CN104750567B - 一种基于fpga的看门狗复位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于FPGA的看门狗复位方法，包括：一，初始化看门狗；二，接收看门狗配置报文，所述报文中的数据通过最大似然判决法识别；三，对步骤二中识别到的报文数据进行解码，当检测到帧起始位时，进入数据接收状态；四，当接收到此帧结束位时，此帧数据接收结束，返回至步骤三，重新准备下一帧数据的接收；五，在步骤四中接收到此帧结束位时，对此帧报文中的数据进行判断，判断此帧数据中是否对应有关闭看门狗功能的命令；如果没有，则发出开启看门狗功能的命令；如果有，发出关闭看门狗功能的命令。因此，通过当MCU处于仿真状态下时，利用FPGA硬件平台，通过对看门狗配置报文的解码，可以准确地控制看门狗功能进行关闭。

Description

一种基于FPGA的看门狗复位方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控服务中看门狗的技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的看门狗复位方法。

背景技术

看门狗(Watch Dog Timer，简称WDT)的核心是看门狗定时器，看门狗定时器实际上是一个计数器，一般给看门狗定时器一个阈值，程序开始运行后，看门狗开始倒计数；如果程序运行正常，过一段时间就会收到一个复位信号，让看门狗中的定时器重新开始倒计数。设置看门狗电路的主要目的是对于一些程序的潜在错误和恶劣环境下干扰等因素而导致的系统死机，在无人干预的情况下能自动恢复系统正常工作状态。

随着计算机水平的发展，看门狗的应用也更加广泛，例如，在中国专利申请号为CN201210271617.8的中国专利申请中，公开了一种网络看门狗及其实现方法，具体的技术方案是：至少一个与被监控计算机对应的看门狗控制器；处理模块，用于当所述看门狗控制器产生超时信号时，生成用来控制被监控计算机进行复位上电操作的网络复位包；网络模块，用于向与所述看门狗控制器对应的被监控计算机发送所述网络复位包；并且网络模块还用于向被监控计算机发送网络请求包和接收被监控计算机返回的网络应答包；所述处理模块还用于当所述网络模块接收到被监控计算机返回的网络应答包，则向与所述被监控计算机对应的看门狗控制器进行喂狗操作。处理模块还用于设置看门狗控制器和与所述看门狗控制器对应的被监控计算机的IP地址之间的映射关系；所述网络模块则用于根据与看门狗控制器对应的IP地址向被监控计算机发送所述网络复位包。因此，可以通过网络看门狗实现多个计算机系统的看门狗功能，能节省多个计算机的硬件成本。

发明人在实现本发明的过程中发现：现有技术中的看门狗定时器的工作原理是：在微控单元(Micro controller unit,简称MCU)正常工作时，每隔一段时间输出一个喂狗信号，给看门狗电路清零，如果超过规定的时间不喂狗，看门狗定时超时，就会给一个复位信号到MCU，使MCU复位，防止MCU死机；但是这类看门狗定时器的弊端在于，MCU在开发过程中会错误复位，例如MCU在仿真过程中暂停，这时看门狗会误判断MCU死机，并对MCU进行复位，从而导致MCU无法正常进行仿真。

