CN102169451A - 一种监控cpu运行的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种监控中央处理器(CPU)运行的方法和装置，适用于看门狗电路，该方法包括，CPU向所述看门狗电路的输入端输入喂狗信号WDI；看门狗电路向一逻辑单元发送复位信号；CPU向逻辑单元发送加载进度指示信号；逻辑单元根据接收到的复位信号以及加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位；当需要指示CPU复位时，逻辑单元向CPU发送全局复位信号。本发明使CPU能被看门狗电路有效监控，又不会在单板上电启动过程中占用过多资源来防止看门狗溢出产生误告警。

Description

一种监控CPU运行的方法和装置

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及监控CPU运行的方法和装置。

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(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恢复正常运行，从而避免了CPU由于受到某些外在或者内在因素的影响，而出现程序跑飞或者陷入死循环，导致整个系统瘫痪并且无法恢复的情况。

看门狗电路(watchdog timer)是一个定时器电路，除了电路内部有一个定时器外，一般会有一个接收喂狗输入信号的输入端(wdi)以及输出复位信号到CPU的复位端(rst)。所谓喂狗是指CPU定期输出一个信号到看门狗电路wdi端口的过程，喂狗的目的是防止看门狗电路内的定时器溢出导致CPU复位。正常情况下，CPU软件正常运行时，CPU会在看门狗定时器的定时周期到达前发出喂狗信号到看门狗的wdi端，使看门狗的定时器清零，并且这个对看门狗喂狗的过程是CPU每隔一段时间就会发出的，看门狗定时器不会溢出，指示程序运行正常。异常情况下，如CPU程序跑飞，导致CPU没有发出喂狗信号，则看门狗电路内部定时器在定时周期到达后没有接收到清零信号，定时器溢出。这样，看门狗电路会输出看门狗溢出信号wdo，同时输出复位信号rst给CPU，CPU接到复位信号后会复位整个系统，从而避免了系统由于软件异常而长期处于瘫痪状态，这就是看门狗电路的基本工作原理。

由于看门狗电路监测的目标是系统正常启动后的应用软件，在单板启动完成致使应用软件正常工作之前，CPU引导启动的过程可能持续几十秒，而看门狗定时器的定时(即看门狗电路的监控周期)远小于这个时间长度，对于单板启动结束前的CPU启动过程中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器件中增加硬件辅助喂狗的功能的设计，使得在单板上电后的一段时间(具体长短据系统启动时间而定)内由硬件逻辑产生喂狗信号，来保证单板上电后，CPU启动过程不会因为看门狗定时器溢出导致的复位而打断。硬件逻辑辅助喂狗的定时时间到了后，硬件逻辑停止喂狗，切换至软件进行喂狗，看门狗电路开始对CPU软件的监控和恢复功能。此种喂狗方式存在的问题至少有两方面：一方面，该功能需要占用硬件逻辑资源，对于上述定时逻辑的实现，需要从几十MHz的时钟信号分频出几十秒甚至更长时间的信号，这样的分频电路需要占用的逻辑资源相对于一般逻辑器件来说是非常大的；另一方面，有很多单板出于系统结构以及降低成本等方面的考虑，可能不采用容量较大的逻辑器件，这就使系统启动过程中通过硬软件切换喂狗来防止启动失败成为不可能。

针对上述技术中存在的问题，现有技术中还有一种实现方案，在CPU中设置定时中断，利用此中断进行喂狗，这种方法必然导致CPU的boot代码量变大，对boot代码的存储空间有更高要求，并且CPU的启动时间也会因此延长，导致系统启动时间的延长。

发明内容

为了解决单板上电启动过程中占用过多资源来防止看门狗溢出误告警的问题，本发明实施例提供一种监控中央处理器CPU运行的方法和系统，适用于看门狗电路，所述CPU向所述看门狗电路的输入端输入喂狗信号WDI。该种监控中央处理器CPU运行的方法包括：

