CN101620554B - 一种数据通信系统异常检测恢复方法、装置和网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据通信系统异常检测恢复方法、装置和网络设备。所述方法包括：检测系统电源电压是否正常；在系统电源电压正常时，如果在预设时间内接收不到中央处理器CPU的喂狗信号则停止发出喂狗信号；在系统电源电压异常时，定期发出喂狗信号。本发明通过检测系统电源电压是否正常，可以控制系统电源电压出现异常时暂时不复位恢复系统，等到电压恢复到正常且系统受电压异常影响已出现功能异常后再复位恢复系统，防止在系统电源电压异常情况下恢复系统而导致系统工作不稳定，确保系统自动恢复后能够可靠工作。

Description

一种数据通信系统异常检测恢复方法、装置和网络设备

技术领域

本发明涉及一种数据通信系统异常检测恢复方法、装置和网络设备，属于数据通信技术领域。 

背景技术

看门狗(Watch Dog Timer，简称WDT)技术是最常见的抗干扰技术。看门狗有硬件看门狗和软件看门狗之分，无论是硬件看门狗还是软件看门狗实际上都是一个可清零的定时计数器。如果该定时计数器用中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)外部电路实现，则为硬件看门狗，如果该定时计数器用CPU芯片内部定时器或者计数器实现，则称为软件看门狗。 

图1是硬件看门狗的一种典型应用。TPS3823是一款看门狗定时芯片，其定时输出端(图1中TPS3823的Reset#脚)连接到CPU和其它芯片的复位端(图1中CPU的Reset#脚)，其定时清零端(图1的WDI)连接到CPU的输入输出端(图1中的I/O)。CPU程序在规定时间范围内通过I/O端对WDI送变化电平，以便使看门狗定时器清零(俗称“喂狗”)。因此如果程序正常工作时，定时器总是不断被清零而不能溢出，也就不能产生复位信号；如果程序出现故障，定时器没有被及时清零，就会使定时器溢出，从而产生复位信号并重启系统。 

看门狗本身并不是用来解决系统出现的问题，而是使系统在出现问题之后能够自我恢复。系统若因为恶劣环境干扰导致CPU死机或系统本身存在可导致自身死机的缺陷，加入看门狗就可以有效的使得系统能够在无人干预的情况下自动恢复到正常的工作状态。若因为环境干扰等导致了系统 部分功能失效，例如图1中的“其他芯片”出现寄存器错乱，而CPU并未死机，在这样的异常情况下，系统将无法快速自我恢复。 

对于数据通信产品这样的高可靠性产品，电源电压异常在实际环境中经常出现，电源是确保产品稳定工作的基础，在电源电压出现异常导致产品出现功能异常后，产品能否迅速地恢复正常，这是衡量一个产品可靠性的重要方面。目前的做法是在产品出厂前对电源进行检测和测试，然而这并不能保证产品在使用中不会出现电源电压波动等异常，一旦电源电压异常造成产品部分功能异常，无法保证产品快速恢复到正常工作。因此对电源电压进行实时监测显得非常重要。 

以以太网交换机为例，一般系统的工作电压有3.3V、2.5V等，当电源电压出现异常后，可能出现的情况是其中一路电压变得很低(如3.3V)，而另外一路虽然变得很低，但仍旧能够正常工作，此时系统2.5V部分还能正常进行寄存器操作等；而3.3V部分已经完全瘫痪，与其相关的寄存器等无法正常操作。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。寄存器内的数据可用来执行算术及逻辑运算，存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，即寻址。 

1)若电源电压的异常影响到CPU正常工作，CPU程序不能在规定时间范围内通过I/O端对WDI送变化电平喂狗，不管其他芯片(如以太网交换机交换芯片)是否已经异常，这种情况下通过图1方式可对系统执行复位操作。然而此时电源电压可能还没有恢复正常，即便执行了复位操作，系统仍可能无法正常工作。在电源电压没有恢复正常就执行复位操作还可能带来这样的影响，即复位后CPU可能又正常工作了，而其他芯片工作异常，这种情况下在电源电压恢复正常后，如图1的方式将无法恢复系统的正常工作。 