在中国专利申请号为CN201410298589.8的中国专利申请中，虽然公开了一种能够让看门狗的定时时间可控和看门狗功能也可控的技术方案：一种FPGA实现软件编程器件可控看门狗功能的方法，包括：(1)FPGA上电复位，令看门狗监控计数器初值为0，进入步骤(2)；(2)判断软件编程器件是否打开了写初值开关，若软件编程器件打开了写初值开关，则进入步骤(3)；若软件编程器件没有打开写初值开关，则直接进入步骤(5)；(3)软件编程器件根据数据处理周期计算看门狗监控计数器初值，FPGA读取该初值并将初值锁定，进入步骤(4)；所述数据处理周期与喂狗周期相同；(4)FPGA将从软件编程器件中读取的看门狗监控计数器初值赋给看门狗监控计数器，进入步骤(5)；(5)FPGA判断软件编程器件是否打开了看门狗使能，若软件编程器件没有打开看门狗使能，则直接结束；若软件编程器件打开了看门狗使能，则进入步骤(6)；(6)FPGA中看门狗监控计数器根据FPGA的时钟开始自动计数，进入步骤(7)；(7)FPGA判断是否有软件编程器件发出的喂狗信号，如果有喂狗信号，则利用喂狗周期来修改FPGA中的看门狗监控计数器初值，返回步骤(4)；若没有喂狗信号，则进入步骤(8)；(8)FPGA判断看门狗监控计数器是否计满或者达到预设的固定值，若看门狗监控计数器的计数上限为计数器上限且看门狗监控计数器没有计满，返回步骤(6)；若看门狗监控计数器的计数上限为计数器上限且看门狗监控计数器计满，进入步骤(9)；若看门狗监控计数器的计数上限为预设的固定值且看门狗监控计数器没有达到预设的固定值，返回步骤(6)；若看门狗监控计数器的计数上限为预设的固定值且看门狗监控计数器达到预设的固定值，进入步骤(9)；所述预设的固定值小于计数器上限；(9)FPGA产生给软件编程器件复位的信号，返回步骤(4)。

发明人在实现本发明的过程中发现，上述申请号为CN201410298589.8的中国专利申请中，虽然有讲到可以让看门狗看门功能可控的技术方案，但是对于如何通过软件编程器件可控地打开或者关闭看门狗功能并没有公开。因此，本领域人员迫切希望找到一种能够智能、可靠地实现看门狗的看门功能打开或者关闭的技术方案。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种基于FPGA具体实现对看门狗的看门功能打开或者关闭功能的技术方案，能够有效避免看门狗对MCU错误复位。

本发明采用的技术方案是：提供一种基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，包括：

一，初始化看门狗；

二，接收看门狗配置报文，并将配置报文转换为并行数据，其中，所述看门狗配置报文中的数据通过最大似然判决法识别；

三，对步骤二中识别到的看门狗配置报文数据进行解码，当检测到帧起始位时，进入看门狗配置报文数据接收状态；

四，将步骤三中接收的看门狗配置报文数据存储至寄存器中，并且当接收到此帧结束位时，此帧看门狗配置报文数据接收结束，返回至步骤三，重新准备下一帧看门狗配置报文数据的接收；

五，在步骤四中接收到此帧结束位时，对此帧报文中的看门狗配置报文数据进行判断，判断此帧看门狗配置报文中的数据中是否对应有关闭看门狗功能的命令；如果没有，则向看门狗复位信号发生器发出开启看门狗功能的命令；如果有，则向看门狗复位信号发生器发出关闭看门狗功能的命令；

六，如果步骤五中，看门狗复位发生器接收到开启看门狗功能的命令，继续检测复位信号发生器接收到的喂狗信号是否满足复位的条件；如果是，复位信号发生器向MCU输出复位信号；

如果步骤五中，看门狗复位发生器接收到关闭看门狗命令，则返回至步骤二。

因此，当MCU处于仿真状态下时，利用FPGA硬件平台，通过对看门狗配置报文的解码，可以准确地控制看门狗功能进行关闭；而MCU正常工作时，又可以通过对看门狗配置报文进行解码，让看门狗功能开启；并且在看门狗配置报文接收、解码过程中，通过最大似然判决法识别看门狗配置报文的数据，提高了看门狗配置报文数据获取、解码过程中抗干扰的能力，使得看门狗配置报文数据的结果更加准确。

优选地，步骤二中所述看门狗配置报文中的数据识别采用的最大似然判决法包括：将看门狗配置报文接收的时钟配置为波特率的N倍，所述看门狗配置报文中的数据的每个位都会有N个采样值，当采样值超过N/2次的电平逻辑值即为所述数据中相应位的值。

