新型純硬件看門狗電路設(shè)計(jì)分析研究

摘? ?要：看門狗電路是電子電路中一種非常常見的電路，常用的看門狗電路在喂狗進(jìn)程工作，CPU死機(jī)的狀態(tài)時(shí)，可以重新復(fù)位CPU，防止CPU跑飛。但是在一些極端條件下，看門狗進(jìn)程也會(huì)掛死，例如溫度過高等，此時(shí)看門狗無法重啟CPU，設(shè)備死機(jī)。文章提出一種全新的看門狗電路，解決軟件設(shè)備完全死機(jī)后CPU的復(fù)位問題。

關(guān)鍵詞：看門狗;死機(jī);復(fù)位

由CPUhttps：//baike.baidu.com/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/102396構(gòu)成的電子系統(tǒng)中，CPU的工作常常會(huì)受到外界因素的干擾，這些干擾造成各種寄存器和內(nèi)存的數(shù)據(jù)混亂，導(dǎo)致程序跑飛，使軟件陷入死循環(huán)，此時(shí)CPU無法正常工作，整個(gè)電子系統(tǒng)將陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果。

1? ? 常見的看門狗電路

看門狗就是定期地查看芯片內(nèi)部的情況，一旦發(fā)生錯(cuò)誤就向芯片發(fā)出重啟信號(hào)的電路?？撮T狗命令在程序的中斷中擁有最高的優(yōu)先級(jí)。

但是現(xiàn)在市面上絕大多數(shù)的看門狗電路都是軟件看門狗電路，即CPU在完全死機(jī)的情況下（看門狗模塊也死機(jī)）（見圖1），無法進(jìn)行看門狗復(fù)位。

圖1? 純軟件看門狗電路

后期有人改進(jìn)了純軟件的看門狗電路，在CPU看門狗與CPU復(fù)位管腳之間增加了復(fù)位芯片（類似MAX706），具體如圖2所示。

圖2? 增加復(fù)位芯片的看門狗電路

增加了復(fù)位芯片MAX706后，當(dāng)CPU完全死機(jī)時(shí)，CPU的WDT_RST_OUT信號(hào)不喂狗，MAX706的WDI信號(hào)接收不到喂狗信號(hào)后會(huì)通過RST_OUT輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)給CPU，在沒有Switch的情況下，該復(fù)位信號(hào)直接到CPU的復(fù)位管腳，完成CPU的復(fù)位。

但是CPU只有在軟件完全啟動(dòng)后才會(huì)給MAX706提供喂狗信號(hào)，在設(shè)備剛上電時(shí)，MAX706要比CPU早啟動(dòng)，此時(shí)，CPU無法給MAX706提供喂狗信號(hào)，在沒有Switch的情況下，MAX706會(huì)頻繁的復(fù)位CPU，造成CPU無法正常啟動(dòng)。

增加Switch開關(guān)，必須在CPU未完全啟動(dòng)之前保證開關(guān)關(guān)閉，CPU啟動(dòng)之后再打開開關(guān)。此時(shí)，如果CPU出現(xiàn)死機(jī)狀態(tài)，所有控制管腳輸出紊亂，Switch開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，MAX706仍然無法復(fù)位CPU。

