如何设计看门狗(硬件看门狗与软件看门狗)
单片机应用技术讲座19 第十五讲 看门狗及其软硬件实现方法
相约单片机单片机应用系统（或产品）的开发不同于一般电子产品。
这是因为一个成熟的单片机应用系统是由软硬件综合而成的，二者相辅相成，缺一不可。
一个完整的单片机应用系统应该是一个软硬件的结合体，它通常是在一个特定的环境下为完成或实现某种功能而设计的，因此在系统处于工作状态时，势必会受到各种外界干扰因素的影响。
这种外界干扰轻者导致系统内部数据出错，重者将严重影响程序的运行，在单片机系统中比较典型的是出现程序“跑飞”的现象。
因此单片机应用系统（或产品）的开发一定要考虑系统的可靠性设计。
一般来说系统的可靠性应从软件、硬件以及结构设计等方面全面考虑，如器件选择、电路板的布线、看门狗、软件冗余等等，只有通过软硬件的多方面设计，才能保证系统总体的可靠性指标，以满足系统在现场苛刻环境下的正常运行，而“看门狗”则是系统可靠性设计中的重要一环。
在一个单片机应用系统中，所谓的“看门狗”是指在系统设计中通过软件或硬件方式在一定的周期内监控单片机或其它ＣＰＵ的运行状况。
如果在规定的时间内没有收到来自单片机或其它ＣＰＵ的触发信号，也就是我们通常所说的没有及时“喂狗”，则系统会强制复位，以保证系统在受到干扰时仍然能够维持正常的工作状态。
看门狗的设计一般采用硬件和软件两种方式，这里我们主要介绍硬件看门狗的设计方法，有关软件看门狗的设计请读者自行参考有关的资料。
在早期的单片机应用系统的设计中，由于没有专门的看门狗芯片，因此往往采用分立器件的方式，如采用５５５时基芯片设计的触发电路。
近年来各厂家开发出多种看门狗芯片，如ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸ８１３、８１０，ＸＩＣＯＲ公司的Ｘ５０４５／５０４３以及ＣＡＴＡＬＹＳＴ公司的２４Ｃ０２１等等。
与此同时，还开发出了多款内嵌看门狗的单片机，５１内核中比较典型的有ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｃ５５ＷＤ、ＡＴ８９Ｓ８２５２，ＷＩＮＢＯＮＤ公司的Ｗ７７Ｅ５８，ＳＳＴ公司的ＳＳＴ８９Ｃ５８以及ＰＨＩＬＩＰＳ公司８７系列的多种型号的单片机等等。
软件看门狗和硬件看门狗
看门狗分硬件看门狗和软件看门狗。
硬件看门狗是利用一个定时器电路，其定时输出连接到电路的复位端，程序在一定时间范围内对定时器清零(俗称“喂狗”)，因此程序正常工作时，定时器总不能溢出，也就不能产生复位信号。
如果程序出现故障，不在定时周期内复位看门狗，就使得看门狗定时器溢出产生复位信号并重启系统。
软件看门狗原理上一样，只是将硬件电路上的定时器用处理器的内部定时器代替，这样可以简化硬件电路设计，但在可靠性方面不如硬件定时器，比如系统内部定时器自身发生故障就无法检测到。
当然也有通过双定时器相互监视，这不仅加大系统开销，也不能解决全部问题，比如中断系统故障导致定时器中断失效。
看门狗本身不是用来解决系统出现的问题，在调试过程中发现的故障应该要查改设计本身的错误。
加入看门狗目的是对一些程序潜在错误和恶劣环境干扰等因素导致系统死机而在无人干预情况下自动恢复系统正常工作状态。
看门狗也不能完全避免故障造成的损失，毕竟从发现故障到系统复位恢复正常这段时间内怠工。
同时一些系统也需要复位前保护现场数据，重启后恢复现场数据，这可能也需要一笔软硬件的开销。
在单任务系统中看门狗工作原理如上所述，容易实现。
在多任务系统中情况稍为复杂。
假如每个任务都像单任务系统那么做，如图1(a)所示，只要有一个任务正常工作并定期“喂狗”，看门狗定时器就不会溢出。
除非所有的任务都故障，才能使得看门狗定时器溢出而复位，如图1(b)。
而往往我们需要的是只要有一个任务故障，系统就要求复位。
或者选择几个关键的任务接受监视，只要一个任务出问题系统就要求复位，如图2(a)所示，相应的看门狗复位逻辑如图2(b)所示。
在多任务系统中通过创建一个监视任务TaskMonitor，它的优先级高于被监视的任务群Task1、Task2...Taskn。
TaskMonitor在Task1~Taskn正常工作情况下，一定时间内对硬件看门狗定时器清零。
如果被监视任务群有一个Task_x出现故障，TaskMonitor就不对看门狗定时器清零，也就达到被监视任务出现故障时系统自动重启的目的。
C51单片机看门狗电路及程序设计方案
C51单片机看门狗电路及程序设计案院系：信息工程学院年级：2010级电子一班禹豪电子一班训虎电子二班邓启新一、引言在由单片机构成的微型计算机系统中，程序的正常运行常常会因为来自外界的电磁场干扰等原因而被打断，从而造成程序的跑飞，而陷入死循环。
