CN102681907B - 一种多功能看门狗电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能看门狗电路，包括微处理器模块、看门狗模块、复位模块A和复位模块B以及计数模块，其中微处理器模块的输出端分别与看门狗模块、计数模块的输入端连接，看门狗模块的输出端与复位模块A的输入端连接，复位模块A的输出端分别与微处理器模块和计数模块的输入端连接，计数模块的输出端通过复位模块B与微处理器模块连接，复位模块A的输出端连接有记录单位时间内复位总次数的总计数模块，总计数模块的输出端与复位模块B连接。本发明在一个看门狗电路上实现多种功能的检测，有效控制和减少了程序故障、MCU故障、周期故障及看门狗芯片本身故障所带来的不良后果，提高了看门狗电路的安全性。

Description

一种多功能看门狗电路
技术领域
本发明涉及一种看门狗电路，具体涉及一种能够判断故障严重程度并带有自检功能的看门狗电路。
背景技术
各种软件程序都会出现代码错误，设计人员必须保证系统不出现死锁，此外噪声和EMI也会影响系统中的数据，导致不可预测的系统动作。看门狗电路的基本功能是在发生软件问题或程序跑飞后，使系统复位恢复到正常工作状态，包括一个计数器，当系统在某处卡死或跑飞时，该看门狗中的定时器溢出，向微处理器输出复位信号，同时计数器自动计数，微处理器复位后将计数器复位清零。看门狗电路是提高系统可靠性的一种简单，廉价方案。
但是，在一些需要更高可靠性与确定性、更高安全等级的具体应用中，例如核电站安全级仪控系统，主处理板卡一旦出现程序失控，看门狗电路仅仅执行复位操作，则存在严重的安全隐患的，如：当软件程序由于存在某种潜在BUG，导致出现某种周期性的故障，这样主处理板卡将会永远周期性的进行复位工作，主控制单元发现异常情况需要进行控制动作时，而主处理板卡却还处在复位启动过程中，则会导致无法执行控制命令，这就可能造成非常危险的后果。
此外看门狗本身的微处理器出现某种不可恢复故障时，复位模块发出的复位信号就无法复位微处理器，使得看门狗电路一直连续输出复位信号，进入一个死循环，系统不但无法恢复正常，并且整个系统对外呈现的状态也是不受控的，这对于核安全级仪控系统来说是不可接受的，违反了系统安全性和确定性要求。
此外，现有看门狗电路不具备对其本身进行自我诊断的功能，这样一旦作为最后一道安全屏障的看门狗电路本身出现故障或失效，导致无法对程序故障进行复位，也将会产生严重后果。
发明内容
为解决现有技术中看门狗电路无法处理复杂故障及本身不能够自诊断的问题，本发明提供一种通过检测复位次数来判断故障原因并及时报警的看门狗电路，同时看门狗电路具有自诊断功能，具体方案如下：一种多功能看门狗电路，包括为看门狗模块提供喂狗信号的微处理器模块、在程序异常时输出复位信号的看门狗模块、发送微处理器模块复位信号和向计数器模块发送计数信号的复位模块A和复位模块B，以及对复位次数进行统计的计数模块，其中微处理器模块的输出端分别与看门狗模块、计数模块的输入端连接，看门狗模块的输出端与复位模块A的输入端连接，复位模块A的输出端分别与微处理器模块和计数模块的输入端连接，计数模块的输出端通过复位模块B与微处理器模块连接，其特征在于，复位模块A的输出端连接有记录单位时间内复位总次数的总计数模块，总计数模块的输出端与复位模块B连接。
为方便用户及时发现问题：所述复位模块B的输出端连接有报警模块，报警模块在计数模块或总计数模块溢出时向监控系统、控制设备发送报警信号。
为提高看门狗自身的安全性：所述看门狗模块的输出端连接有用于检测看门狗模块是否正常输出的自检模块，自检模块的输出端与微处理器模块的输入端连接。
为避免自检信号影响正常系统：所述自检模块采用型号为TPS3808的延时芯片。
为控制整个看门狗电路的复位：所述看门狗模块包括两块LTC2918芯片，其中一块作为看门狗电路计时输出复位信号，另一块用于整个看门狗电路的电压监控和复位。