2? ? 純硬件看門狗電路

我們提出的硬件看門狗電路可以解決CPU完全死機(jī)的情況下無法復(fù)位的問題，具體如圖3所示。

圖3? 純硬件看門狗電路框

它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

屬性＼類型 純軟件看門狗電路 增加復(fù)位芯片

看門狗電路 純硬件

看門狗電路

CPU程序跑飛復(fù)位 支持 支持 支持

CPU完全死機(jī)復(fù)位 不支持 不支持 支持

硬件看門狗電源的原理框架如圖4所示。

3? ? 原理圖中信號(hào)定義解釋

（1）CPU_GPIO_OUT：輸入信號(hào)，CPU輸出給復(fù)位看門狗芯片（D3）的喂狗信號(hào)，要求1.6 s輸出一個(gè)脈沖。

（2）CPU_RST：輸出信號(hào)，復(fù)位看門狗芯片（D3）輸出給CPU的復(fù)位信號(hào)，低有效。

（3）WDO：輸出信號(hào)，復(fù)位看門狗芯片（D3）的6腳WDI沒有接收喂狗信號(hào)時(shí)，WDO輸出為低。

（4）MR：輸入信號(hào)，該信號(hào)為低時(shí)，會(huì)將復(fù)位看門狗芯片（D3）的7腳置為低。

4? ? 原理圖中器件功能描述

（1）MAX706REPA：復(fù)位看門狗芯片。

（2）MAX4568：?jiǎn)蔚峨p擲SPST開關(guān)。

（3）6368_30E0：60 s延時(shí)IC芯片，LED1、LED2為6368_30E0的兩路輸出，一路輸出低電平，一路輸出高電平，上電不工作，一個(gè)按鍵控制，觸發(fā)一下， 兩路信號(hào)同步工作，延時(shí)60 s，時(shí)間到自動(dòng)停止工作，重新觸發(fā)重新工作60 s。工作中觸發(fā)無效。

5? ? 上電階段

（1）剛上電時(shí)，WDO信號(hào)慢慢變高，U6不導(dǎo)通，U6對(duì)邏輯電平高的判斷要求在2.4 V以上，根據(jù)RC充電電路公式 可算出WDO需要130 ms才能達(dá)到2.4 V。備注：Vt為任意t時(shí)刻，電容上的值;V0為電容的初始值;Vu為電容充滿終止電壓值。

（2）U6不導(dǎo)通，KEY信號(hào)通過R11拉低，U3工作，LED1在剛上電時(shí)是低電平，持續(xù)時(shí)間60 s后變?yōu)楦咦琛?/p>

（3）LED1為低時(shí)，U5不導(dǎo)通60 s，60 s內(nèi)，WDO無論怎么變化，MR不會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)決定MR電平的是R9電阻，一直保持高，則D3的7腳輸出高，CPU正常啟動(dòng)。

6? ? 工作階段

（1）D3上電后沒有被CPU喂狗，WDO在上電1.6 s后會(huì)輸出低電平，但是不會(huì)影響D3的1、7腳電平，CPU正常啟動(dòng)后，對(duì)D3進(jìn)行喂狗，WDO輸出為高，一切正常。

（2）WDO為高后，U6的2腳滿足導(dǎo)通電平，此時(shí)KEY信號(hào)強(qiáng)上拉弱下拉，U3的2腳為高，U3不工作。

（3）U3不工作時(shí)，LED1會(huì)由R13至高，WDO通MR，此時(shí)WDO為高，MR為高，CPU_RST為高，一切正常。

7? ? 死機(jī)

（1）CPU死機(jī)后，D3沒有被喂狗，WDO會(huì)由高變低，U6的2腳需要從3.3 V降低到2.4 V以下，U6才會(huì)關(guān)斷，在U6關(guān)斷之前，KEY仍然保持高，LED1仍然為高，WDO的低信號(hào)通過U5傳輸給MR，MR至低，CPU_RST至低，CPU重啟。

（2）70 ms后，U6的2腳電平降低到2.4 V以下，此時(shí)KEY信號(hào)沒有強(qiáng)上拉，只有弱下拉，U3開始工作，LED1輸出為低，關(guān)斷U5芯片，MR通過電阻R9上拉到高，CPU_RST變高，此階段會(huì)持續(xù)60 s，CPU完成重啟，重新進(jìn)入上電階段。

8? ? 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)的看門狗電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，所有的BOM成本不超過10 RMB;整個(gè)電路已經(jīng)打板驗(yàn)證成功，可以在-20～+85℃條件下使用，且電路的延時(shí)時(shí)間可靈活調(diào)整，可以滿足絕大多數(shù)單板的硬件看門狗啟動(dòng)。

作者簡(jiǎn)介：谷智明（1987— ），男，湖北黃石人，工程師，碩士;研究方向：電子科學(xué)與技術(shù)。

Abstract：Watchdog circuit is a kind of very common circuit in electronic circuit. The commonly used watchdog circuit can reset the CPU， to prevent the CPU from running when the dog is feeding the process and the CPU is dead. However， in some extreme conditions， the watchdog process will also hang up， such as excessive temperature， etc. when the watchdog cannot restart the CPU， device crash. In this paper， a new watchdog circuit is proposed to solve the reset problem of CPU after the software device is completely dead.

Key words：watchdog; crash; reset