CN101196836A - 一种控制看门狗电路复位的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种控制看门狗电路复位的方法和装置，其方法包括：对中央处理器CPU当前运行的任务进行计时；计时达到设定定时周期时，通知所述CPU进行处理；CPU中断当前运行的任务，通过异常中断处理程序进行喂狗。控制看门狗复位的装置包括：计时单元，通知单元和中断处理单元。本发明实施例通过CPU中的计时功能异常中断处理程序进行喂狗，从而防止CPU在执行较长的时间没有进行喂狗时而发生看门狗复位的情况，同时避免了现有技术中占有EPLD资源以及依赖EPLD硬件逻辑来实现定时喂狗的问题。

Description

一种控制看门狗电路复位的方法和装置

技术领域

本发明涉及到电子设备领域技术，特别涉及到一种控制看门狗电路复位的方法和装置。

背景技术

随着嵌入式系统的发展，为了满足系统的可靠性设计的要求，通常会在单板上采用看门狗电路来实时监控CPU(Central Process Unit，中央处理器)的运行状态并且在检测到软件异常时产生复位信号使系统复位恢复正常运行，从而避免了在CPU上运行的软件由于某些外在或内在因素的影响，出现程序跑飞或陷入死循环的异常，导致整个系统瘫痪并且无法恢复的情况。

看门狗工作的基本原理为：看门狗电路内部有一个定时器，其定时周期(又称为喂狗周期)一般为1.6秒左右。如果在此定时周期内输入端没有接收到特定脉冲信号，内部定时器超时，看门狗电路就会输出复位信号；反之如果在定时周期内输入端接收到特定脉冲信号，内部定时器就会被清零并重新开始计时，只要内部定时器不超时，看门狗电路就不会输出复位信号。这种在看门狗电路的输入端给出特定脉冲信号以清零内部定时器阻止其输出复位信号的行为，被形象的称为“喂狗”操作，只要“按时”喂狗(即在定时周期内定时给出清零定时器的脉冲信号)，“狗”就不会“咬人”(即不会输出复位信号)。看门狗电路对于CPU软件的实时监控和恢复功能就是通过软件喂狗和输出复位信号来实现的。看门狗电路的复位输出端通常会连接到CPU甚至整个系统的复位管脚上。为了保证系统软件正常工作，则要求软件能够至少在每个喂狗周期内定时给出喂狗信号，来阻止看门狗电路输出复位信号并使系统复位。一旦软件产生异常，比如程序跑飞，就无法正常给出喂狗信号，从而看门狗电路超时复位系统，避免了整个系统由于软件异常而陷入长时间的瘫痪状态。

看门狗电路的引入较好的保障了系统的可靠稳定运行，但同时也带来了一些需要解决的问题。看门狗电路监控的目标是系统正常启动后的应用软件，但是在应用软件正常工作之前，CPU有一个引导启动的过程(包括对应用软件的加载)，这个过程通常会占用几十秒的时间。在这个过程中为了使系统能够正常启动，也需要进行喂狗操作。对于一个比较简单的没有引入操作系统的软件系统来说，可以完全由软件人员在编写的引导程序中根据语句执行的时间适当的加入喂狗语句(即输出喂狗信号的程序语句)来防止看门狗复位。但是系统中如果引入了嵌入式操作系统，在引导程序中不可避免的要进行操作系统初始化，以及调用系统函数的过程。在对系统函数的调用过程中，函数的具体实现对于软件人员是不可见的，因而无法在这些函数中插入喂狗语句来进行喂狗；同时，在操作系统正常工作之前，多任务环境尚未建立，也无法通过高优先级任务的抢占来实现喂狗。因此在启动过程中如果系统函数调用的执行时间比较长(比如代码搬移过程用到的解压缩函数等)，超出了喂狗周期，系统在调用这类函数的过程中将发生看门狗复位，导致系统无法正常启动。

为了解决在操作系统和应用软件正常运行前CPU上电启动过程中的看门狗复位导致系统无法正常启动的问题，目前通常的做法是在单板的硬件逻辑EPLD(Erasable Programmable Logic Device，可擦除编程逻辑器件)中增加喂狗功能的设计，使得在单板上电后的几十秒钟时间(具体时长根据系统启动时间的花销而定)内由EPLD逻辑产生周期喂狗信号，来保证单板上电后的CPU启动过程中不会产生看门狗复位系统的行为。上电完成系统启动后，EPLD逻辑停止喂狗，由软件进行喂狗，恢复看门狗电路对CPU软件的监控和恢复功能。

