CN104536840A - 一种看门狗计时器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种看门狗计时器及其控制方法，看门狗计时器包括工作在内核电压域的控制模块和工作在电源电压域的计时器模块，控制模块包括重载控制电路和重载超时电路，重载控制电路用于在接收到重载命令后，向计时器模块转发重载命令，以及在接收到计时器模块反馈的重载完成标志后恢复为初始状态；重载超时模块，用于监控重载过程是否超时，并在重载过程超时时将重载控制电路复位，以使重载超时电路恢复初始状态；计时器模块，用于在接收到重载控制电路发送的重载命令进行重载操作，并向重载控制电路反馈重载完成标志。本发明还公开了上述看门狗计时器的控制方法。本发明能够避免看门狗计时器进入锁死状态，并降低MCU芯片的功耗。

Description

一种看门狗计时器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种看门狗计时器及其控制方法。

背景技术

看门狗计时器是一个硬件计时电路，可以用来监测由软件故障导致的系统故障。在多电压域的微控制器(Micro Control Unit，简称：MCU)芯片中，看门狗计时器包括计时器模块和控制模块两个部分，这两个部分工作在不同的电压域。控制模块工作在内核电压域，在低功耗状态下，控制模块会同内核电压域的其他部分一同被掉电，以节约功耗。计时器模块工作在电源电压域，以保证计时功能可以在内核电压域掉电的情况下正常工作。当看门狗计时器进行重载(也就是喂狗)操作时，控制模块的重载控制电路和计时器模块会用握手通信的方式传递重载命令，重载控制电路会在重载完成后恢复为初始状态。如果软件程序在发出重载命令后立刻发出进入低功耗状态的命令，由于内核电源被切断，导致重载控制电路向计时器电路发送重载使能命令后，无法接收到计时器模块发送的重载完成标志，上述两个电路间的握手通信无法正常完成，重载控制电路无法恢复为初始状态，会导致在退出低功耗状态时，看门狗计时器出现锁死。

现有技术中一种解决方案是通过软件规避上述问题，即在重载操作时，软件程序不立即发出进入低功耗状态的命令，而是等待一定的时间后，确认握手通信完成后再发送命令并进入低功耗状态。但是该技术方案一是需要通过软件规避，给软件开发带来不必要的麻烦，二是等待一定的时间后进入低功耗状态，导致MCU芯片的耗电更多，增加了MCU芯片的功耗。

发明内容

本发明的目的在于提出一种看门狗计时器及其控制方法，用于避免看门狗计时器进入锁死状态，并降低MCU芯片的功耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种看门狗计时器，包括工作在内核电压域的控制模块和工作在电源电压域的计时器模块：

所述控制模块包括重载控制电路和重载超时电路，所述重载控制电路用于在接收到重载命令后，向所述计时器模块转发重载命令，以及在接收到计时器模块反馈的重载完成标志后恢复为初始状态；

所述重载超时模块，用于监控重载控制电路的重载过程是否超时，并在重载过程超时时将所述重载控制电路复位，以使所述重载超时电路恢复状态；

所述计时器模块，用于在接收到重载控制电路发送的重载命令后进行重载操作，并向所述重载控制电路反馈重载完成标志。

进一步的，看门狗计时器还包括设置在所述控制模块和所述计时器模块之间的电平转换电路，用于对所述控制模块和所述计时器模块之间传输的信号进行电平转换。

进一步的，看门狗计时器还包括系统总线，所述重载控制模块通过总线接口与所述系统总线连接，并通过所述总线接口接收所述重载命令。

进一步的，上述控制模块还包括配置寄存器，所述配置寄存器通过所述总线接口与系统总线连接，用于通过所述总线接口接收配置信息，并根据所述配置信息对所述计时器模块进行配置，以及获取所述计时器模块的工作状态信息。

进一步的，上述配置信息包括计时范围、计时速度和计时是否使能中的至少一项，所述工作状态信息包括当前计时时刻信息。

进一步的，上述重载超时电路具体用于在接收到重载命令后开始计时，或在微控制器芯片从低功耗状态恢复后开始计时，并在计时达到预设时间，且所述重载控制电路未恢复为初始状态后，将所述重载控制电路复位。