由此导致单片机控制的系统无法继续工作，造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片或程序，俗称"看门狗"(watchdog)（1）看门狗电路基本原理看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作，其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连**，该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平（或低电平），这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时，写看门狗引脚的程序便不能被执行，这个时候，看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号，便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号，使单片机发生复位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机的自动复位。
*此处设计原理实际上为下文中硬件看门狗设计思路。
（2）看门狗电路一般设计式“看门狗”电路一般分为硬件看门狗与软件看门狗两种设计式。
硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位。
如果出现死循环，或者说PC指针不能回来，那么定时时间到后就会使单片机复位。
常用的WDT芯片如MAX813,5045,IMP 813等，价格4~10元不等.软件看门狗技术的原理和硬件看门狗类似，只不过是用软件的法实现（即利用单片机部定时器资源，通过编程模拟硬件看门狗工作式），以51系列为例：因在51单片机中有两个定时器，在利用部定时器资源来对主程序的运行进行监控时。
多任务看门狗监控原理和实现
多任务看门狗监控原理和实现在嵌入式系统中为提高微型机系统的可靠性和安全性, 常用的方法就是使用看门狗。
看门狗分硬件看门狗和软件看门狗。
硬件看门狗采用看门狗电路, 通过定时器, 对微型机任务即喂狗在运行时间上加以约束, 任务必须在最大指定时间范围内完成, 否则重启系统。
软件看门狗采用处理器内部定时器, 把任务的理论最大运行时间作为时间约束, 如果该任务超过了这个时间跨度, 则强制退出本次任务。
上述看门狗采用的是单任务的顺序机制, 容易实现。
在多任务系统中情况稍为复杂, 如果每个任务都像单任务系统那样,只要有一个任务正常工作并定期喂狗,看门狗定时器就不会溢出, 而只有所有任务都出现问题时, 定时器才会溢出。
重庆师范大学叶帮利老师曾在Windows系统中探讨和解决了这个问题[ 1 ] , 在嵌入式系统中也有人曾谈到过[ 2 ] , 但是却没有具体实现方法的叙述。
文中把u C / O S - I I 操作系统移植到PHILIPS 公司生产的LPC2132 内核中,基于系统的消息机制和优先级权限, 设置了一个优先级最高的任务作为监视器对微型机上运行的所有任务进行监控, 只要一个任务出现故障, 该监视任务就延迟喂狗, 使定时器溢出, 重启系统, 以保障微型机及所有任务处于长期稳定的运行状态。
1 . 1 硬件和开发环境简介把uC/OS-II操作系统移植到LPC2132的开发板中。
LPC2132 是一个支持实时仿真和跟踪的32 位ARM7TDMI-STM 核微处理器,带64kB 高速FLASH存储器,4 个通信接口, 2 个32 位定时器, 1 个10 位8 路ADC,2 个硬件接口,47 个GPIO 以及多达9个边沿或电平触发的外部中断, 完全能满足一般应用程序及扩展的需求。
uC/OS-II 是一个抢占式多任务实时操作系统, 其源代码公开、可移植性强, 有着易用性、易开发性和普及性的特点。
uC/OS- Ⅱ最多可以管理64 个任务, 这些任务通常都是一个无限循环的函数。
看门狗 原理
看门狗原理
看门狗（Watchdog）原理是一种计算机软件或硬件的保护机制，用来在发生软件或硬件故障时重新启动系统或某个应用程序，而不需要人工处理。
看门狗（Watchdog）原理具有检测功能以及处理功能，可以在系统检测到某种异常情况时采取合适的处理措施，避免造成进一步损害。
看门狗原理在类型上可分为硬件看门狗（HardwareWatchdog）和软件看门狗（SoftwareWatchdog），硬件看门狗是系统硬件板上安装的一种独立模块，而软件看门狗则是操作系统或应用程序中实现的一种保护机制。
硬件看门狗的工作原理主要是采用一个独立的定时计数器来控
制系统中的动作时间，如果一段时间内没有收到来自处理器的某种信号，即认为处理器出现异常，立即重新启动系统。
软件看门狗的工作原理和硬件看门狗相似，也是运行在系统中的一种独立服务，其主要功能是检测系统的运行情况，如果发现系统或某个程序或数据处理器出现错误，就会进行重新启动。
软件看门狗的优点是能够根据不同的需求，进行定制的设置，可以更好的满足不同的需求，而且不需要考虑硬件看门狗的空间限制。
看门狗原理是一种有效的系统保护机制，它能够及时发现系统故障，采取相应的处理措施，防止系统崩溃，损坏数据，从而节省人力物力投入和时间成本，让系统更加安全可靠，降低用户的风险。
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DSP实验看门狗