本发明在一个看门狗电路上实现多种功能的检测，有效控制和减少了程序故障、MCU故障、周期故障及看门狗芯片本身故障所带来的不良后果，提高了看门狗电路的安全性，同时设置多种报警方式，使不同等级的管理人员都能收到故障信息，同时自动发出故障线路停止的信号，避免了线路故障可能造成的更大危害。
附图说明
图1本发明的原理示意图。
图2本发明的电路连接示意图。
图3本发明中各个功能模块输出时序示意图。
具体实施方式
如图1所示，本方案的多功能看门狗电路，包括控制中心及为看门狗模块提供喂狗信号的MCU(微处理器模块)，在程序异常时输出复位信号的自动计时看门狗模块，向MCU转发复位信号和向计数模块发送计数信号的复位模块A和复位模块B，以及对复位次数进行记录的计数模块，上述模块之间的连接关系为：MCU的输出端与看门狗模块的输入端连接以输入WDI信号(喂狗信号)、与计数器模块的输入端连接以复位计数器，看门狗模块的输出端与复位模块A的输入端连接以输入让MCU复位的复位信号，复位模块A的输出端分别与MCU和计数模块的输入端连接，复位模块A同时将复位信号输送到MCU和计数模块中，复位模块A和复位模块B均采用D触发器芯片CD74HC74，计数模块采用CD74HC393芯片，计数模块接到复位信号后会自动加1，MCU接到复位信号后，会在复位的同时向计数模块发出记录清除的信号，计数模块的输出端通过复位模块B与MCU连接，当MCU无法复位时(即MCU本身故障)，也就不能清除计数模块中的记录，此时计数模块中的记录会超过设定值而溢出并通过复位模块B去向MCU持续发出复位信号；常规情况下计数模块仅保留一次记录内容，在二次复位信号接收前，计数模块内的记录就会被MCU清除。特殊情况下，MCU本身发生故障无法输出计数模块清除信号，计数模块中的记录超过1后会输出复位信号，并通过复位模块B向MCU持续输出复位信号。
此外还存在一种情况，即一定时间内出现周期性的复位情况，此表明程序、MCU或看门狗本身存在隐患，由于核电方面要求的安全级别高，不能存在任何隐患，而且需要停止相应的设备，避免产生更大的问题，因此本方案在计数模块外另设一个总计数模块，总计数模块与计数模块同时接收复位模块A所发出的复位信号，但总计数模块的记录上限大于计数模块，同时每次计数模块进行清除时并不涉及总计数模块，这样总计数模块就会记录一定时间内接到的所有复位信号，从而在满足预定值时进行报警，报警模块向远程监控设备、本地控制设备以及控制导向同时输出报警信号，提示用户及时进行维护。
为了避免看门狗模块自身故障，即接到WDI信号(喂狗信号)后照常输出复位信号，或自身计数溢出也不输出复位信号的情况，本方案在看门狗电路中设置了自检模块，自检模块的输入端与看门狗模块的输出端连接，输出端与MCU的输入端连接，自检模块采用一块TPS3808延时芯片。检测时，控制MCU停止向看门狗模块输出WDI信号(喂狗信号)，使看门狗模块溢出后输出复位信号，此复位信号如果确实产生了，则MCU通过自检模块将能够检测到，并据此判定看门狗电路正常，自检通过，MCU将立即输出WDI信号给自检模块使其输出屏蔽信号屏蔽复位输出信号，使之不影响MCU正常运行，且不会触发计数器加1计数。D触发器D3在上电时候MCU初始化通过后，使用MCU_PWR_CTRL用于控制开启通道电源。
以下根据图2和图3对本方案在各种故障情况下复位信号与各功能模块之间的关系作一说明，其中图3中是在各种故障时各芯片在相同时间内的时序变化图，根据频率的变化，使各芯片输出不同的高低电平，得到最终的需要结果。
一、程序故障：此时MCU的GPIO引脚因程序故障无法输出WDI(喂狗信号)，LTC2918(WDG看门狗模块)达到计数时间后溢出，向D触发器D1(复位模块A)发出高电平的复位信号，复位信号通过非门F1由D触发器D1的R端输入，D触发器的CP端与MCU的GPIO输出连接，D触发器D1将复位信号触发后通过或门H1分别输送到Counter1(计数模块)和Counter2(总计数模块)的COUNT引脚以及与门Y1，与门Y1将复位信号发送到MCU的RST引脚，MCU接收到复位信号后进行复位，同时由MCU的CLR引脚通过或门H2向Counter1的MR引脚发送清除信号。Counter1中的记录被清零，而Counter2中的记录保持不变。通过或门H1输出的复位信号需要先通过串联的电阻R1、并联的电容C1进行低通滤波，滤除复位毛刺信号，避免误触发复位情况。