一逻辑单元接收所述看门狗电路发送的复位信号；

所述逻辑单元接收所述CPU发送的加载进度指示信号；

所述逻辑单元根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位；

当所述看门狗电路的定时器超时溢出，并且所述CPU加载完成时，需要指示所述CPU复位；当判断出需要指示所述CPU复位时，所述逻辑单元向所述CPU发送全局复位信号。

具体的，当所述看门狗电路的定时器超时溢出时，所述逻辑单元接收到的所述复位信号为低电平，反之则为高电平；

当所述CPU加载完成后，所述逻辑单元接收到的所述加载进度指示信号为低电平，反之则为高电平；

所述逻辑单元根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位为，所述逻辑单元对接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号进行或运算，当运算结果为低电平时，需要指示所述CPU复位。

或者，具体的，所述看门狗电路的定时器超时溢出时，所述所述逻辑单元接收到的所述复位信号为高电平，反之则为低电平；

所述CPU加载完成后，所述逻辑单元接收到的加载进度指示信号为高电平，反之则为低电平；

根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位为，对接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号进行与运算，当运算结果为高电平时，需要指示所述CPU复位。

进一步的，所述逻辑电路为可擦除编程逻辑器件EPLD或者门逻辑器件。

本发明实施例提供的监控中央处理器CPU运行的装置包括看门狗电路以及与所述看门狗电路和所述CPU分别相连的逻辑单元，用于接收来自所述看门狗电路的复位信号，以及来自所述CPU的加载进度指示信号，并根据所述复位信号以及所述加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位，当判断结果为需要指示所述CPU复位时，向所述CPU发送全局复位信号；

其中，当所述看门狗电路的定时器超时溢出，并且所述CPU加载完成时，需要指示所述CPU复位。

具体的，所述逻辑单元具体用于，所述看门狗电路的定时器超时溢出时，所述逻辑单元接收到的所述复位信号为低电平，反之则为高电平；所述CPU加载完成后，所述逻辑单元接收到的加载进度指示信号为低电平，反之则为高电平；以及，

根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，进行或运算，当运算结果为低电平时，得到的所述判断结果为需要指示所述CPU复位。

或者，具体的，所述逻辑单元具体用于，所述看门狗电路的定时器超时溢出时，所述逻辑单元接收到的所述复位信号为高电平，反之则为低电平；

所述CPU加载完成后，所述逻辑单元接收到的所述加载进度指示信号为高电平，反之则为低电平；以及，

根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，进行与运算，当运算结果为高电平时，得到的所述判断结果为需要指示所述CPU复位。

进一步的，所述逻辑电路为可擦除编程逻辑器件EPLD或者门逻辑器件。

本发明实施例通过提供一逻辑单元，作为看门狗电路的复位信号输出端和CPU之间的衔接，避免了单板上电启动过程中，占用过多硬件逻辑资源以及依赖硬件逻辑来实现CPU启动过程中的喂狗方式，或者依赖大容量的逻辑器件来实现硬件喂狗和软件喂狗切换的喂狗方式，保证单板上电后CPU的启动过程不会因看门狗的误告警导致复位而被打断。

附图说明

图1为本发明一方法实施例的流程示意图；

图2为本发明一装置实施例的逻辑拓扑图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种监控中央处理器(CPU)运行的方法，适用于看门狗电路，CPU向看门狗电路的输入端输入喂狗信号(WDI)；

上述看门狗电路向一逻辑单元发送复位信号；

上述CPU向上述逻辑单元发送加载进度指示信号；

上述逻辑单元根据接收到的上述复位信号以及加载进度指示信号，判断是否指示上述CPU复位；

当需要指示上述CPU复位时，上述逻辑单元向上述CPU发送全局复位信号。

下面以图1为参照，具体描述方法实施例的实现过程。

1)单板上电启动。

单板一上电，系统则开始运行，看门狗电路也开始工作，看门狗的定时器启动计时。

2)看门狗电路开始工作，即向逻辑单元发送复位信号；而CPU则向逻辑单元发送加载进度指示信号。

3)逻辑单元根据在步骤2)中接收的复位信号以及加载进度指示信号，判断是否该指示CPU复位。

单板上电启动过程时间较长，即CPU尚未完成全部需加载软件的加载，由软件开始喂狗的时间未到，即看门狗未被定时喂狗，看门狗电路的定时器即会溢出，此时看门狗电路发出的复位信号发生翻转。此时CPU的加载过程尚未完成，加载进度指示信号不会发生翻转，逻辑单元根据复位信号以及加载进度指示信号进行逻辑组合，得出是否该指示CPU复位，使得单板系统重新启动，CPU重新加载各程序。