优选地，上述N倍为16倍，所述波特率为9600Bps；所述看门狗配置报文接收的时钟的分频率系数为652，每个周期的前半段内为高电平，每个周期的后半段为低电平。

因此，采用上述优选的技术方案，更好地，保证了看门狗配置报文接收、解码后数据的准确性。

优选地，对步骤六中喂狗信号的检测方法包括：在喂狗信号检测模块中设置第一寄存器和第二寄存器，所述第一寄存器中的值滞后喂狗信号一个时钟，所述第二寄存器滞后所述第一寄存器一个时钟；如果在同一个时刻检测到所述第一寄存器中的值和所述第二寄存器中的值不同，复位信号发生器中的计数器就开始计时。

优选地，所述复位信号发生器中计数器开始计时后，判断所述复位信号发生器中计数器的计时时间；如果时间满足看门狗变化时间，则将喂狗信号检测模块中的状态寄存器置为看门狗信号处于正常的状态；如果时间不满足看门狗变化时间，则将喂狗信号检测模块中的状态寄存器置为看门狗信号处于异常的状态。

因此，可以让看门狗功能可以更好地监控MCU状态，避免对MCU错误复位的同时，能够在正常情况下，准确、及时地为MCU发出复位信号。

优选地，所述复位信号发生器设置有状态寄存器，计数器和复位信号发出模块；所述所述复位信号发生器中状态寄存器检测到复位信号有效后，对计所述复位信号发生器中计数器进行清零。

优选地，所述复位信号发生器还设置有上电复位寄存器，所述上电复位寄存器在上电的时候，被置为复位信号有效，所述复位信号发出模块检测到所述上电复位寄存器的复位信号有效，对外输出复位信号。

优选地，当所述所述复位信号发生器中状态寄存器检测到开启看门狗命令后，启动所述复位信号发生器中计数器，并时时监听喂狗信号检测模块中的状态寄存器；当所述喂狗信号检测模块中状态寄存器被置为喂狗信号正常，就对所述复位信号发生器中的计数器进行清理，如果在预定的时间内检测不到喂狗信号正常，所述复位信号发生器中计数器就会溢出，并且所述复位信号发生器中计数器溢出状态会进入所述复位信号发生器中复位信号模块，触发所述复位信号发生器中复位信号发射模块发出复位信号，同时对复位信号发生器中计数器清零。

因此，可以根据实际情况，让是否关闭看门狗功能和执行看门狗功能更好地结合。

优选地，所述看门狗配置报文解码后的数据中还设置有存储有所述看门狗自身端口和多个被监控MCU的属性信息。

优选地，所述看门狗复位发生器设置有属性管理模块，所述属性管理模块中有映射表，所述映射表将多个被监控服务分别对应不同的数据值；并且在对看门狗配置报文解码后，所述属性管理模块将根据不同的数据值，相应地将看门狗复位信号发射值相应的被监控的MCU。

因此，采用上述优选的技术方案，可以通过一个看门狗对数个MCU进行监控；降低用户的使用成本。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于FPGA的看门狗对MCU复位方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种提供的一种看门狗复位装置的框图；

图3为本发明实施例二提供的一种基于FPGA的看门狗对MCU复位方法的流程图；

图4为本发明实施例二提供的一种看门狗复位装置的框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释。

实施例一

实施例一优选地提供一种基于FPGA的看门狗复位方法，包括：

一，初始化看门狗；

二，接收看门狗配置报文，并将配置报文转换为并行数据，其中，看门狗配置报文中的数据通过最大似然判决法识别；

三，对步骤二中识别到的看门狗配置报文数据进行解码，当检测到帧起始位时，进入看门狗配置报文数据接收状态；

四，将步骤三中接收的看门狗配置报文数据存储至寄存器中，并且当接收到此帧结束位时，此帧看门狗配置报文数据接收结束，返回至步骤三，重新准备下一帧看门狗配置报文数据的接收；

