淺談“看門狗”的應用及設計思路

邢 闖

咸陽市規劃設計研究院，陜西 咸陽 712000

在由單片機構成的微型計算機系統中，由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環，程序的正常運行被打斷，由單片機控制的系統無法繼續工作，會造成整個系統的陷入停滯狀態，發生不可預料的后果，所以出于對單片機運行狀態進行實時監測的考慮，便產生了一種專門用于監測單片機程序運行狀態的芯片，俗稱“看門狗”。

1 應用

看門狗電路的應用，使單片機可以在無人狀態下實現連續工作，其工作原理是：看門狗芯片和單片機的一個I/O引腳相連，該I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或低電平)，這一程序語句是分散地放在單片機其它控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進入死循環狀態時，寫看門狗引腳的程序便不能被執行，這個時候,看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號，便在它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號，使單片機發生復位，即程序從程序存儲器的起始位置開始執行，這樣便實現了單片機的自動復位。

看門狗是一個定時器電路，一般有一個輸入，叫喂狗，一個輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時候，每隔一端時間輸出一個信號到喂狗端,給 WDT 清零,如果超過規定的時間不喂狗，（一般在程序跑飛時），WDT 定時超過，就回給出一個復位信號到MCU，是MCU復位。 防止MCU死機。看門狗的作用就是防止程序發生死循環，或者說程序跑飛。

2 工作原理

在系統運行以后也就啟動了看門狗的計數器，看門狗就開始自動計數，如果到了一定的時間還不去清看門狗，那么看門狗計數器就會溢出從而引起看門狗中斷，造成系統復位。所以在使用有看門狗的芯片時要注意清看門狗。

硬件看門狗是利用了一個定時器，來監控主程序的運行，也就是說在主程序的運行過程中，我們要在定時時間到之前對定時器進行復位如果出現死循環，或者說PC指針不能回來。那么定時時間到后就會使單片機復位。常用的WDT芯片如MAX813，5045，IMP 813等。

軟件看門狗技術的原理和這差不多，只不過是用軟件的方法實現，我們還是以51系列來講，我們知道在51單片機中有兩個定時器，我們就可以用這兩個定時器來對主程序的運行進行監控。我們可以對T0設定一定的定時時間，當產生定時中斷的時候對一個變量進行賦值，而這個變量在主程序運行的開始已經有了一個初值，在這里我們要設定的定時值要小于主程序的運行時間，這樣在主程序的尾部對變量的值進行判斷，如果值發生了預期的變化，就說明T0中斷正常，如果沒有發生變化則使程序復位。對于T1我們用來監控主程序的運行，我們給T1設定一定的定時時間，在主程序中對其進行復位，如果不能在一定的時間里對其進行復位，T1 的定時中斷就會使單片機復位。在這里T1的定時時間要設的大于主程序的運行時間，給主程序留有一定的的裕量。而T1的中斷正常與否我們再由T0定時中斷子程序來監視。這樣就夠成了一個循環，T0監視T1，T1監視主程序，主程序又來監視T0，從而保證系統的穩定運行。

51系列有專門的看門狗定時器，對系統頻率進行分頻計數，定時器溢出時,將引起復位，看門狗可設定溢出率,也可單獨用來作為定時器使用。

凌陽61的看門狗比較單一，一個是時間單一，第二是功能在實際的使用中只需在循環當中加入清狗的指令就OK了。

AVR系列中，avr-libc 提供3個API 支持對器件內部Watchdog 的操作，它們分別是：

wdt_reset() // Watchdog 復位

wdt_enable(timeout) // Watchdog 使能

wdt_disable() // Watchdog 禁止

C8051Fxxx單片機內部也有一個21位的使用系統時鐘的定時器，該定時器檢測對其控制寄存器的兩次特定寫操作的時間間隔。如果這個時間間隔超過了編程的極限值，將產生一個WDT復位。

3 注意事項

大多數51 系列單片機都有看門狗,當看門狗沒有被定時清零時,將引起復位。這可防止程序跑飛。設計者必須清楚看門狗的溢出時間以決定在合適的時候，清看門狗。清看門狗也不能太過頻繁否則會造成資源浪費。程序正常運行時，軟件每隔一定的時間（小于定時器的溢出周期）給定時器置數，即可預防溢出中斷而引起的誤復位。

4 系統軟件"看門狗"的設計思路

1）看門狗定時器T0的設置。在初始化程序塊中設置T0的工作方式，并開啟中斷和計數功能。系統Fosc=12 MHz，T0為16位計數器，最大計數值為（2的10次方）-1=65535，T0輸入計數頻率是.Fosc/12，溢出周期為（65535+1）/1=65536（μs）。

2）計算主控程序循環一次的耗時。考慮系統各功能模塊及其循環次數，本系統主控制程序的運行時間約為16.6 ms。系統設置"看門狗"定時器T0定時30 ms（T0的初值為65536-30000=35536）。主控程序的每次循環都將刷新T0的初值。如程序進入“死循環”而T0的初值在30ms內未被刷新，這時"看門狗"定時器T0將溢出并申請中斷。

3）設計T0溢出所對應的中斷服務程序。此子程序只須一條指令，即在T0對應的中斷向量地址（000BH）寫入“無條件轉移”命令，把計算機拖回整個程序的第一行，對單片機重新進行初始化并獲得正確的執行順序。

看門狗也有對計算機危害之處。如果用看門狗軟件加密并發送到環形網絡內（如學校機房），將會造成每發送一次，兩臺電腦同時中毒一天，還會持續一周蔓延。如：運行速度超慢，桌面背景變換，畫圖軟件要黑色出綠色等等。還會造成每臺電腦少幾個文件。