进一步的，所述预设时间大于计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间。

上述计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间为3～5个电源电压域的低速时钟的时钟周期。

本发明的第二个方面是提供一种看门狗计时器的控制方法，用于上述的看门狗计时器进行控制，包括：

重载控制电路接收到重载命令后，向计时器模块发送重载命令；

微控制器芯片的内核电压域掉电，并进入低功耗状态；

所述微控制器的内核电压域重新供电，并从低功耗状态中恢复；

重载超时电路判断所述重载控制电路在预设时间内仍未恢复为初始状态时，将所述重载控制电路复位。

进一步的，所述计时器模块在接收到所述重载命令后进行重载操作，并向所述重载控制电路反馈重载完成标志；

所述重载控制电路在接收到所述重载完成标志后恢复为初始状态。

进一步地，上述重载超时电路判断所述重载控制电路在预设时间内仍未恢复为初始状态，将所述重载控制电路复位包括：

所述重载超时电路在接收到重载命令后开始计时，或在所述微控制器芯片从低功耗状态中恢复后重新开始计时，并在计时达到预设时间，且所述重载控制电路未恢复为初始状态后，将所述重载控制电路复位。

进一步的，所述预设时间大于计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间。

上述计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间为3～5个电源电压域的低速时钟的时钟周期。

本发明提供的看门狗计时器及其控制方法，通过在控制模块中设置重载超时电路，该重载超时电路用于监控重载过程是否超时，并在重载过程超时时将所述重载控制电路复位，以使重控制电路恢复为初始状态。通过设置上述的重载超时电路，能够解决在重载操作中，由于MCU芯片过快进入低功耗状态，重载控制电路无法接收到计时器模块反馈的重载完成标志而导致的看门狗计时器锁死的问题，并且相对于软件程序解决看门狗计时器锁死的问题，不再需要MCU芯片等待一定时间后进入低功耗状态，能够降低MCU芯片的功耗。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的看门狗计时器的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的看门狗计时器的控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例三提供的看门狗计时器的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的看门狗计时器的结构示意图，如图1所示，该看门狗计时器包括工作在内核电压域的控制模块1和工作在电源电压域的计时器模块2。上述的控制模块1包括重载控制电路11和重载超时电路12，重载控制电路11用于在接收到重载命令后，向所述计时器模块2转发重载命令，以及在接收到计时器模块2反馈的重载完成标志后恢复为初始状态；重载超时电路12，用于监控重载控制电路11的重载过程是否超时，并在重载过程超时时将重载控制电路12复位，以使重载控制电路11恢复为初始状态；计时器模块2，用于在接收到重载控制电路11发送的重载命令后进行重载操作，并向所述重载控制电路11反馈重载完成标志。

本发明实施例一提供的看门狗计时器，通过在控制模块中设置重载超时电路，该重载超时电路用于监控重载过程是否超时，并在重载过程超时时将所述重载控制电路复位，以使重载控制电路恢复为初始状态。通过设置上述的重载超时电路，能够解决在重载操作中，由于MCU芯片过快进入低功耗状态，重载控制电路无法接收到计时器模块反馈的重载完成标志而导致的看门狗计时器锁死的问题，并且相对于软件程序解决看门狗计时器锁死的问题，不再需要MCU芯片等待一定时间后进入低功耗状态，能够降低MCU芯片的功耗。

另外，看门狗计时器除包括上述的控制模块1和计时器模块2外，还包括设置在所述控制模块和所述计时器模块之间的电平转换电路3，用于对所述控制模块1和所述计时器模块2之间传输的信号进行电平转换。

进一步的，该看门狗计时器还包括系统总线4，重载控制模块1通过总线接口与系统总线4连接，并通过所述总线接口2接收重载命令。

进一步的，控制模块1除包括上述实施例一中的重载控制电路11和重载超时电路12外，还包括配置寄存器13，该配置寄存器13也通过总线接口与系统总线4连接，该配置寄存器13通过所述总线接口与系统总线4连接，用于通过所述总线接口接收配置信息，存储该配置信息，并根据所述配置信息对计时器模块2进行配置，上述配置信息包括计时范围、计时速度和计时是否使能中的至少一项，还可以包括其他的配置信息；另外该配置寄存器还获取计时器模块2的工作状态信息并存储，该工作状态信息可以包括当前计时时刻信息等。