4)如果不需要指示CPU复位，逻辑单元根据继续接收的复位信号以及加载进度指示信号进行逻辑组合。CPU加载完成后，其输出的加载进度指示信号会发生翻转。当逻辑单元得出的逻辑组合结果为应该指示CPU复位时，向CPU发送全局复位信号，指示CPU复位。

在上述3)中看门狗电路的定时器溢出，而看门狗电路发出的复位信号发生翻转后，直至被CPU软件喂狗时，其输出的复位信号才再次发生翻转。而被CPU软件喂狗后，对CPU软件的实时监控和恢复功能，通过CPU软件喂狗、看门狗电路输出复位信号和逻辑单元输出全局复位信号来实现。

下面举出具体的例子，假设看门狗电路在定时器溢出前，其输出的复位信号rst_n为高电平，当看门狗电路未被及时喂狗，导致定时器溢出时，其输出的复位信号rst_n发生翻转，变为低电平。同时，假设CPU未完成全部加载任务时(单板未启动完成)，输出的加载进度指示信号load_ok为高电平，当CPU完成全部加载任务后，加载进度指示信号翻转为低电平。

表1为逻辑单元的输入信号和输出信号之间的关系，逻辑真值表的“0”代表低电平，“1”代表高电平，四行数值分别展示了看门狗电路对CPU监控的四个不同的阶段：

单板刚上电启动后，当看门狗电路定时器未发生溢出时，复位信号rst_n为高电平，加载进度指示信号load_ok为高电平，逻辑单元进行或运算，输出的cpu_rst_n信号为高电平，即CPU不需复位。

当看门狗电路定时器发生溢出时，复位信号rst_n翻转为低电平，此时因CPU还未完成全部加载任务，其加载进度指示信号load_ok仍为高电平，逻辑单元进行或运算，输出的cpu_rst_n信号为高电平，即CPU不需复位。

CPU完成全部加载任务，其加载进度指示信号load_ok翻转为低电平，同时，CPU开始定期向看门狗电路进行喂狗(即输入喂狗信号WDI)，看门狗电路输出的复位信号rst_n则翻转为高电平，逻辑单元进行或运算，输出的cpu_rst_n信号为高电平，CPU仍不需要复位。

成功启动后，CPU软件因运行不正常，未进行正常喂狗导致看门狗电路的定时器超时溢出时，看门狗电路输出的复位信号rst_n翻转为低电平，此时加载进度指示信号load_ok仍为低电平，所以，逻辑单元进行或运算的结果为低电平，即为全局复位信号，表示CPU需要复位。CPU接到低电平的cpu_rst_n信号，即复位整个系统。

表1

上述只是其中一种实现方式，表2的实现方式也是可行的。逻辑单元的逻辑真值表(表2)体现的三个阶段为：

一)单板启动过程

在单板上电后，CPU没有启动完成之前，如表2所示的第一行数值显示，加载进度指示信号load_ok为低电平。开始时因看门狗电路的定时器未超过计时阈值，复位信号rst_n也为低电平，逻辑单元进行与运算，得到的cpu_rst_n信号为低电平。

表2的第二行数值中，因为CPU未加载完成，故不会发出喂狗信号WDI给看门狗电路，看门狗电路的定时器达到计数阈值后溢出，看门狗电路发出高电平的复位信号rst_n到逻辑单元，逻辑单元将接收到的复位信号rst_n和低电平的加载进度指示信号load_ok进行与运算，得到cpu_rst_n信号为低电平，即逻辑单元未会对CPU发出全局复位信号。因此，CPU的Boot过程不会受到打断。在单板启动过程中，以上过程一直持续，直到CPU版本加载完成。