在进行本发明过程中，发明人发现现有技术中通过EPLD逻辑来解决CPU上电启动过程中的喂狗问题至少存在如下问题：一方面，该功能需要占用EPLD逻辑资源，对于逻辑要实现一个几十秒钟的定时信号本身要通过对系统时钟的分频来实现，这个将几十Mhz(兆赫兹)分频出几十秒信号的分频电路占用的逻辑单元对于一个EPLD逻辑器件来讲相当可观；另一方面，目前在一些单板设计中，出于对成本或者体积等其他考虑，可能不采用EPLD逻辑器件，而只保留FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)逻辑器件。熟悉本领域的技术人员均知道，FPGA是RAM(Random Access Memory，随机访问存储器)型的逻辑器件，它与EPLD最大的一个区别就在于断电后内部逻辑无法保存，每次上电后都需要重新加载才能正常运行，因此无法使用FPGA逻辑来完成CPU上电启动时的喂狗功能。显然，在这种没有EPLD设计的单板系统中，在单板上电启动过程中采用硬件逻辑EPLD喂狗方法不可行。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种控制看门狗电路复位的方法和装置，以解决现有技术中单板上电启动过程中通过占用EPLD资源以及依赖EPLD硬件逻辑来实现看门狗复位中喂狗的问题。

本发明实施例提供了一种控制看门狗复位的方法，包括：

对中央处理器CPU当前运行的任务进行计时；

计时达到设定定时周期时，通知所述CPU进行处理；

CPU中断当前运行的任务，通过异常中断处理程序进行喂狗。

本发明实施例提供了一种控制看门狗复位的装置，包括：计时单元，通知单元和中断处理单元；

计时单元用于对CPU当前运行的任务进行计时；

通知单元和计时单元相连，用于该计时单元计时达到设定定时周期时，通知CPU进行处理；

中断处理单元用于通知单元通知所述CPU进行处理后，通过异常中断处理程序进行喂狗。

由此可以看出，本发明实施例很方便的通过CPU中的计时单元对CPU当前运行的任务进行计时，当计时达到预先设定的定时周期时，通知CPU，CPU中断当前运行的任务，通过异常中断处理程序进行喂狗，从而防止CPU当前运行的任务在执行较长的时间没有进行喂狗时，而发生看门狗复位的情况，同时避免了现有技术中占有EPLD资源以及依赖EPLD硬件逻辑来实现定时喂狗的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的控制看门狗复位的方法流程图。

图2为本发明实施例提供的在应用场景为VxWorks系统中PPC CPU时的基本启动流程及其喂狗方法流程图。

图3为本发明实施例提供的在应用场景为VxWorks系统中IXP23XX网络处理器的基本启动流程及其喂狗方法流程图。

图4为本发明实施例五提供的控制看门狗复位的装置图。

具体实施方式

本发明实施例公开了控制看门狗电路复位的方法和装置。

在本发明实施例中，控制看门狗复位的方法和装置实际上是解决看门狗电路中的喂狗问题，本发明实施例所说的喂狗和控制看门狗复位是解决同一问题。

本发明实施例一提供的控制看门狗复位的方法，如图1所示，具体包括：

步骤101、对中央处理器CPU当前运行的任务进行计时；

步骤102、计时达到设定定时周期时，通知所述CPU进行处理；

步骤103、所述CPU中断当前运行的任务，通过异常中断处理程序进行喂狗。

本发明实施例利用单板上的CPU中的寄存器或者定时器模块的计时功能，通过软件编写异常中断处理程序进行喂狗操作，由于中断优先级最高，当计时达到预先设定的定时周期(即喂狗周期)，可以中断CPU当前任务的运行，进行喂狗操作，进而防止单板上电启动过程中引导任务在调用执行时间较长的系统函数时，发生看门狗复位的情况，同时避免了现有技术中的单板上电启动过程中占用EPLD资源以及依赖EPLD硬件逻辑来实现定时喂狗的问题。

本发明实施例二提供了一种在VxWorks系统(风河公司提供的一种嵌入式实时操作系统)中控制看门狗复位的具体应用场景。通过PPC(PowerPC，Freescale飞思卡尔公司推出的一组CPU系列名称)系列的CPU环境(如MPC8260)上的DEC(Decrementer Register，递减寄存器)进行计时，利用定时中断实现喂狗，具体为：

PPC系列的CPU中都具有一个DEC寄存器，它是一个按照固定频率自动递减的计数器，当该寄存器的最高位发生变化由0变为1时，表示达到预先设定的定时周期，就会产生相应的DEC异常，通知CPU进行处理。编写DEC异常中断处理程序，通过该程序实现喂狗操作，并根据喂狗周期和DEC的递减频率的关系给DEC寄存器重新赋值，并挂接到该异常矢量处，就可以实现定时中断喂狗功能。

