據(jù)通信線

1. USB 轉(zhuǎn) Type-C 數(shù)據(jù)線

它的一端是 USB 接口，另一端是 Type-C 接口。

四、演示軟件環(huán)境

4.1 Luatools 下載調(diào)試工具

Luatools 工具由合宙推出，支持最新固件獲取、固件打包、trace 打印及單機燒錄等功能。

工具使用說明參考：
Luatools 下載和詳細使用：
https://docs.openluat.com/Luatools/

4.2 源碼及固件

1）底層 core 下載地址：LuatOS 固件版本下載地址：https://docs.openluat.com/air780e/luatos/firmware/

本 demo 使用的固件是 core_V1112 壓縮包 內(nèi)的 LuatOS-SoC_V1112_EC618_FULL.soc

2） demo 位置

本 demo 主要用于演示如何在 LuatOS 系統(tǒng)中使用看門狗定時器（wdt）庫來防止設(shè)備死機。

demo位置：https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air780E/tree/master/demo/wdt

3）源碼及固件已打包壓縮，如下所示

壓縮包中 core 文件夾存放的是固件，code 文件夾存放的是腳本代碼。

五、軟硬件資料

5.1 watchdog 操作庫介紹

5.1.1 watchdog 庫介紹

該庫提供了一系列用于管理和操作看門狗定時器的 API 函數(shù)，使得開發(fā)者可以方便地在 LuatOS 系統(tǒng)中管理看門狗定時器，從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

5.1.2 API 接口介紹

本教程所使用API接口參考：
https://wiki.luatos.com/api/wdt.html?highlight=watchdog

5.2 Air780E 核心板燒錄說明

5.2.1 選擇固件和腳本

1）打開 Luatools 工具

注意，大家只需要跟著做到第四步即可，第五步跟著后面的操作再做。

5.2.2 燒錄

1）將 Air780E 核心板通過 USB 數(shù)據(jù)線連接至電腦，如下圖所示：

2）根據(jù)下方操作進行燒錄

此時就需要大家先點擊 Luatools 工具上的 下載底層與腳本/下載腳本，再執(zhí)行下方操作了。

開發(fā)板處于未開機狀態(tài)：此時先按住下載模式按鍵（BOOT 鍵）不放，再長按開機鍵（POW 鍵）開機，若不出意外開發(fā)板將會進入下載模式，Luatools 工具下載進度條會開始跑，這時便可以松開 BOOT 鍵和 POW 鍵，等到工具提示下載完成即可。

開發(fā)板已經(jīng)處于開機狀態(tài)：此時可以先按住 BOOT 鍵不放，再短按復位鍵（RST 鍵）后開發(fā)板會重啟并進入下載模式。

5.2.3 不同模式下的端口顯示

1） 正常開機模式

2）下載模式

六、功能驗證

6.1 程序正常運行

6.1.1 示例代碼介紹

1）項目信息：
在開頭定義了項目名稱（PROJECT）和版本（VERSION），并通過日志輸出這些信息。

2）引入系統(tǒng)庫：
通過 require("sys") 引入了 sys 庫，這是 LuatOS 中常用的系統(tǒng)庫。

3） 任務(wù)初始化：
使用 sys.taskInit 函數(shù)創(chuàng)建一個新的任務(wù)。在任務(wù)中檢查 wdt 庫是否可用，如果不可用，則進入一個無限循環(huán)，每秒鐘輸出一次提示信息。

4）wdt 配置：

• 初始化 wdt 庫，設(shè)置超時時間為 9 秒。

• 設(shè)置一個定時器每 3 秒喂一次看門狗，確保設(shè)備在正常運行的情況下不會重啟。

• 說明了若發(fā)生軟件崩潰或硬件故障，最多 18 秒后將自動重啟設(shè)備。

5）運行系統(tǒng)：
最后通過 sys.run() 啟動系統(tǒng)，后面不應(yīng)添加任何其他語句。

6.1.2 完整代碼展示

6.1.3 運行結(jié)果展示

通過 Luatools 工具查看日志

6.2 添加死循環(huán)模擬故障場景

6.2.1 示例代碼介紹

我們在原有示例代碼中創(chuàng)建了一個新的任務(wù)，命名為 fault_task，它將進入一個死循環(huán)。由于這個新任務(wù)不會喂看門狗，設(shè)備將在超時后自動重啟。這樣，我們就可以有效地模擬看門狗的超時情況。

6.2.2 完整代碼展示

6.2.3 運行結(jié)果展示

七、總結(jié)

本次演示通過 Air780E 核心板和 LuatOS 系統(tǒng)，詳細介紹了如何使用看門狗定時器（WDT）庫來防止嵌入式設(shè)備死機?？撮T狗電路作為一種重要的系統(tǒng)保護機制，能夠在系統(tǒng)異常時自動復位并重新啟動系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