《DSP技术与实验》实验报告姓名：学号：学期：实验名：看门狗实验一、实验目的1.了解VC5509内部WDT的工作基本原理2.了解如何通过软件正确的使用WDT3.了解WDT的正确操作过程二、实验设备1.一台装有CCS4的电脑2.HX5509 dsp 开发板3.XDS100-USB V1仿真器三、实验原理硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位如果出现死循环，或者说PC指针不能回来。
那么定时时间到后就会使单片机复位。
常用的WDT芯片如MAX813 ,5045, IMP 813等,价格4~10元不等.软件看门狗技术的原理和这差不多，只不过是用软件的方法实现，用DSP的片上外设资源定时器timer来对主程序的运行进行监控。
HX5509的看门狗包括一个16bit的预定标计数器和一个16bit 的主计数器。
从而提供一个32bit的动态范围计数器。
当主计数器减为0时，产生超时事件，引发以下可编程事件1.00b，一个看门狗定时器中断2.01b,看门狗复位3.10b,产生一个非屏蔽中断（NMI）4.11b，不发生任何事件.所产生的超时事件，用过编程控制寄存器WDTCR中的WDOUT域来控制。
四、实验步骤1.打开CCS4，打开watchdog工程，编译工程2.连接好DSP，连接好仿真器3.设置目标configurationa.点击target 下的new target configuration选项b.Connection选择Texas Instruments XDS100V1-USBEmulatorc.Device选择TMS320C5509Ad.点击Save配置，如图五、实验结果及分析六、参考文献所有实验说明.pdfTMS320C55x DSP原理及应用汪春梅，孙洪波，电子工业出版社附件：程序及说明#include <csl.h>#include <csl_wdtim.h>#include <stdio.h>int i, pscVal;WDTIM_Config getConfig;WDTIM_Config myConfig = {0x1000, /* WDPRD */0x0000, /* WDTCR */0x1000 /* WDTCR2 */};main(){CSL_init();#if (_WDTIM_SUPPORT)WDTIM_config(&myConfig);WDTIM_FSET(WDTCR, WDOUT, 1); /* Connect to NMI */WDTIM_FSET(WDTCR, TDDR, 0xF); /* Value to load PSC field */ WDTIM_FSET(WDTCR2, PREMD, 0); /* Set direct mode */WDTIM_service(); /* enable watchdog *///for (i = 0; i < 100; i++)for (;;){WDTIM_getConfig(&getConfig);pscVal = WDTIM_FGET(WDTCR,PSC);printf("pscVal: %x, wdtcr: %x\n",pscVal, getConfig.wdtcr);/* write periodically to WDTIMER - when this line is commented out,the watchdog times out, WDFLAG set to 1, indicatingthat a Watchdog time-out occurred.*/WDTIM_service();} //end for loop#endif}/******************************************************************** **********\* End of wdt.c\******************************************************************** **********/。
单片机看门狗(Watchdog)的工作原理及其应用
单片机看门狗(Watchdog)的工作原理及其应用2010年05月16日星期日 23:00在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞，而陷入死循环。
程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果。
所以，出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称"看门狗"(watchdog)。
看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作，其工作原理是：看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连，该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平)，这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时，写看门狗引脚的程序便不能被执行。