二)在单板启动成功后，CPU正常运行。

单板启动完成后，CPU首先将加载进度指示信号load_ok输出由低电平变为高电平，同时CPU定期发送看门狗喂狗信号WDI给看门狗电路，使得看门狗电路输出的复位信号rst_n翻转为低电平，然后开始运行业务软件。由于CPU定时输出看门狗喂狗信号WDI给看门狗电路，使看门狗电路输出的复位信号rst_n维持低电平，所以逻辑单元与运算之后得到的cpu_rst_n为低电平(表2数值第3行)，即非全局复位信号。单板保持正常工作状态。

三)在单板启动成功后，CPU运行出现异常。

在单板运行过程中，很多原因会导致CPU运行异常，比如某些业务导致软件程序跑飞，或者物理外力导致硬件电路的短路、断路等。如果不及时处理，则单板一直处于死机状态。本实施例的电路中，CPU运行异常时，不会定期发送看门狗喂狗信号WDI给看门狗电路，使得看门狗电路定时器超时溢出，输出翻转为高电平的复位信号rst_n给逻辑单元。逻辑单元组合看门狗电路发出的复位信号rst_n和CPU发出的加载进度指示信号load_ok，根据与运算结果可知，此时的逻辑单元输出的高电平的cpu_rst_n信号即为全局复位信号(表2数值第4行)。接收到高电平的cpu_rst_n信号后，单板进行全局复位并重新启动。

表2

本发明实施例还提供一种监控中央处理器CPU运行的装置，包括看门狗电路，以及与看门狗电路和CPU分别相连的逻辑单元；看门狗电路的输入端用于接收所述CPU传输的喂狗信号WDI；逻辑单元用于接收来自上述看门狗电路的复位信号，以及来自CPU的加载进度指示信号，并根据上述复位信号以及加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位；当判断结果为需要指示所述CPU复位时，向所述CPU发送全局复位信号。

本发明实施例提供的上述装置的逻辑拓扑图如图2所示。其中，连接关系为：CPU输出的看门狗喂狗信号WDI连接到看门狗电路的喂狗输入管脚；看门狗电路输出的复位信号rst_n连接到逻辑单元的逻辑输入管脚；CPU输出的加载进度指示信号load_ok连接到逻辑单元的逻辑输入管脚；逻辑单元输出的cpu_rst_n信号连接到CPU的逻辑输入管脚。

以上述表1体现的逻辑运算为例，看门狗电路的定时器超时溢出时，看门狗电路向逻辑单元发送的复位信号rst_n为低电平，反之则为高电平(定时器计时未超时，或者被CPU的喂狗信号WDI重新开始计时)。CPU在系统启动完成(全部程序加载完成)后，向逻辑单元发送的加载进度指示信号load_ok由高电平翻转为低电平，并维持低电平，直到下次启动时重新翻转为高电平。

由此可得表1中的逻辑真值为：只有当复位信号rst_n以及加载进度指示信号load_ok都为低电平时，即CPU已经正常启动，而又未对看门狗电路及时发出喂狗信号，逻辑单元进行或运算的结果才为低电平，即逻辑单元输出的cpu_rst_n信号为全局复位信号，指示CPU全局复位。

若以上述表2体现的逻辑运算为例，看门狗电路的定时器超时溢出时，看门狗电路向逻辑单元发送的复位信号rst_n为高电平，反之则为低电平(定时器计时未超时，或者被CPU的喂狗信号WDI重新开始计时)。CPU在系统启动完成(全部程序加载完成)后，向逻辑单元发送的加载进度指示信号load_ok由低电平翻转为高电平，并维持高电平，直到下次复位重启时重新翻转为低电平。