在演示中，我們首先介紹了看門狗的工作原理、應(yīng)用架構(gòu)、定時時間設(shè)置以及軟硬件看門狗的區(qū)別。接著，我們通過實際操作，展示了如何在一個簡單的 LuatOS 項目中集成看門狗定時器，并設(shè)置了適當?shù)膮?shù)來確保系統(tǒng)在正常運行和故障場景下都能自動恢復。

通過本次演示，我們深入理解了看門狗定時器在嵌入式系統(tǒng)中的工作原理和應(yīng)用價值，以及在實際項目中如何有效地利用看門狗庫來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者來說，是一個具有重要意義的技能。

八、擴展

8.1 看門狗定時器的應(yīng)用場景

看門狗定時器廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，特別是在需要高可靠性的應(yīng)用場景中。一些典型的應(yīng)用場景包括：

1）工業(yè)控制系統(tǒng)：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)需要高度穩(wěn)定和可靠，看門狗定時器可以確保系統(tǒng)在受到干擾或異常情況時能夠迅速恢復。

2）車載電子系統(tǒng)：車載電子系統(tǒng)面臨著復雜的電磁環(huán)境和振動，看門狗定時器可以幫助系統(tǒng)在上電復位后保持穩(wěn)定運行，防止因軟件或硬件故障導致的系統(tǒng)死機。

3）醫(yī)療設(shè)備：醫(yī)療設(shè)備對穩(wěn)定性和可靠性有很高的要求，看門狗定時器可以確保設(shè)備在長時間運行過程中不會因為故障而停止工作，從而保障患者的安全和設(shè)備的連續(xù)性。

4）通信設(shè)備：在通信系統(tǒng)中，看門狗定時器可以用于監(jiān)控和保護網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

8.2 看門狗定時器的設(shè)計考慮因素

在設(shè)計和實現(xiàn)看門狗定時器時，需要考慮以下幾個關(guān)鍵因素：

1）超時時間：超時時間是指看門狗定時器從開始計時到觸發(fā)復位信號的時間間隔。這個時間需要根據(jù)具體應(yīng)用的需求來設(shè)定，通常需要平衡系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

2）喂狗周期：喂狗周期是指主控制器向看門狗芯片發(fā)送脈沖的時間間隔。喂狗周期應(yīng)該設(shè)置得足夠短，以防止看門狗定時器在正常運行中誤觸發(fā)復位。

3）看門狗復位輸出：看門狗定時器通常具有一個復位輸出引腳，用于向主控制器提供復位信號。在設(shè)計時，需要確保復位輸出引腳的電平和主控制器的復位輸入引腳兼容。

4）功耗：在設(shè)計看門狗定時器時，需要考慮其功耗，特別是在低功耗應(yīng)用中。選擇低功耗的看門狗芯片和合理的電源設(shè)計對于系統(tǒng)的整體功耗至關(guān)重要。

5）兼容性和可擴展性：在設(shè)計看門狗定時器時，需要考慮其與其他系統(tǒng)的兼容性和可擴展性。確?？撮T狗定時器能夠與其他硬件和軟件組件無縫集成，并在未來需要時能夠輕松擴展或升級。

通過綜合考慮這些因素，開發(fā)者可以設(shè)計和實現(xiàn)一個穩(wěn)定、可靠且高效的看門狗定時器解決方案，以確保嵌入式系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

九、常見問題

9.1 看門狗定時器是如何工作的？

看門狗定時器通過主控制器定期向其發(fā)送脈沖信號來保持計時。如果主控制器在規(guī)定時間內(nèi)未能發(fā)送脈沖，看門狗定時器將觸發(fā)復位信號，將主控制器復位。

9.2 如何配置看門狗定時器的超時時間和喂狗周期？

在LuatOS等嵌入式操作系統(tǒng)中，看門狗定時器的超時時間和喂狗周期通常通過API函數(shù)進行配置?？梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用的需求來設(shè)置合適的時間間隔。

若使用本文中所提到的watchdog操作庫，可按照以下步驟進行配置：

1）初始化看門狗：
使用 wdt.init(timeout) 函數(shù)來初始化看門狗定時器，timeout 參數(shù)是超時時長，單位為毫秒。例如，如果你希望看門狗的超時時間為9000毫秒，可以這樣調(diào)用：

2）設(shè)置看門狗超時時間（可選）：
如果設(shè)備支持，可以調(diào)用 wdt.setTimeout(timeout) 來重新設(shè)置看門狗的超時時長，單位同樣為毫秒。例如：

3）定期喂狗：
使用 wdt.feed() 函數(shù)來喂狗，以重置超時計時。建議使用定時器定期調(diào)用這個函數(shù)。例如，使用系統(tǒng)定時器每3000毫秒喂一次狗，可以這樣設(shè)置：

通過以上步驟，你可以成功配置看門狗定時器的超時時間和喂狗周期，確保設(shè)備不會因為未喂狗而重啟。

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