五，在步骤四中接收到此帧结束位时，对此帧报文中的看门狗配置报文数据进行判断，判断此帧看门狗配置报文中的数据中是否对应有关闭看门狗功能的命令；如果没有，则向看门狗复位信号发生器发出开启看门狗功能的命令；如果有，则向看门狗复位信号发生器发出关闭看门狗功能的命令；

六，如果步骤五中，看门狗复位发生器接收到开启看门狗功能的命令，继续检测复位信号发生器接收到的喂狗信号是否满足复位的条件；如果是，复位信号发生器向MCU输出复位信号；

如果步骤五中，看门狗复位发生器接收到关闭看门狗命令，则返回至步骤二。

本实施例优选地，采用MAX10作为优选的FPGA平台。

更具体地，如图1所示，本实施例提供的一种基于FPGA的看门狗复位方法，包括：

S0，开始；

S1，看门狗配置报文的接收，包括将配置报文转换为并行数据，和对看门狗配置报文中的数据通过最大似然判决法识别；

S2，看门狗配置报文数据的解码，具体地包括S3～S6；

S3，判断步骤S2中看门狗配置报文数据是否为帧起始位，如果是进入步骤S4；如果不是继续判断S2看门狗配置报文数据是否为帧起始位；

S4，看门狗配置报文数据的存储，将看门狗配置报文存储至寄存器；

S5，判断步骤S4在存储过程中的数据是否为帧结束位；需要说明的是步骤S4和S5是不区分先后顺序的，即可以先判断是否为帧结束位，然后将看门狗配置报文数据存储；

S6，判断当前帧看门狗配置报文中的数据中是否对应有关闭看门狗功能的命令；

S7，如果步骤S6解析到当前帧看门狗配置报文中没有关闭看门狗功能的命令，执行开启看门狗功能；否则执行S8

S8，关闭看门狗功能；

S9，判定喂狗信号是否满足复位的条件，如果是，执行步骤S10，如果不是，继续检测和判定喂狗信号是否满足复位的条件；

S10，对MCU发出复位信号。

因此，当MCU处于仿真状态下时，利用FPGA硬件平台，通过对看门狗配置报文的解码，可以准确地控制看门狗功能进行关闭；而MCU正常工作时，又可以通过对看门狗配置报文进行解码，让看门狗功能开启；并且在看门狗配置报文接收、解码过程中，通过最大似然判决法识别看门狗配置报文的数据，提高了看门狗配置报文数据获取、解码过程中抗干扰的能力，使得看门狗配置报文数据的结果更加准确；由于MCU的抗干扰能力有限，在光伏系统、水电系统中，会由于电磁干扰造成程序跑飞或者死机，本实施例提供的技术方案保证了嵌入式系统在干扰后能自动恢复正常。

如图2所示，实施例一还提供一种基于FPGA的看门狗复位装置1，包括：用于接收看门狗配置报文的看门狗配置报文接收模块2、对看门狗配置报文解码的看门狗配置报文解码模块3、发出复位信号的看门狗复位发生器4和检测喂狗信号的喂狗信号检测模块9，其中，看门狗配置报文接收模块2为单向通信的方式；看门狗配置报文解码模块3向看门狗复位发生器4发送开启或者关闭看门狗功能的命令；看门狗配置报文接收模块2和看门狗配置报文解码模块3对看门狗配置报文接收、解码的方法采用上述步骤S1～S6的方法进行。看门狗复位发生器4设置有看门狗状态寄存器5，计数器6，复位信号模块7和上电复位寄存器8。喂狗信号检测模块9设置有状态寄存器10和信号检测子模块11。

优选地，对步骤六中喂狗信号的检测方法包括：在喂狗信号检测模块中设置第一寄存器和第二寄存器，第一寄存器中的值滞后喂狗信号一个时钟，第二寄存器滞后第一寄存器一个时钟；如果在同一个时刻检测到第一寄存器中的值和第二寄存器中的值不同，复位信号发生器中的计数器就开始计时。