2)若电源电压的异常使得其他芯片(比如以太网交换机的交换芯片)工作异常，而并未影响到CPU的正常工作，这种情况下CPU程序会在规定 时间范围内通过I/O端对WDI送变化电平喂狗，此时按照如图1的工作方式无法快速实现系统恢复。尽管这种情况下CPU可以对系统功能进行检测，重新初始化功能异常的芯片，尝试恢复其正常工作，但由于缺少触发CPU进行这种操作的条件，使得这种方式的实时性不够，无法使系统快速恢复。 

此外，目前常用的电压异常检测和自动复位的方法是用模拟电路来实现的，只有在电源瞬时完全掉电，才能被准确检测到，而对电源电压的波动(如电压从2.5V波动到1.9V)，该方法将无法准确检测电压异常。对于数据通信系统中常见的低电压(如1.2V、1.8V)，目前模拟电路的检测方法无法准确实现电压异常检测和自动恢复，具有局限性；正因为这样的局限性，对于一般具有多种电压的数据通信系统，目前模拟电路的方法无法实现对多路电压的检测和自动复位。同时，由于模拟方式无法量化电压幅值大小，采用模拟电路的方法检测电压是否恢复正常，无法确保电压真正是恢复到正常后再发起复位。 

专利《可靠上电复位装置》(申请号200320112065.2)提出了一种可靠上电复位装置，包括延时电路、隔离驱动器、可控隔离驱动器、看门狗芯片以及上拉电阻，所述延时电路的输出端接所述隔离驱动器的输入端，并经所述隔离驱动器后，变成标准逻辑电平，并送至所述可控隔离驱动器的控制端，所述看门狗芯片的输出端接所述可控隔离驱动器的输入端，所述可控隔离驱动器输出端接所述上拉电阻和所述上电复位电路板上各芯片的复位脚。此专利对复位电路进行了改进，在电路板上利用延时电路和可控隔离驱动器，通过延时的方法保证电路板上电时供电电压达到标准工作电压后才对各芯片复位。但是此专利中的方法仅仅适用于上电复位过程，用于上电复位过程中起调整作用，上电之后如果电源电压出现异常波动，在电源电压没有下降到的足够低时，此方法不能起到任何作用；此外，如果系统电源电压是异常的，即使经过了一段时间的延迟，上电复位后的电压仍然无法达到正常电压。 

发明内容

本发明的目的是提供一种数据通信系统异常检测恢复方法、装置和网络设备，用于解决现有技术中在系统电源电压异常时进行系统复位而导致系统工作不稳定的问题。 

为实现上述目的，本发明提供了一种数据通信系统异常检测恢复方法，所述方法包括： 

检测系统电源电压是否高于设定的参考电压，如果是，则确定为正常，否则确定为异常； 

在系统电源电压正常时，如果逻辑判断模块在预设时间内接收不到CPU的喂狗信号，则所述逻辑判断模块停止发出喂狗信号；所述喂狗信号是使看门狗定时器清零的信号； 

在系统电源电压异常时，所述逻辑判断模块定期发出喂狗信号。 

为了实现上述目的，本发明还提供了一种数据通信系统异常检测恢复装置，所述装置包括电压检测模块和逻辑判断模块； 

所述电压检测模块，用于检测系统电源电压是否高于设定的参考电压，如果是，则确定系统电源电压为正常，否则确定系统电源电压为异常，并将系统电源电压是否正常的检测结果发送给逻辑判断模块； 

所述逻辑判断模块与电压检测模块连接，所述逻辑判断模块用于在系统电源电压正常时，如果在预设时间内接收不到中央处理器CPU的喂狗信号则停止发出喂狗信号；以及在系统电源电压异常时，定期发出喂狗信号；所述喂狗信号是使看门狗定时器清零的信号。 

为了实现上述目的，本发明又提供了一种网络设备，所述网络设备包括上述装置。 

本发明通过检测系统电源电压是否正常，可以控制系统电源电压出现异常时暂时不复位恢复系统，等到电压恢复到正常且系统受电压异常影响已出 现功能异常后再复位恢复系统，防止在系统电源电压异常情况下恢复系统而导致系统工作不稳定，确保系统自动恢复后能够可靠工作。 