由此可见，本发明实施例一中，其中的总线接口负责传输系统总线3发送的配置信息和重载命令，同时软件操作系统也可以通过总线接口读取看门狗计时器的工作状态信息。而包括配置寄存器13、重载控制电路11和重载超时电路的控制模块一方面负责接收和处理系统总线4发送的配置信息和重载命令，另一方面直接控制计时器模块2，并记录计时器模块2的工作状态信息。

另外，重载控制电路11负责将总线接口传来的重载命令发送给计时器模块2，并等待计时器模块12反馈的重载完成标志。重载控制电路11会在收到重载完成标志后，结束重载过程，即重载控制电路11将恢复为初始状态。如果重载命令已经发送给计时器模块，而在接收到重载完成标志前，MCU芯片执行了进入低功耗状态的操作，内核电压域将掉电，此时计时器模块2返回的重载完成标志就可能丢失。在这种情况下，当MCU芯片退出低功耗状态后，重载控制电路11因为未恢复为初始状态，就会被锁死，无法响应通过总线接口发送过来的重载命令，即操作看门狗计时器处于锁死状态。本发明实施例二提供了重载超时电路解决该问题。

重载超时电路12负责处理重载控制电路11在MCU芯片进出低功耗状态的过程中可能出现的锁死问题。重载超时电路12具体用于在接收到重载命令后开始计时，或在所述微控制器芯片从低功耗状态恢复后重新开始计时，并在计时达到预设时间，且所述重载控制电路未恢复为初始状态后，将所述重载控制电路复位，该预设时间可以根据电源电压域的低速时钟的时钟周期确定。进一步的，本发明具体实施过程中，该预设时间应该略大于计时器模块2从开始重载操作到返回重载完成标志的这段重载操作时间，而上述重载操作时间通常为3～5个电源电压域的低速时钟的时钟周期，因此，上述预设时间对应的设置为大于3～5个电源电压域的低速时钟的时钟周期。

具体的，该重载超时电路可以由一个超时计数器构成，当看门狗计时器接到重载命令时，这个超时计数器就会启动一个倒计时的过程。如果在这个倒计时过程结束后，重载控制电路11仍然没有收到重载完成标志，未恢复为初始状态时，重载超时电路12就会产生一个复位标志，以强制将重载控制电路11恢复为初始状态，重载控制电路在探测上述复位标志后会恢复为初始状态。另外，上述在超时计数器是在看门狗计时器收到重载命令时就开始倒计时，但是如果进入低功耗状态，由于内核电压域掉电，超时计数器的状态也会丢失，但是当退出低功耗状态后，内核电压域会重新处于上电复位状态，此时超时计数器会重新开始倒计时。

计时器模块2主要由一个工作在电源电压域的倒计时计数器构成，它由一个同样位于电源电压域的慢速时钟驱动。由于工作在电源电压域，因此只要MCU芯片处于上电状态，计时器模块就可以持续工作，不受MCU芯片是否处于低功耗状态的影响。当计时器模块2收到重载控制模块11发送的重载命令，上述的倒计时计数器会回到一个预设好的重载值进行计时，并返回重载完成标志。重载结束后，计数器以重载值为起点，重新倒计时。如果没有及时的收到新的重载命令，计时器会逐渐递减，直到到达一个特定的阀值，产生中断，并将MCU芯片复位。本实施例一中计时器模块2的工作原理和现有技术一致。

电平转换电路3负责将控制模块发出的内核电压域的信号转换到电源电压域的信号，或者将计时器模块发出的电源电压域的信号转换到内核电压域的信号，既包括配置寄存器与计时器模块之间的通信信号，又包括重载控制电路与计时器模块之前的通信信号。在内核电压域处于低功耗状态时，内核电压域发出的信号会变为高阻态，连接这部分信号的电平转换电路会将保留整个控制模块掉电前的信息，以确保计时器模块的正常工作。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的看门狗计时器的控制方法的流程示意图，该控制方法能够适应于对上述实施例一所示的看门狗计时器进行控制。如图2所示，包括如下步骤：