优选地，复位信号发生器中计数器开始计时后，判断复位信号发生器中计数器的计时时间；如果时间满足看门狗变化时间，则将喂狗信号检测模块中的状态寄存器置为看门狗信号处于正常的状态；如果时间不满足看门狗变化时间，则将喂狗信号检测模块中的状态寄存器置为看门狗信号处于异常的状态。

因此，可以让看门狗功能可以更好地监控MCU状态，避免对MCU错误复位的同时，能够在正常情况下，准确、及时地为MCU发出复位信号。

优选地，复位信号发生器设置有状态寄存器，计数器和复位信号发出模块；复位信号发生器中状态寄存器检测到复位信号有效后，对计复位信号发生器中计数器进行清零。

优选地，复位信号发生器还设置有上电复位寄存器，上电复位寄存器在上电的时候，被置为复位信号有效，复位信号发出模块检测到上电复位寄存器的复位信号有效，对外输出复位信号。

优选地，当复位信号发生器中状态寄存器检测到开启看门狗命令后，启动复位信号发生器中计数器，并时时监听喂狗信号检测模块中的状态寄存器；当喂狗信号检测模块中状态寄存器被置为喂狗信号正常，就对复位信号发生器中的计数器进行清理，如果在预定的时间内检测不到喂狗信号正常，复位信号发生器中计数器就会溢出，并且复位信号发生器中计数器溢出状态会进入复位信号发生器中复位信号模块，触发复位信号发生器中复位信号发射模块发出复位信号，同时对复位信号发生器中计数器清零。

因此，可以根据实际情况，让是否关闭看门狗功能和执行看门狗功能更好地结合。

实施例二

如图3所示，实施例二提供的一种基于FPGA的看门狗复位方法包括：

首先开门狗配置报文经过UART模块，UART将串行数据转化为并行数据，进入解码模块进行解码。解码原理为：

S11，起始状态：解码模块在系统复位后处于起始状态；

S12，起始帧，当检测到帧起始位，就进入S13；

S13，进入判断状态；

S14，判断状态判断出此报文为看门狗配置报文，如果是，进入S15，如果不是回到S11；

S15，进入接收状态；进入到接收状态后，接收相信信息，储存到对应的寄存器中；

S16，当接收到帧结束符时，此帧报文接收结束，并返回至S11，准备接收下一帧报文。

如图4所示，实施例二提供了一种基于FPGA的看门狗复位装置1相对于实施例一进一步设置有一个波特率发生器12对看门狗配置报文接收模块2提供时钟；并且在此基础上对看门狗复位方法进一步改进。具体地：

优选地，步骤二中看门狗配置报文中的数据识别采用的最大似然判决法包括：将看门狗配置报文接收的时钟配置为波特率的N倍，看门狗配置报文中的数据的每个位都会有N个采样值，当采样值超过N/2次的电平逻辑值即为数据中相应位的值。

优选地，上述N倍为16倍，波特率为9600Bps；看门狗配置报文接收的时钟的分频率系数为652，每个周期的前半段内为高电平，每个周期的后半段为低电平。

因此，采用上述优选的技术方案，更好地，保证了看门狗配置报文接收、解码后数据的准确性。

实施例三

实施例三在实施例一或者实施例二上对技术方案进一步地优化技术。优选地，看门狗配置报文解码后的数据中还设置有存储有看门狗自身端口和多个被监控MCU的属性信息。

优选地，看门狗复位发生器设置有属性管理模块，属性管理模块中有映射表，映射表将多个被监控服务分别对应不同的数据值；并且在对看门狗配置报文解码后，属性管理模块将根据不同的数据值，相应地将看门狗复位信号发射值相应的被监控的MCU。

因此，采用上述优选的技术方案，可以通过一个看门狗对数个MCU进行监控；降低用户的使用成本。

最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，包括：

一，初始化看门狗；

二，接收看门狗配置报文，并将配置报文转换为并行数据，其中，所述看门狗配置报文中的数据通过最大似然判决法识别；

三，对步骤二中识别到的看门狗配置报文数据进行解码，当检测到帧起始位时，进入看门狗配置报文数据接收状态；

四，将步骤三中接收的看门狗配置报文数据存储至寄存器中，并且当接收到此帧结束位时，此帧看门狗配置报文数据接收结束，返回至步骤三，重新准备下一帧看门狗配置报文数据的接收；