附图说明

图1为看门狗电路电路示意图 

图2为本发明一种数据通信系统异常检测恢复方法实施例一示意图 

图3为本发明一种数据通信系统异常检测恢复方法实施例二示意图 

图4为本发明一种数据通信系统异常检测恢复方法实施例三示意图 

图5为本发明一种数据通信系统异常检测恢复装置实施例一示意图 

图6为中介电源模块实施例示意图 

图7为电压检测模块实施例示意图 

图8为本发明一种数据通信系统异常检测恢复装置实施例二示意图 

图9为本发明一种数据通信系统异常检测恢复装置实施例三示意图 

图10为本发明一种数据通信系统异常检测恢复装置实施例四示意图 

图11为本发明一种网络设备实施例示意图 

具体实施方式

本发明的目的是提供一种数据通信系统异常检测恢复方法、装置和网络设备，用于解决现有技术中在系统电源电压异常时进行系统复位而导致系统工作不稳定的问题。 

下面结合附图对本发明进行说明，本发明提供了一种数据通信系统异常检测恢复方法，图2给出了本发明一种数据通信系统异常检测恢复方法实施例一示意图，所述方法包括： 

步骤S1，检测系统电源电压是否正常，如果正常则执行步骤S2，否则执行步骤S3； 

所述检测系统电源电压是否正常具体可以为：设定参考电压，如果系统 电源电压高于参考电压则为正常，否则为异常。 

步骤S2，如果在预设时间内接收不到中央处理器CPU的喂狗信号则停止发出喂狗信号； 

步骤S3，定期发出喂狗信号。 

定期发出喂狗信号直至系统电源电压恢复正常。 

本发明通过检测系统电源电压是否正常，可以控制系统电源电压出现异常时暂时不复位恢复系统，等到电压恢复到正常且系统受电压异常影响已出现功能异常后再复位恢复系统，防止在系统电源电压异常情况下恢复系统而导致系统工作不稳定，确保系统自动恢复后能够可靠工作。 

图3给出了本发明一种数据通信系统异常检测恢复方法实施例二示意图，本实施例除了包括方法实施例一的步骤外，还包括： 

步骤S4，系统电源电压由异常变为正常时，如果在预设时间内接收到CPU的喂狗信号，则通知CPU进行系统检查。 

所述CPU进行系统检查具体可以为：CPU检查系统功能是否正常，如果正常则不执行任何操作，否则CPU尝试恢复，如果无法恢复则CPU停止发送喂狗信号。 

通过在系统电源电压由异常变为正常时，及时通知CPU进行系统检查，防止在系统电源电压异常期间系统功能出现异常而无法得到及时检查恢复的问题。 

步骤S4可以在步骤S1之后的任意位置执行。 

图4给出了本发明一种数据通信系统异常检测恢复方法实施例三示意图，本实施例除了包括方法实施例二的步骤外，在所述步骤S3之后还包括步骤S5：将所述系统电源电压异常情况记录至寄存器中。 

通过将所述系统电源电压异常情况记录至寄存器中，可以判断系统电源电压是否出现过波动。即系统电源电压是否由异常变为正常，从而在预设时间内接收到CPU的喂狗信号，即CPU喂狗信号正常时通知CPU进行系统检查。 