这个时候，看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号。
便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号。
使单片机发生复位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机的自动复位。
看门狗，又叫 watchdog timer，是一个定时器电路。
一般有一个输入，叫喂狗(kicking the dog or service the dog)，一个输出到MCU的RST端，MCU 正常工作的时候，每隔一端时间输出一个信号到喂狗端，给 WDT 清零。
如果超过规定的时间不喂狗，(一般在程序跑飞时)，WDT 定时超过，就会给出一个复位信号到MCU，是MCU复位，防止MCU死机。
看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。
工作原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。
所以，在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。
eda课程设计看门狗
EDA课程设计：看门狗引言随着科技的不断发展，以及人们对个人和家庭安全的日益关注，智能家居安全设备成为了越来越多家庭中的重要组成部分。
其中之一就是看门狗，也被称为智能门锁或智能门禁系统。
看门狗能够通过技术手段实现对门禁的控制、记录进出信息、提供安全保障等功能。
本文将对EDA课程设计的看门狗进行深入探讨。
一、看门狗的原理1.1 传感器技术看门狗使用传感器技术来感知门禁区域的情况。
常用的传感器包括红外线传感器、声音传感器、电子眼等，通过对周围环境的监测来确定是否允许用户进入。
1.2 数据处理与控制一旦传感器监测到有人或物体靠近门禁区域，看门狗将收集传感器的信号，并对数据进行处理和分析，判断是否允许门禁开启。
数据处理与控制是看门狗的核心部分，能够确定是否打开门禁，并将相关信息传输给相应的设备或系统。
1.3 无线通信技术看门狗通常还配备有无线通信技术，可以将门禁信息发送给用户手机或其他智能设备。
这样，用户无论身在何处都能实时获得门禁控制权，方便快捷地进行远程开门操作。
二、看门狗的功能2.1 门禁控制看门狗具备控制门禁的功能，可以自动打开或关闭门禁系统。
用户可以通过手机APP、密码、指纹等方式进行门禁的控制，实现便捷出入。
2.2 进出记录看门狗能够记录进出门禁区域的时间和人员信息，可提供详细的出入记录。
这对于安全管理来说是非常重要的，可以作为调查研究、证据收集等方面的依据。
2.3 可视化监控一些高级的看门狗设备还可以提供可视化监控功能，通过摄像头实时监控门口区域。
用户可以通过手机或其他设备查看门口的实时画面，确保安全性。
2.4 报警与通知当有异常情况发生时，如非法闯入、密码错误等，看门狗能够发出警报并及时通知相关人员。
这样可以迅速采取相应的措施，保护家庭和财产的安全。
三、看门狗的优势3.1 安全性高看门狗采用先进的技术手段，能够快速判断是否允许门禁开启，并可提供多种安全验证方式。
与传统钥匙相比，看门狗的安全性更高，更难被破解。
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看门狗电路的概念和作用
2007/08/05 15:26
一般看门狗电路用来监视MCU内部程序运行状态，在程序跑飞或死锁情况下，可以自动复位。
不过由于厂家、型号不同可能有些差别。
看门狗电路的工作原理是：当系统工作正常时，CPU将每隔一定时间输出一个脉冲给看门狗，即“喂狗”，若程序运行出现问题或硬件出现故障时而无法按时“喂狗”时，看门狗电路将迫使系统自动复位而重新运行程序。
主要作用是防止程序跑飞或死锁
看门狗电路其实是一个独立的定时器，有一个定时器控制寄存器，可以设定时间（开狗），到达时间后要置位（喂狗），如果没有的话，就认为是程序跑飞，就会发出RESET指令
在由单片机构成的微型计算机系统中,由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰,造成程序的跑飞,而陷入死循环,程序的正常运行被打断,由单片机控制的系统无法继续工作,会造成整个系统的陷入停滞状态,发生不可预料的后果,所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑,便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片,俗称"看门狗"
看门狗电路电路的应用,使单片机可以在无人状态下实现连续工作,其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位.
