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技術(shù)專(zhuān)題
設計智能看門(mén)狗的5條提示
設計智能看門(mén)狗的5條提示
從系統故障或軟件故障中恢復并非易事。故障發(fā)生的時(shí)間越長(cháng)，識別和恢復故障就越困難。外部看門(mén)狗的使用是嵌入式系統工程師工具箱中的重要工具。設計看門(mén)狗系統時(shí)，應考慮五個(gè)技巧。
提示＃1 –監視心跳
外部看門(mén)狗可以具有的最簡(jiǎn)單功能是監視由主應用程序處理器產(chǎn)生的心跳。監測心跳應有兩個(gè)不同的目的。首先，微控制器應僅在對軟件執行功能檢查以確保其正常工作后才生成心跳。其次，心跳應該能夠揭示系統的實(shí)時(shí)響應是否受到威脅。
可以使用簡(jiǎn)單的“啞”外部看門(mén)狗來(lái)監視心跳中的軟件功能和實(shí)時(shí)響應。外部看門(mén)狗應具有分配心跳周期以及心跳必須出現在其中的窗口的功能。心跳窗口的目的是允許看門(mén)狗檢測到系統的實(shí)時(shí)響應受到損害。如果功能檢查或實(shí)時(shí)檢查失敗，則看門(mén)狗然后嘗試通過(guò)重置應用程序處理器來(lái)恢復系統。
技巧2 –使用低性能的MCU
可以監視心跳的外部看門(mén)狗的成本相對較低，但會(huì )嚴重限制看門(mén)狗系統的功能和恢復可能性。低能力的微控制器的成本與外部看門(mén)狗定時(shí)器的成本幾乎相同，因此為什么不向看門(mén)狗添加一些智能并使用微控制器?？梢蚤_(kāi)發(fā)微控制器固件，以實(shí)現窗口式心跳監視功能，而且還要增加更多功能。像這樣的“智能”看門(mén)狗有時(shí)被稱(chēng)為主管或安全看門(mén)狗，實(shí)際上已經(jīng)在諸如汽車(chē)等不同行業(yè)中使用了很多年。通常，微控制器看門(mén)狗已被保留用于安全關(guān)鍵型應用，但是考慮到開(kāi)發(fā)工具和硬件成本，它在其他應用中也可能具有成本效益。
提示＃3 –監督關(guān)鍵的系統功能
使用小型微控制器作為看門(mén)狗的決定為看門(mén)狗的使用方式提供了幾乎無(wú)限的可能性。智能看門(mén)狗的第一個(gè)角色通常是監督關(guān)鍵的系統功能，例如系統電流或傳感器狀態(tài)?？撮T(mén)狗如何監視電流的一個(gè)示例是進(jìn)行獨立測量，然后將該值提供給應用處理器。然后，應用處理器可以將自己的讀數與看門(mén)狗的讀數進(jìn)行比較。如果兩者之間存在分歧，則系統將執行一棵認為適合該應用程序的故障樹(shù)。
提示＃4 –觀(guān)察交流渠道
有時(shí)，嵌入式系統似乎可以按看門(mén)狗和應用程序處理器的預期運行，但是從外部觀(guān)察者來(lái)看，它們處于無(wú)響應狀態(tài)。在這種情況下，將智能看門(mén)狗綁定到諸如UART之類(lèi)的通信通道可能會(huì )很有用。當看門(mén)狗連接到通信通道時(shí)，它不僅監視通道流量，而且還監視看門(mén)狗的特定命令。一個(gè)很好的例子是為小型衛星設計的看門(mén)狗，它監視飛行計算機和地面站之間的無(wú)線(xiàn)電通信。如果飛行計算機對無(wú)線(xiàn)電無(wú)響應，可以向看門(mén)狗發(fā)送命令，然后執行該命令并將其用于重置飛行計算機。
提示5 –考慮外部定時(shí)復位功能
當使用微控制器作為看門(mén)狗時(shí)，毫無(wú)疑問(wèn)，誰(shuí)在看門(mén)狗的問(wèn)題在許多工程師的腦海中浮現。使用微控制器實(shí)現額外的功能會(huì )增加系統的復雜性和新的軟件元素。如果看門(mén)狗掉入雜草中，看門(mén)狗將如何恢復？一種選擇是使用前面討論過(guò)的外部看門(mén)狗定時(shí)器。智能看門(mén)狗將生成心跳，以防止自己被看門(mén)狗定時(shí)器重置。另一種選擇是讓?xiě)锰幚砥鞒洚斂撮T(mén)狗的看門(mén)狗。需要仔細考慮最好的方法，以確保兩個(gè)處理器都保持預期的功能。
智能看門(mén)狗的目的是監視系統和主微控制器，以確保它們按預期運行。在系統看門(mén)狗的設計過(guò)程中，允許支持的功能數量不斷增加可能非常誘人。開(kāi)發(fā)人員需要記住，隨著(zhù)智能看門(mén)狗的復雜性增加，看門(mén)狗本身將包含潛在的故障模式和錯誤的可能性也隨之增加。保持看門(mén)狗簡(jiǎn)單并盡可能減少必要的功能集，將確?？梢詫λM(jìn)行詳盡的測試并證明其可以正常工作。