本实施例除了可以在方法实施例二的基础上进行上述扩展外，还可以在方法实施例一的基础上进行上述扩展。 

图5给出了本发明一种数据通信系统异常检测恢复装置实施例一示意图，所述装置包括电压检测模块M1和逻辑判断模块M2； 

所述电压检测模块M1，用于检测系统电源电压是否正常，并将检测结果发送给逻辑判断模块； 

所述电压检测模块具体可以用于设定参考电压，如果系统电源电压高于参考电压则为正常，否则为异常。 

电压检测模块可以通过电压比较器来实现的，电压比较器的工作电源可以由图6中VDD_OUT提供，电压检测实现方法如图7所示： 

VDD_OUT经过两个高精度电阻分压后得到一个电压，这里称作参考电压Vref，例如可以将Vref设置成芯片能正常工作的最低电压，图中Vsup为系统电源电压，常见的例如3.3V，2.5V等。当Vsup电压大于Vref时，输出Output为高电平，即逻辑1，此时表示系统电源电压正常；当Vsup电压小于Vref时，输出Output为低电平，即逻辑0，此时表示系统电源电压偏低，已经低于设计参考值，系统电源电压异常。Output管脚与逻辑判断模块连接，因此逻辑判断模块可以通过Output管脚的电平状态来判断系统电源电压是否出现了异常。 

所述逻辑判断模块M2与电压检测模块M1连接，用于在系统电源电压正常时，如果在预设时间内接收不到CPU的喂狗信号则停止发出喂狗信号；在系统电源电压异常时，定期发出喂狗信号。 

所述逻辑判断模块M2还可以用于在系统电源电压异常时，定期发出喂狗信号之后，将所述系统电源电压异常情况记录至寄存器中。 

所述逻辑判断模块具体可以通过复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，简称CPLD)来实现，CPLD是一种可编程逻辑器件，它可以在制造完成后由用户根据自己的需要定义其逻辑功能，在电子 系统中一般用于实现一些简单的用户定制逻辑。 

例如逻辑判断模块通过实时监控Output管脚电平和CPU的喂狗信号来实现对数据通信系统的异常检测和恢复，如图7中，若电压检测模块的Output管脚电平一直为高电平，且没有出现低电平的记录，此时若逻辑判断模块在预设时间内接收不到CPU的喂狗信号，说明CPU已停止了喂狗，此时逻辑判断模块的喂狗操作也停止。具体检测是否接收到CPU的喂狗信号是通过检测CPU的I/O脚的电平变化来实现的。 

若Output管脚一直为高电平，且在预设时间内接收到CPU的喂狗信号，即CPU的喂狗信号正常，说明系统工作正常。 

若检测到Output管脚为低电平，说明系统电源出现异常，此时不管CPU是否有喂狗操作，逻辑判断模块仍旧持续喂狗，因为此时系统电源电压异常，即使执行了复位，系统仍旧可能无法正常工作。同时逻辑判断模块还可以将Output管脚出现低电平记录到寄存器中。 

若检测到Output管脚由低电平变成高电平，说明系统电源电压由异常恢复到正常，而先前的电压异常很可能已经导致系统部分功能异常了。若先前的电压异常导致CPU异常，在预设时间内无喂狗信号送出，此时逻辑判断模块停止喂狗操作，看门狗在预设时间内接收不到逻辑判断模块的喂狗信号，则发起复位操作使系统恢复正常。 

图8给出了本发明一种数据通信系统异常检测恢复装置实施例二示意图，本实施例除了包括装置实施例一的结构特征外，所述逻辑判断模块M2还可以用于在系统电源电压由异常变为正常时，如果在预设时间内接收到CPU的喂狗信号，则通知CPU进行系统检查。 

CPU可以通过调用系统检查模块M3来进行系统检查。 

所述装置还包括系统检查模块M3，与CPU M4连接，用于检查系统功能是否正常，如果正常则不执行任何操作，否则通知CPU尝试恢复，如果无法恢复则通知CPU停止发送喂狗信号。 

例如在检测到Output管脚由低电平变成高电平时，若先前的电压异常没有导致CPU工作异常，有喂狗信号送出，此时逻辑判断模块可以将CPU的中断信号INT#置低，通知CPU在接收到该中断信号后检查系统功能是否正常。若正常，则不执行任何操作；若有异常情况，例如有的芯片寄存器错乱，则CPU尝试恢复，若无法恢复，此时CPU停止送出喂狗信号，逻辑判断模块控制看门狗复位以恢复系统正常工作。 

图9给出了本发明一种数据通信系统异常检测恢复装置实施例三示意图，本实施例除了包括装置实施例二的结构特征外，还包括中介电源模块M5，与电压检测模块M1和逻辑判断模块M2连接，用于在系统电源电压正常时，使用系统电源对电压检测模块和逻辑判断模块供电，并对自身充电，以及在系统电源电压异常时对电压检测模块和逻辑判断模块供电。 