步骤101、重载控制电路接收到重载命令后，向计时器模块发送重载命令；

步骤102、微控制器芯片的内核电压域掉电，并进入低功耗状态；

步骤103、所述微控制器的内核电压域重新供电，并从低功耗状态中恢复；

步骤104、重载超时电路判断所述重载控制电路在预设时间内仍未恢复为初始状态时，将所述重载控制电路复位。

进一步的，上述步骤101之后，计时器模块在接收到所述重载命令后进行重载操作，并向所述重载控制电路反馈重载完成标志；所述重载控制电路在接收到所述重载完成标志后恢复为初始状态。

另外，上述步骤104可以具体为：重载超时电路在接收到重载命令后开始计时，或在所述微控制器芯片从低功耗状态中恢复后重新开始计时，并在计时达到预设时间，且所述重载控制电路未恢复为初始状态后，将所述重载控制电路复位。

上述的预设时间大于计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间。具体的，上述计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间为3～5个电源电压域的低速时钟的时钟周期。

本发明实施例二提供的看门狗计时器的控制方法，通过设置重载超时电路，该重载超时电路用于监控重载过程是否超时，并在重载过程超时时将所述重载控制电路复位，以使重载控制电路恢复为初始状态。通过设置上述的重载超时电路，能够解决在重载操作中，由于MCU芯片过快进入低功耗状态，重载控制电路无法接收到计时器模块反馈的重载完成标志而导致的看门狗计时器锁死的问题，并且相对于软件程序解决看门狗计时器锁死的问题，不再需要MCU芯片等待一定时间后进入低功耗状态，能够降低MCU芯片的功耗。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的看门狗计时器的控制方法的流程示意图，本控制方法适应于看门狗计时器重载后立即进入低功耗状态的MCU芯片，如图3所示，包括如下的步骤：

步骤201、MCU芯片的软件操作系统上电启动。

步骤202、软件操作系统配置看门狗计时器，具体的可以经系统总线，及总线接口向看门狗计时器的配置寄存器发送配置信息，并发送使能信号，使能看门狗计时器，计时器模块开始计时。

步骤203、MCU芯片上的软件操作系统按照正常工作模式运行，并执行各种应用程序。

步骤204、软件操作系统重载看门狗计时器，同时MCU芯片立刻进入低功耗状态，将内核电压域掉电；该步骤中，软件操作系统通过系统总线及总线接口向看门狗计时器发送重载命令，该重载命令被发送给重载控制电路，重载控制电路将重载命令发送给计时器模块，计时器模块执行重载命令，计时器模块重载至重载值。通常情况下，计时器模块需要在开始计时后向重载控制模块返回重载完成标志，但是由于重载命令的执行需要一定时间，在这段时间结束之前，内核电压域可能已经掉电，因此，可能存在重载控制电路在接收到重载完成标志前已经掉电的可能，造成重载完成标志丢失。

另外，在该步骤204中，重载超时模块也随着接收到重载命令而进行计时，但是随着内容电压域掉电，也会丢失计时状态。

步骤205、系统待机，系统运行进入低功耗状态的程序，内核电压域处于掉电状态，只有电源电压域处于供电状态。

步骤206、系统被外部信号唤醒，重新给内核电压域供电，运行唤醒程序。

步骤207、若步骤204中，重载控制电路接收到重载完成标志，正常恢复为初始状态，则软件操作系统正常运行。若步骤204中，重载控制电路没有接收到重载完成标志，则重载控制电路无法从本次重载过程中恢复，仍处于等待接收重载完成标志的状态，陷入锁死。

步骤208、内核电压域重新供电后，重载超时电路按照预设时间重新开始倒计时，如果倒计时结束时，即达到预设时间后重载控制电路的重载过程仍然没有结束，就会认为重载控制电路丢失了重载完成标志，然后强制将重载控制电路复位，使之可以继续正常工作，从而恢复软件操作系统的正常运行。