本发明实施例三提供了另外一种在VxWorks系统中控制看门狗复位的具体应用场景。通过PPC(Power PC，Freescale飞思卡尔公司推出的一组CPU系列名称)系列的CPU环境(如MPC8260)上CPM(Communication ProcessorModule，通信处理器模块)定时器Timer进行计时，利用定时中断实现喂狗，具体为：

CPM Timer是PPC系列CPU中的定时器模块，它在计时完成时产生一个Timer中断，通知片内的中断控制器，再由中断控制器输出外部中断信号，通知CPU产生了外部中断异常，并到外部中断异常矢量处执行异常中断处理程序。虽然这是一个二级中断的过程，并涉及中断复用等较为复杂的操作，但是在操作系统完成中断系统的初始化后，软件人员只需编写基本的中断服务程序，通过系统提供的挂接函数就可实现定时中断喂狗。

本发明实施例四还提供了一种在VxWorks系统中控制看门狗复位的具体应用场景。通过IXP23XX(Intel网络处理器)系列的网络处理器环境(如IXP2350)中，APB总线上的Timer定时器模块进行计时，利用定时中断实现喂狗，具体为：

Timer定时器模块在计时完成时产生一个Timer中断，通知中断控制器，中断控制器通知CPU(在IXP23XX系列网络处理器为ARM处理器(AdancedRISC Machines，公司名字，也是一种处理器的通称))内核产生中断请求，如FIQ(Fast Interrpt Request，快速中断请求)或者IRQ(Interrupt Request，中断请求)异常，通过相应异常中断处理程序的执行产生定时中断实现喂狗。类似于上述PPC的CPM Timer，这是一个二级中断的过程并涉及中断复用等较为复杂的操作，在操作系统尚未建立好中断系统时，相对于PPC系列CPU中的DEC中断喂狗方案，除了必须创建FIQ或是IRQ的一级中断处理程序，挂接到相应矢量处，还需要初始化中断控制器，挂接Timer中断异常处理程序，使其可以接收Timer模块的中断并通知内核FIQ或IRQ异常的产生，完成定时中断喂狗。

下面结合附图对本发明实施例做进一步的详细阐述。

图2为本发明实施例提供的在应用场景为VxWorks系统中PPC CPU时的基本启动流程及其喂狗方法流程图。

实际的VxWorks系统中PPC CPU启动过程较为复杂，此处只重点说明跟启动过程中喂狗相关的部分。如图2所示，左边实体方框中简要描述了一个简化的CPU上电到应用软件开始运行的基本启动过程，右边虚框注释则说明了在这个启动过程中的喂狗方法。

首先在步骤201中，C语言环境建立前，通常是用汇编语言实现CPU、RAM的基本初始化，这个过程比较短，一般采用插入语句的方式实现喂狗即可满足要求。

在步骤202中，就需要调用操作系统函数实现大多数功能，某些操作(如解压缩、MMU(Memory Management Unit，内存管理单元)的配置等)是比较耗时的，采用中断定时喂狗是比较好的方法。同时在CPU的片内中断控制器初始化之前，直接使用DEC异常喂狗是较为简单易行的方案，因此在步骤202之前，就可以初始化DEC异常，采用DEC的定时中断实现喂狗。

步骤203、系统启动进入初始化系统硬件(包括对中断控制器的初始化)，操作系统的配置以及启动操作系统内核。

步骤204、系统时钟初始化，并且完成操作系统内存管理、IO系统等模块的初始化(即完成多任务运行环境的创建)。但是操作系统启动过程中默认启用DEC中断来产生系统时钟，因此我们在步骤204系统时钟初始化之前，停止使用DEC定时中断喂狗。

在步骤204(系统时钟初始化)之前，停止使用DEC定时中断喂狗，改用CPM Timer中断进行喂狗，此时系统的各个异常矢量均完成了初始化并且中断控制器也初始化完成，挂接CPM的Timer的中断处理程序也比较方便实现。

最后，在步骤205中启动应用软件的运行之前，停止CPM Timer的定时中断喂狗，由应用软件启用任务喂狗，恢复看门狗对于软件运行的监控功能。

图3为本发明实施例提供的在应用场景为VxWorks系统中IXP23XX网络处理器的基本启动流程及其喂狗方法流程图。

在IXP23XX系列网络处理器中，不具备上述类似PPC系列CPU中DEC这样具有定时功能的中断异常，只在APB总线上挂有Timer定时器模块，所以利用Timer定时器模块的功能实现喂狗。