五，在步骤四中接收到此帧结束位时，对此帧报文中的看门狗配置报文数据进行判断，判断此帧看门狗配置报文中的数据中是否对应有关闭看门狗功能的命令；如果没有，则向看门狗复位信号发生器发出开启看门狗功能的命令；如果有，则向看门狗复位信号发生器发出关闭看门狗功能的命令；

六，如果步骤五中，看门狗复位信号发生器接收到开启看门狗功能的命令，继续检测复位信号发生器接收到的喂狗信号是否满足复位的条件；如果是，复位信号发生器向MCU输出复位信号；

如果步骤五中，看门狗复位发生器接收到关闭看门狗命令，则返回至步骤二。

2.如权利要求1所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，步骤二中所述看门狗配置报文中的数据识别采用的最大似然判决法包括：将看门狗配置报文接收的时钟配置为波特率的N倍，所述看门狗配置报文中的数据的每个位都会有N个采样值，当采样值超过N/2次的电平逻辑值即为所述数据中相应位的值。

3.如权利要求2所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，所述N倍为16倍，所述波特率为9600Bps；所述看门狗配置报文接收的时钟的分频率系数为652，每个周期的前半段内为高电平，每个周期的后半段为低电平。

4.如权利要求1所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，对步骤六中喂狗信号的检测方法包括：在喂狗信号检测模块中设置第一寄存器和第二寄存器，所述第一寄存器中的值滞后喂狗信号一个时钟，所述第二寄存器滞后所述第一寄存器一个时钟；如果在同一个时刻检测到所述第一寄存器中的值和所述第二寄存器中的值不同，复位信号发生器中的计数器就开始计时。

5.如权利要求4所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，所述复位信号发生器中计数器开始计时后，判断所述复位信号发生器中计数器的计时时间；如果时间满足看门狗变化时间，则将喂狗信号检测模块中的状态寄存器置为看门狗信号处于正常的状态；如果时间不满足看门狗变化时间，则将喂狗信号检测模块中的状态寄存器置为看门狗信号处于异常的状态。

6.如权利要求1所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，所述复位信号发生器设置有状态寄存器，计数器和复位信号发出模块；所述复位信号发生器中状态寄存器检测到复位信号有效后，对所述复位信号发生器中计数器进行清零。

7.如权利要求6所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，所述复位信号发生器还设置有上电复位寄存器，所述上电复位寄存器在上电的时候，被置为复位信号有效，所述复位信号发出模块检测到所述上电复位寄存器的复位信号有效，对外输出复位信号。

8.如权利要求6所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，当所述复位信号发生器中状态寄存器检测到开启看门狗命令后，启动所述复位信号发生器中计数器，并实时监听喂狗信号检测模块中的状态寄存器；当所述喂狗信号检测模块中状态寄存器被置为喂狗信号正常，就对所述复位信号发生器中的计数器进行清理，如果在预定的时间内检测不到喂狗信号正常，所述复位信号发生器中计数器就会溢出，并且所述复位信号发生器中计数器溢出状态会进入所述复位信号发生器中复位信号模块，触发所述复位信号发生器中复位信号发射模块发出复位信号，同时对复位信号发生器中计数器清零。

9.如权利要求1所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，所述看门狗配置报文解码后的数据中还设置有存储有所述看门狗自身端口和多个被监控MCU的属性信息。

10.如权利要求9所述的基于FPGA的看门狗复位方法，其特征在于，所述看门狗复位信号发生器设置有属性管理模块，所述属性管理模块中有映射表，所述映射表将多个被监控服务分别对应不同的数据值；并且在对看门狗配置报文解码后，所述属性管理模块将根据不同的数据值，相应地将看门狗复位信号发射至相应的被监控的MCU。