二、MCU故障：此状况的信号基本与前面所说的程序故障一致，区别在于，MCU的RST引脚接到与门Y1的复位信号后，由于自身故障导致不能复位，此时不但无法向Counter1发送清除信号，而且也不能通过GPIO输出WDI信号，这样LT2918(看门狗模块)在计时时间到了后又会向D触发器D1发出复位信号，D触发器D1输到MCU的复位信号不起作用，而输出到Counter1和Counter2的信号使其在原有基础上再加1，这时Counter1通过或门H3向D触发器D2输出复位信号，D触发器D2接到复位信号后通过与门Y1向MCU持续输出复位信号，此复位信号会抑制MCU，使其不工作，避免错误进一步扩大，同时通过非门F4和或门H5向监控设备、显示器输出报警信号。在或门H4和D触发器D2之间设置有进行低通滤波的电阻R2、R3和电容C2，以滤除复位毛刺信号，避免误触发复位情况。
三、周期故障：此状况的信号与MCU故障相同，区别在于，Counter2(总计数模块)设定记录的上限为5，在一定时间内Counter2记录的复位次数超过5后依次通过与门Y2、或门H4、D触发器D2输出报警信号。Counter2一但发出报警信号，LT2918(VM电压监控)会对整个电路进行原始复位，同时清除Counter2中记录的数据。
四、自检电路：自检时，MCU停止向LT2918(看门狗电路)输出WDI信号，4.4ms后，LTC2918(看门狗电路)输出WDO动作，D触发器D1的输出信号0，同时11.9ms的TPS3808(延时电路)启动并经非门F3输出信号1，与D触发器D1的信号0经过或门H1后输出信号1；如果MCU仍正常工作，自检开始后三个运行周期内会检测到RST引脚接收到信号0，即LTC2918(看门狗电路)工作正常，则应立即喂狗，LTc2918(看门狗电路)正常输出信号1的WDO，即D触发器D1的输出信号1，此时TPS3808(延时电路)的延时还未结束，因此通过非门F3输出的仍然为信号1，通过或门H1输出的也维持为信号1，与正常状态相同；如果MCU工作不正常，无法产生WDI信号，LTC2918(看门狗电路)的WDO也就一直为信号0，则当自检延时结束后，D触发器D1的输出为信号0，此时延时信号也由高变低，因此TPS3808(延时电路)经过非门F3输出的为信号0，经过或门H1后输出信号0，则认为MCU故障，从停止喂狗到故障输出的最大响应时间为16.3ms，略大于三个运行周期(15ms)。这里的信号0表示低电平信号，信号1代表高电平信号。

Claims (4)

1.一种多功能看门狗电路，包括为看门狗模块提供喂狗信号的微处理器模块、在程序异常时输出复位信号的看门狗模块、发送微处理器模块复位信号和向计数器模块发送计数信号的复位模块A和复位模块B，以及对复位次数进行统计的计数模块，其中微处理器模块的输出端分别与看门狗模块、计数模块的输入端连接，看门狗模块的输出端与复位模块A的输入端连接，复位模块A的输出端分别与微处理器模块和计数模块的输入端连接，计数模块的输出端通过复位模块B与微处理器模块连接，其特征在于，复位模块A的输出端连接有记录单位时间内复位总次数的总计数模块，总计数模块的输出端与复位模块B连接，所述复位模块B的输出端连接有报警模块，报警模块在计数模块或总计数模块溢出时向监控系统、控制设备发送报警信号。
2.如权利要求1所述的一种多功能看门狗电路，其特征在于，所述看门狗模块的输出端连接有用于检测看门狗模块是否正常输出的自检模块，自检模块的输出端与微处理器模块的输入端连接。
3.如权利要求2所述的一种多功能看门狗电路，其特征在于，所述自检模块采用型号为TPS3808的延时芯片。
4.如权利要求1所述的一种多功能看门狗电路，其特征在于，所述看门狗模块包括两块LTC2918芯片，其中一块作为看门狗电路计时输出复位信号，另一块用于整个看门狗电路的电压监控和复位。
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