因为同样采用vxWorks操作系统，启动过程同图2所示的步骤是基本一致的。不同的是，由于采用的CPU架构不同，定时中断喂狗方法也有所不同(虚框标示)。在IXP23XX系列网络处理器中，只有Timer模块可以用于产生定时中断，所以在启动过程中步骤302到步骤305中应用软件运行前都只能使用该定时中断喂狗。而在步骤302之前，操作系统完全没有建立，要通过Timer定时中断喂狗，除了创建一级FIQ或IRQ的异常处理程序，挂接到相应矢量处，还需要初始化中断控制器，挂接二级Timer中断服务程序，以完成定时中断喂狗操作。接着，在步骤304中，操作系统将完成系统矢量初始化以及中断系统的建立，原来由软件人员自己实现的异常处理及中断控制器的复用程序都将失效，因而需要重新调用操作系统的函数、重新挂接定时器中断服务程序来继续进行定时中断喂狗操作。最后步骤305中，在应用软件运行前关闭Timer定时中断，由应用软件启用任务喂狗，恢复看门狗对于软件运行的监控作用。

本发明实施例五提供的一种控制看门狗电路复位的装置，如图4所示，包括计时单元，通知单元和中断处理单元；

计时单元用于对CPU当前运行的任务进行计时；

通知单元和计时单元相连，用于计时单元计时达到设定定时周期时，通知CPU进行处理；

中断处理单元用于通知单元通知CPU进行处理后，通过异常中断处理程序进行喂狗。

计时单元可以为DEC寄存器、CPM Time或者Timer。但是计时单元并不仅仅局限于上述几种，单板上的任何一种可以计时功能的单元都可以用来计时。

以上举优选的实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上为本发明的优选实施例而已，并不用以限定本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种控制看门狗电路复位的方法，其特征在于，

对中央处理器CPU当前运行的任务进行计时；

计时达到设定定时周期时，通知所述CPU进行处理；

所述CPU中断所述CPU当前运行的任务，通过异常中断处理程序进行喂狗。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对CPU当前运行的任务进行计时包括：

通过递减寄存器DEC对CPU当前运行的任务进行计时；或者

通过通信处理模块CPM定时器Timer对CPU当前运行的任务进行计时；或者

通过定时器模块Timer对CPU当前运行的任务进行计时。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当通过递减寄存器DEC对CPU当前运行的任务进行计时时，所述计时达到设定定时周期时，通知所述CPU进行处理步骤具体为：

所述递减寄存器DEC的最高位发生变化时，产生DEC异常并通知CPU进行处理。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过异常中断处理程序进行喂狗具体为：

通过DEC异常中断处理程序进行喂狗。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述DEC异常中断处理程序还用于根据所述设定定时周期以及DEC的递减频率关系给DEC重新赋值，并挂接到DEC异常矢量处。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当通过CPM Timer对CPU当前运行的任务进行计时时，

所述计时达到设定定时周期时，通知所述CPU进行处理和所述CPU中断所述CPU当前运行的任务，通过异常中断处理程序进行喂狗步骤具体为：

所述CPM Timer计时完成时，产生Timer中断并通知中断控制器；

所述中断控制器输出中断信号，通知CPU产生外部中断异常，并到所述外部中断异常矢量处执行异常中断处理程序，所述异常中断处理程序通过系统提供的挂接函数实现定时中断喂狗。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当通过Timer对CPU当前运行的任务进行计时时，

所述计时达到设定定时周期时，通知所述CPU进行处理和所述CPU中断所述CPU当前运行的任务，通过异常中断处理程序进行喂狗步骤具体为：

Timer定时器模块计时完成时产生Timer中断并通知中断控制器；

所述中断控制器通知CPU产生中断请求，执行异常中断处理程序产生定时中断实现喂狗。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述中断请求为：快速中断请求FIQ异常或者中断请求IRQ异常。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在通过定时器模块Timer对CPU当前运行的任务进行计时之前，还进一步包括：初始化所述中断控制器，挂接Timer异常中断处理服务程序。

10.一种控制看门狗电路复位的装置，其特征在于，包括计时单元，通知单元和中断处理单元；

所述计时单元用于对CPU当前运行的任务进行计时；

所述通知单元和所述计时单元相连，用于所述计时单元计时达到设定定时周期时，通知所述CPU进行处理；

所述中断处理单元用于通知单元通知所述CPU进行处理后，通过异常中断处理程序进行喂狗。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述计时单元为：DEC寄存器、CPM Time或者Timer。

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