本发明实施例提供的看门狗计时器及其控制方法，针对看门狗计时器重载后立即进入低功耗状态的MCU芯片，在看门狗计时器的控制模块设置了重载超时电路，该重载超时电路能够监控重载控制电路是否及时从重载过程中恢复，针对由于立即进入低功耗状态而导致重载控制电路丢失重载完成标志的情况，仍能够将重载控制电路复位，进而能够解决重载控制电路陷入锁死，并且相对于软件程序解决看门狗计时器锁死的问题，不再需要MCU芯片等待一定时间后进入低功耗状态，能够降低MCU芯片的功耗。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由权利要求的范围决定。

Claims (13)

1.一种看门狗计时器，其特征在于，包括工作在内核电压域的控制模块和工作在电源电压域的计时器模块；

所述控制模块包括重载控制电路和重载超时电路，所述重载控制电路用于在接收到重载命令后，向所述计时器模块转发重载命令，以及在接收到计时器模块反馈的重载完成标志后恢复为初始状态；

所述重载超时电路，用于监控所述重载控制电路的重载过程是否超时，并在重载过程超时时将所述重载控制电路复位，以使所述重载超时电路恢复为初始状态；

所述计时器模块，用于在接收到重载控制电路发送的重载命令后进行重载操作，并向所述重载控制电路反馈重载完成标志。

2.根据权利要求1所述的看门狗计时器，其特征在于，还包括设置在所述控制模块和所述计时器模块之间的电平转换电路，用于对所述控制模块和所述计时器模块之间传输的信号进行电平转换。

3.根据权利要求1所述的看门狗计时器，其特征在于，还包括系统总线，所述重载控制模块通过总线接口与所述系统总线连接，并通过所述总线接口接收所述重载命令。

4.根据权利要求3所述的看门狗计时器，其特征在于，所述控制模块还包括配置寄存器，所述配置寄存器通过所述总线接口与所述系统总线连接，用于通过所述总线接口接收配置信息，并根据所述配置信息对所述计时器模块进行配置，以及获取所述计时器模块的工作状态信息。

5.根据权利要求4所述的看门狗计时器，其特征在于，所述配置信息包括计时范围、计时速度和计时是否使能中的至少一项，所述工作状态信息包括当前计时时刻信息。

6.根据权利要求1-5任一所述的看门狗计时器，其特征在于，所述重载超时电路具体用于在接收到重载命令后开始计时，或在所述微控制器芯片从低功耗状态恢复后重新开始计时，并在计时达到预设时间，且所述重载控制电路未恢复为初始状态后，将所述重载控制电路复位。

7.根据权利要求6所述的看门狗计时器，其特征在于，所述预设时间大于计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间。

8.根据权利要求7所述的看门狗计时器，其特征在于，所述计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间为3～5个电源电压域的低速时钟的时钟周期。

9.一种看门狗计时器的控制方法，用于对权利要求1-8任一所述的看门狗计时器进行控制，其特征在于，包括：

重载控制电路接收到重载命令后，向计时器模块发送重载命令；

微控制器芯片的内核电压域掉电，并进入低功耗状态；

所述微控制器的内核电压域重新供电，并从低功耗状态中恢复；

重载超时电路判断所述重载控制电路在预设时间内仍未恢复为初始状态时，将所述重载控制电路复位。

10.根据权利要求9所述的看门狗计时器的控制方法，其特征在于，还包括：

所述计时器模块在接收到所述重载命令后进行重载操作，并向所述重载控制电路反馈重载完成标志；

所述重载控制电路在接收到所述重载完成标志后恢复为初始状态。

11.根据权利要求9或10所述的看门狗计时器的控制方法，其特征在于，所述重载超时电路判断所述重载控制电路在预设时间内仍未恢复为初始状态，将所述重载控制电路复位包括：

所述重载超时电路在接收到重载命令后开始计时，或在所述微控制器芯片从低功耗状态中恢复后重新开始计时，并在计时达到预设时间，且所述重载控制电路未恢复为初始状态后，将所述重载控制电路复位。

12.根据权利要求11所述的看门狗计时器的控制方法，其特征在于，所述预设时间大于计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间。

13.根据权利要求12所述的看门狗计时器的控制方法，其特征在于，所述计时器模块从开始重载操作到反馈重载完成标志所需的时间为3～5个电源电压域的低速时钟的时钟周期。