本实施例除了可以在装置实施例二的基础上进行上述扩展外，还可以在装置实施例一的基础上进行上述扩展。 

图10给出了本发明一种数据通信系统异常检测恢复装置实施例四示意图，本实施例除了包括装置实施例三的结构特征外，还包括复位模块M6、系统电源M7、CPU M4和其它芯片M8； 

所述复位模块M6与中介电源模块M5、逻辑判断模块M2、CPU M4和其它芯片M8连接，用于在预设时间内未接收到逻辑判断模块发出的喂狗信号时，向逻辑判断模块、CPU和其它芯片发送复位信号； 

复位模块即为现有技术中的看门狗，当逻辑判断模块在规定时间范围内向复位模块发送喂狗信号时，使复位模块中的看门狗芯片定时器清零，则不产生复位信号。若逻辑判断模块未在预设时间内发出喂狗信号，看门狗芯片就会定时器溢出，从而产生复位信号并重启系统。 

所述中介电源模块M5还用于在系统电源电压正常时，使用系统电源对复位模块M6供电，以及在系统电源电压异常时对复位模块M6供电。 

中介电源模块专门用于向逻辑判断模块、电压检测模块和复位模块供电， 上述模块不能直接使用系统电源，因为在系统电源电压产生波动的情况下，逻辑判断模块、电压检测模块和复位模块也可能工作异常。这也是实现电源电压实时监控的难点所在。为保证逻辑判断模块、电压检测模块和复位模块在系统电源电压产生波动的情况下也能正常运行，中介电源模块可以采用如图6所示的电路结构来进行供电。 

如图6所示，VDD_IN为系统主板供电电源，DC可以为充电钮扣电池等直流电源，VDD_OUT为给逻辑判断模块、电压检测模块和复位模块的供电电源输出，图中二极管的作用是当VDD_IN降低后，电池电源不会倒灌回系统主板，起到隔离作用。该电路为：当系统电源电压正常时，逻辑判断模块、电压检测模块和复位模块的电源由VDD_IN供电，同时给电池充电，保持电池电量充足；当系统电源电压由于波动而降低时，由图中DC部分电池补充供电，可保证逻辑判断模块、电压检测模块和复位模块电源电压稳定。 

所述系统电源M7与中介电源模块M5、电压检测模块M1、CPU M4和其它芯片M8连接，用于进行系统供电。 

在本发明中，通过创新的中介电源模块设计，确保在系统电源电压异常情况下，电压检测模块、逻辑判断模块、复位模块的电压稳定和正常工作，这也是能准确地实现系统电源电压异常检测的基础。电压检测模块可以将检测电压正常与否结果输出到逻辑判断模块。CPU通过I/O口与逻辑判断模块相连接，在CPU正常工作时，会在一定间隔时间内送出变化电平给逻辑判断模块。逻辑判断模块实时监控电压检测模块的输出和CPU输出，通过电压检测模块的输出状态和CPU的输出状态进行判断，控制复位模块发起系统复位或者通过INT#触发CPU进行系统功能检测。复位模块可实现系统的复位功能。系统电源是提供系统工作的电源。 

本发明又提供了一种网络设备，图11给出了本发明一种网络设备实施例示意图，所述网络设备包括上述装置实施例一至装置实施例四所述的任一装置。 

所述网络设备可以为交换机或路由器等网络通信设备。 

系统电源的异常对系统稳定工作影响非常大，极易导致系统工作异常，若无法对电源进行实时监控，在系统电源电压出现异常导致系统功能异常后，无法确保系统能快速自动恢复正常，因此对于数据通信这类要求高可靠性系统，电压实时检测非常重要。本发明可以对数据通信系统电源电压是否异常进行实时检测，在系统电源电压异常后，通过中介电源模块供电，使得电压检测模块仍能可靠工作，确保了对系统电源电压检测的实时性和准确性。 

