在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，看門狗是一種重要的機(jī)制，用于在程序異常時(shí)自動(dòng)重啟系統(tǒng)，保障其穩(wěn)定性。本文將深入探討看門狗及其在程序穩(wěn)定性中的作用，幫助您更好地理解和應(yīng)用看門狗技術(shù)。

?看門狗

首先需要明確一點(diǎn)：看門狗并不能直接提升程序本身的穩(wěn)定性和可靠性。它僅能在程序運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，通過重啟應(yīng)用或系統(tǒng)來(lái)恢復(fù)功能。程序的穩(wěn)定性和可靠性，從根本上來(lái)說，取決于編程過程中的規(guī)范性和嚴(yán)謹(jǐn)程度。

看門狗主要分為硬件看門狗和軟件看門狗，二者在實(shí)現(xiàn)方式和使用場(chǎng)景上存在顯著差異。

1.硬件看門狗

硬件看門狗的核心是一個(gè)定時(shí)電路，由被監(jiān)控的CPU提供周期性的“清狗”信號(hào)，即“喂狗”，以清零定時(shí)器。在CPU正常工作時(shí)，能夠定時(shí)“喂狗”，因此看門狗內(nèi)的定時(shí)器不會(huì)溢出。一旦CPU出現(xiàn)故障，無(wú)法繼續(xù)提供“喂狗”信號(hào)，看門狗內(nèi)的定時(shí)器就會(huì)溢出，觸發(fā)復(fù)位信號(hào)，導(dǎo)致CPU重啟，俗稱“被狗咬”。硬件看門狗又可分為兩種類型：1.1 外部獨(dú)立硬件看門狗這種看門狗獨(dú)立于MCU/MPU之外，無(wú)需驅(qū)動(dòng)程序支持，只需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)為喂狗引腳提供一個(gè)電平變化即可，通常通過GPIO實(shí)現(xiàn)電平切換。其喂狗時(shí)間不可設(shè)置，一旦硬件連接完成，就無(wú)法關(guān)閉，除非斷開硬件連接。這種看門狗具有極高的可靠性，適用于對(duì)產(chǎn)品可靠性要求極高的場(chǎng)合。不過，由于它是獨(dú)立的硬件設(shè)備，因此會(huì)增加一定的硬件成本。

外部獨(dú)立硬件看門狗，主要用于解決惡劣外部環(huán)境導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)且無(wú)法人工干預(yù)的問題，也能應(yīng)對(duì)硬件故障引發(fā)的系統(tǒng)死機(jī)重啟需求。

1.2 內(nèi)置硬件看門狗內(nèi)置硬件看門狗是利用處理器內(nèi)部的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作。它需要在系統(tǒng)中編寫驅(qū)動(dòng)程序，初始化定時(shí)器并實(shí)現(xiàn)喂狗操作，甚至可以調(diào)整定時(shí)器的參數(shù)。這種看門狗的喂狗時(shí)間可調(diào)，還可以通過特殊指令關(guān)閉，成本較低。然而，在處理器死機(jī)的情況下，它可能會(huì)失效，因此適用于對(duì)硬件可靠性要求不是特別嚴(yán)格的場(chǎng)合。

內(nèi)置硬件看門狗，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)+應(yīng)用程序喂狗，主要用于解決應(yīng)用程序問題引起的復(fù)位重啟，也能應(yīng)對(duì)部分外部環(huán)境導(dǎo)致的復(fù)位重啟。

2. 軟件看門狗

軟件看門狗的原理與硬件看門狗類似，只是將硬件電路上的定時(shí)器替換為處理器的內(nèi)部定時(shí)器。這種方式可以簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)，但在可靠性方面不如硬件定時(shí)器。例如，如果系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器自身發(fā)生故障，就無(wú)法檢測(cè)到問題。雖然可以通過雙定時(shí)器相互監(jiān)視來(lái)提高可靠性，但這不僅會(huì)增加系統(tǒng)開銷，也無(wú)法解決所有問題，比如中斷系統(tǒng)故障導(dǎo)致定時(shí)器中斷失效。

軟件看門狗，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)+應(yīng)用程序喂狗，主要用于監(jiān)控應(yīng)用程序死機(jī)問題。

?看門狗的正確使用

看門狗本身并不是用來(lái)解決系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的故障，應(yīng)該通過排查設(shè)計(jì)本身的錯(cuò)誤來(lái)解決。加入看門狗的目的是應(yīng)對(duì)程序潛在錯(cuò)誤和惡劣環(huán)境干擾等因素導(dǎo)致的系統(tǒng)死機(jī)，在無(wú)人干預(yù)的情況下自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)正常工作狀態(tài)。然而，看門狗也不能完全避免故障造成的損失。畢竟從發(fā)現(xiàn)故障到系統(tǒng)復(fù)位恢復(fù)正常這段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)處于停滯狀態(tài)。此外，一些系統(tǒng)還需要在復(fù)位前保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并在重啟后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，這可能需要額外的軟硬件開銷。
?可靠性排序與喂狗操作

綜合來(lái)看，看門狗的可靠性排序?yàn)椋?strong>外部獨(dú)立看門狗>內(nèi)置硬件看門狗>軟件看門狗。對(duì)于喂狗操作，外部獨(dú)立看門狗由系統(tǒng)自動(dòng)完成，應(yīng)用程序無(wú)需關(guān)心。而應(yīng)用程序需要喂的狗要么是內(nèi)置硬件看門狗，要么是軟件看門狗，這取決于平臺(tái)本身提供的資源。應(yīng)用程序必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行喂狗操作，以監(jiān)控程序本身的運(yùn)行健康狀況。如果程序編寫不當(dāng)導(dǎo)致異常不喂狗，就會(huì)引發(fā)系統(tǒng)復(fù)位重啟。這就需要程序開發(fā)人員進(jìn)行問題定位和排查，解決可能影響系統(tǒng)運(yùn)行的各種潛在問題。