由此可得表2中的逻辑真值为：只有当复位信号rst_n以及加载进度指示信号load_ok都为高电平时，即CPU已经正常启动，而又未对看门狗电路及时发出喂狗信号，逻辑单元进行与运算的结果才为高电平，即逻辑单元输出的cpu_rst_n信号为全局复位信号，指示CPU全局复位。

上述逻辑单元，可由在单板上的硬件逻辑EPLD(Erasable Programmable Logic Device，可擦除编程逻辑器件)实现，或者仅由2输入或门(或者与门)逻辑器件实现，易于实现。同时，使用逻辑单元在看门狗电路的复位信号输出端和CPU的全局复位信号的逻辑输入管脚之间进行衔接，既不会在单板上电启动过程中占用过多逻辑资源，又不会因硬件逻辑资源问题对软件启动时间进行限制，解决了传统单板上电启动过程依赖可编程逻辑资源来实现软件喂狗和硬件喂狗切换的问题。同时，相比在CPU的Boot中设置定时中断，利用中断进行喂狗的单板启动方式，也不会占用CPU的boot资源，减少了CPU的Boot设计难度，并减少了Boot存储所需要的空间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种监控中央处理器CPU运行的方法，适用于看门狗电路，所述CPU向所述看门狗电路的输入端输入喂狗信号WDI，其特征在于，

一逻辑单元接收所述看门狗电路发送的复位信号；

所述逻辑单元接收所述CPU发送的加载进度指示信号；

所述逻辑单元根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位；

当所述看门狗电路的定时器超时溢出，并且所述CPU加载完成时，需要指示所述CPU复位；当判断出需要指示所述CPU复位时，所述逻辑单元向所述CPU发送全局复位信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

当所述看门狗电路的定时器超时溢出时，所述逻辑单元接收到的所述复位信号为低电平，反之则为高电平；

当所述CPU加载完成后，所述逻辑单元接收到的所述加载进度指示信号为低电平，反之则为高电平；

所述逻辑单元根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位为，所述逻辑单元对接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号进行或运算，当运算结果为低电平时，需要指示所述CPU复位。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述看门狗电路的定时器超时溢出时，所述所述逻辑单元接收到的所述复位信号为高电平，反之则为低电平；

所述CPU加载完成后，所述逻辑单元接收到的加载进度指示信号为高电平，反之则为低电平；

根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位为，对接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号进行与运算，当运算结果为高电平时，需要指示所述CPU复位。

4.如权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述逻辑电路为可擦除编程逻辑器件EPLD或者门逻辑器件。

5.一种监控中央处理器CPU运行的装置，包括看门狗电路，所述看门狗电路的输入端用于接收所述CPU传输的喂狗信号WDI，其特征在于，还包括：

与所述看门狗电路和所述CPU分别相连的逻辑单元，用于接收来自所述看门狗电路的复位信号，以及来自所述CPU的加载进度指示信号，并根据所述复位信号以及所述加载进度指示信号，判断是否指示所述CPU复位，当判断结果为需要指示所述CPU复位时，向所述CPU发送全局复位信号；

其中，当所述看门狗电路的定时器超时溢出，并且所述CPU加载完成时，需要指示所述CPU复位。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述逻辑单元具体用于，所述看门狗电路的定时器超时溢出时，所述逻辑单元接收到的所述复位信号为低电平，反之则为高电平；所述CPU加载完成后，所述逻辑单元接收到的加载进度指示信号为低电平，反之则为高电平；以及，

根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，进行或运算，当运算结果为低电平时，得到的所述判断结果为需要指示所述CPU复位。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述逻辑单元具体用于，所述看门狗电路的定时器超时溢出时，所述逻辑单元接收到的所述复位信号为高电平，反之则为低电平；

所述CPU加载完成后，所述逻辑单元接收到的所述加载进度指示信号为高电平，反之则为低电平；以及，

根据接收到的所述复位信号以及所述加载进度指示信号，进行与运算，当运算结果为高电平时，得到的所述判断结果为需要指示所述CPU复位。

8.如权利要求5～7任一项所述的装置，其特征在于，所述逻辑电路为可擦除编程逻辑器件EPLD或者门逻辑器件。

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