本发明在检测到系统电源电压异常引起系统功能异常后才会发起复位以恢复系统，避免了没有必要的系统复位；由于具备了系统电源电压的实时检测，确保了系统在出现异常后能快速自动恢复，提高了系统的稳定性。 

本发明所述方法可控制系统电源电压出现异常时暂时不复位恢复系统，等到电压恢复到正常后再复位恢复系统，防止在系统电源电压异常情况下恢复系统而导致系统工作不稳定，确保系统自动恢复后能够可靠工作。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (13)

1.一种数据通信系统异常检测恢复方法，其特征在于，所述方法包括：

检测系统电源电压是否高于设定的参考电压，如果是，则确定为正常，否则确定为异常；

在系统电源电压正常时，如果逻辑判断模块在预设时间内接收不到中央处理器CPU的喂狗信号，则所述逻辑判断模块停止发出喂狗信号；所述喂狗信号是使看门狗定时器清零的信号；

在系统电源电压异常时，所述逻辑判断模块定期发出喂狗信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

系统电源电压由异常变为正常时，如果所述逻辑判断模块在预设时间内接收到CPU的喂狗信号，则通知CPU进行系统检查。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述CPU进行系统检查具体为：CPU检查系统功能是否正常，如果正常则不执行任何操作，否则CPU尝试恢复，如果无法恢复则CPU停止发送喂狗信号。

4.根据权利要求1-3所述的任一方法，其特征在于，所述检测系统电源电压是否正常具体为：设定参考电压，如果系统电源电压高于参考电压则为正常，否则为异常。

5.根据权利要求1-3所述的任一方法，其特征在于，所述在系统电源电压异常时，所述逻辑判断模块定期发出喂狗信号之后还包括：所述逻辑判断模块将所述系统电源电压异常情况记录至寄存器中。

6.一种数据通信系统异常检测恢复装置，其特征在于，所述装置包括电压检测模块和逻辑判断模块；

所述电压检测模块，用于检测系统电源电压是否高于设定的参考电压，如果是，则确定系统电源电压为正常，否则确定系统电源电压为异常，并将系统电源电压是否正常的检测结果发送给逻辑判断模块；

所述逻辑判断模块与电压检测模块连接，所述逻辑判断模块用于在系统电源电压正常时，如果在预设时间内接收不到CPU的喂狗信号则停止发出喂狗信号；以及在系统电源电压异常时，定期发出喂狗信号；所述喂狗信号是使看门狗定时器清零的信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述逻辑判断模块还用于在系统电源电压由异常变为正常时，如果在预设时间内接收到CPU的喂狗信号，则通知CPU进行系统检查。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括系统检查模块，与CPU连接，用于检查系统功能是否正常，如果正常则不执行任何操作，否则通知CPU尝试恢复，如果无法恢复则通知CPU停止发送喂狗信号。

9.根据权利要求6-8所述的任一装置，其特征在于，所述电压检测模块具体用于设定参考电压，如果系统电源电压高于参考电压则为正常，否则为异常。

10.根据权利要求6-8所述的任一装置，其特征在于，所述逻辑判断模块还用于在系统电源电压异常时，定期发出喂狗信号；并在其定期发出喂狗信号之后，将所述系统电源电压异常情况记录至寄存器中。

11.根据权利要求6-8所述的任一装置，其特征在于，还包括中介电源模块，与电压检测模块和逻辑判断模块连接，用于在系统电源电压正常时，使用系统电源对电压检测模块和逻辑判断模块供电，并对自身充电，以及在系统电源电压异常时对电压检测模块和逻辑判断模块供电。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括复位模块、系统电源和CPU；

所述复位模块与中介电源模块、逻辑判断模块和CPU连接，用于在预设时间内未接收到逻辑判断模块发出的喂狗信号时，向逻辑判断模块和CPU发送复位信号；

所述中介电源模块还用于在系统电源电压正常时，使用系统电源对复位模块供电，以及在系统电源电压异常时对复位模块供电。

所述系统电源与中介电源模块、电压检测模块和CPU连接，用于进行系统供电。

13.一种包括权利要求6-12任一所述装置的网络设备。

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