看门狗,又叫 watchdog timer,是一个定时器电路, 一般有一个输入,叫喂狗,一个输出到MCU的RST端,MCU正常工作的时候,每隔一端时间输出一个信号到喂狗端,给 WDT 清零,如果超过规定的时间不喂狗,(一般在程序跑飞时),WDT 定时超过,就回给出一个复位信号到MCU,是MCU复位. 防止MCU死机. 看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。
工作原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。
所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。
硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，也就是说在主程序的运行过程中，我们要在定时时间到之前对定时器进行复位如果出现死循环，或者说PC指针不能回来。
那么定时时间到后就会使单片机复位。
常用的WDT芯片如MAX813 ,5045, IMP 813等,价格4~10元不等.
软件看门狗技术的原理和这差不多，只不过是用软件的方法实现，我们还是以51系列来讲，我们知道在51单片机中有两个定时器，我们就可以用这两个定时器来对主程序的运行进行监控。
我们可以对T0设定一定的定时时间，当产生定时中断的时候对一个变量进行赋值，而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值，在这里我们要设定的定时值要小于主程序的运行时间，这样在主程序的尾部对变量的值进行判断，如果值发生了预期的变化，就说明T0中断正常，如果没有发生变化则使程序复位。
对于T1我们用来监控主程序的运行，我们给T1设定一定的定时时间，在主程序中对其进行复位，如果不能在一定的时间里对其进行复位，T1 的定时中断就会使单片机复位。
在这里T1的定时时间要设的大于主程序的运行时间，给主程序留有一定的的裕量。
而T1的中断正常与否我们再由T0定时中断子程序来监视。
这样就够成了一个循环，T0监视T1，T1监视主程序，主程序又来监视T0，从而保证系统的稳定运行。
51 系列有专门的看门狗定时器,对系统频率进行分频计数,定时器溢出时,将引起复位.看门狗可设定溢出率,也可单独用来作为定时器使用.
C8051Fxxx单片机内部也有一个21位的使用系统时钟的定时器，该定时器检测对其控制寄存器的两次特定写操作的时间间隔。
如果这个时间间隔超过了编程的极限值，将产生一个WDT复位。
看门狗使用注意：大多数51 系列单片机都有看门狗,当看门狗没有被定时清零时,将引起复位。
这可防止程序跑飞。
设计者必须清楚看门狗的溢出时间以决定在合适的时候，清看门狗。
清看门狗也不能太过频繁否则会造成资源浪费。
程序正常运行时，软件每隔一定的时间(小于定时器的溢出周期)给定时器置数，即可预防溢出中断而引起的误复位。
看门狗运用：看门狗是恢复系统的正常运行及有效的监视管理器（具有锁定光驱，锁定任何指定程序的作用，可用在家庭中防止小孩无节制地玩游戏、上网、看录像）等具有很好的应用价值.
系统软件"看门狗"的设计思路：
1.看门狗定时器T0的设置。
在初始化程序块中设置T0的工作方式，并开启中断和计数功能。
系统Fosc=12 MHz，T0为16位计数器，最大计数值为(2的10次方) -1=65 535，T0输入计数频率是．Fosc/12，溢出周期为(65 535+1)／1=65 536(μs)。
2.计算主控程序循环一次的耗时。
考虑系统各功能模块及其循环次数，本系统主控制程序的运行时间约为16．6 ms。
系统设置"看门狗"定时器T0定时30 ms (T0的初值为65 536-30 000=35 536)。
主控程序的每次循环都将刷新T0的初值。
如程序进入"死循环"而T0的初值在30 ms内未被刷新，这时"看门狗"定时器T0将溢出并申请中断。
3.设计T0溢出所对应的中断服务程序。
此子程序只须一条指令，即在T0对应的中断向量地址(000BH)写入"无条件转移"命令，把计算机拖回整个程序的第一行，对单片机重新进行初始化并获得正确的执行顺序。