《检测与控制技术》课件第10章.ppt

4.“看门狗”技术如果程序乱飞陷入“死循环”，指令冗余技术、软件陷阱技术就无能为力了。这种情况下，只能依靠程序监视技术，又称“看门狗（Watchdog）”技术来使程序脱离“死循环”。测控系统的应用程序往往采用循环运行方式，每一次循环的时间基本固定。“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，便强迫程序CPU复位，将程序运行拉入正轨。“看门狗”技术既可由硬件实现，也可由软件实现，还可由两者结合来实现。为了便于软、硬件“看门狗”技术比较，下面先介绍硬件电路实现的“看门狗”。实现“看门狗”的硬件方法很多，如单稳态型“看门狗”电路、计数器型“看门狗”电路、微处理器（μP）监控电路等。但随着微电子技术的发展，μP监控电路越来越成熟，因此，在目前的微机测控系统设计中，人们更趋向于利用μP监控电路来实现程序监视功能。μP监控电路有很多种类和规格，如AD公司、MAXIM公司、IMP公司、Xicor公司等均有此类产品。下面以美国MAXIM公司生产的μP监控电路为例进行介绍。该公司拥有上百种μP监控类产品，可提供数千种各具特色的选择，如图10-20所示。MAXIM系列监控电路具有上电复位、监控电压变化（1.6～5V）、Watchdog、片使能、备份电池切换开关等功能；精度范围为±1.5%～±2.5%；有高电平有效和低电平有效两种复位方式；有3pin、4pin、5pin、8pin和16pin多种封装形式,因此，可以满足各种用户的要求。图10-20MAXIM系列μP系列监控电路1）简单监控电路MAX809／810MAX809／810是最简单的微处理器监控电路，专门用于监控微处理器和数字电路的电源。用于5V和3V电源电路时，不用外接元件，即可完成电源监控任务，且具有很高的可靠性。它只有三个引脚，当电源VCC下降到低于阈值时，就产生一个复位信号；当VCC上升并超过复位阈值后，复位信号至少保持140ms。这两种芯片的差别在于，MAX809复位时为低电平，而MAX810为高电平。其引脚和应用电路如图10-21所示。图10-21MAX809/810的引脚与应用电路（a）引脚图；（b）应用电路2）带Watchdog的监控电路在μP监控电路中，还有许多带Watchdog且应用更为广泛的μP监控电路。如MAX815、MAX795、MAX807、MAX705等，下面以MAX815为例进行说明。MAX815是一个高精度（±1%）、低电源供应的μP监控电路，它不但具有上电复位功能，而且还具有Watchdog和低电压检测功能，主要用于复位信号精度与可靠性要求较高的系统中。其内部结构如图10-22所示。图10-22MAX815的内部结构MAX815的典型应用如图10-23所示。图中，用CPU的一位I／O口来控制Watchdog的6号引脚，当CPU正常时，通过软件控制使I／O不断地向6号引脚发脉冲，8号引脚输出为高电平。一旦CPU工作不正常，如飞程序或“死循环”，就会导致CPU不能向6号引脚发脉冲。若此间隔超过Watchdog时钟的输出周期，8号引脚就输出低电平，此电平向CPU发出一个NMI中断请求，CPU便立即响应NMI中断请求，并在中断服务程序中对系统做相应的处理，如停机或复位等。也可把8号引脚接到1号引脚，以直接产生一个复位信号，使“飞掉”的程序重新运行，从而保证系统重新工作，大大提高了系统的可靠性，这就是系统采用Watchdog的主要作用。图10-23MAX815的典型应用电路3）软件“看门狗”技术由硬件电路实现的“看门狗”技术，可以有效地克服主程序或中断服务程序由于陷入死循环而带来的不良后果。但在实际应用中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，导致中断关闭，这时前述的硬件“看门狗”电路的功能将不能实现。依靠软件进行双重监视，可以弥补上述不足。软件“看门狗”技术的基本思路是：在主程序中对T0中断服务程序进行监视；在T1中断服务程序中对主程序进行监视；T0中断监视T1中断。从概率观点看，这种相互依存、相互制约的抗干扰措施将使系统运行的可靠性大大提高。一般系统软件包括主程序、高级中断子程序和低级中断子程序三部分。假设将定时器T0设计成高级中断，定时器T1设计成低级中断，从而形成中断嵌套。现分析如下：主程序完成系统测控功能的同时，还要监视T0中断因干扰而引起的中断关闭故障。设A0为T0中断服务程序运行状态观测单元，T0中断运行时，每中断一次，A0便自动加1。在测控功能模块运行程序（主程序的主体）的入口处，先将A0之值暂存于E0单元。由于测控功能模块程序一般运行时间较长，设定