CN105677497A - 一种高可用性看门狗电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高可用性看门狗电路，包括依次连接的看门狗计数电路、看门狗喂狗电路，看门狗中断电路以及看门狗复位电路；看门狗计数电路实现看门狗的周期计数、以及与看门狗超时计数器的超时比较；依据不同的需求初始化为不同的看门狗计数周期和超时周期；看门狗喂狗电路通过读/写寄存器对看门狗电路中的计数器“清零”；看门狗中断电路包括看门狗中断控制电路和看门狗中断计数器；本发明一种高可用性看门狗电路，适应综合化航电系统大规模应用软件的使用要求，通过增强系统的容错能力来提高系统的可用性，避免了系统软件/硬件因偶发性故障引起的系统复位。

Description

一种高可用性看门狗电路

技术领域

本发明属于嵌入式计算机系统领域，尤其涉及一种高可用性看门狗电路电路。

背景技术

随着机载系统综合化模块化航空电子系统发展的需求，对航电核心处理平台的综合化程度和处理性能要求越来越高，综合处理平台的综合化导致系统应用软件随之也朝着综合化的方向发展，于是，系统应用软件规模越来越庞大、任务调度越来越复杂，航电系统任务高度集中，如何提高系统应用软件的可靠性、健壮性、可用性成为我们当前面临的重要问题。

在联合式航电系统中，为了防止系统应用软件运行异常而出现程序跑飞或者死循环的现象，硬件电路专门设计了看门狗电路解决此类问题。在规定时间周期内，系统应用软件必须通过读/写特定寄存器对看门狗电路中的计数器“清零”(俗称喂狗)，表示系统应用软件运行正常；否则，看门狗电路的计数器“超时”，看门狗电路将判定系统应用软件运行异常，然后看门狗电路将发出看门狗中断信号(俗称狗叫)通知系统，并产生系统复位。

综合化航电系统中，硬件电路和任务处理均采用综合化设计，如果看门狗超时后直接进行系统复位，将会导致系统因软件/硬件偶发性故障或非关键性故障导致整个系统出现短时间失控的现象，降低了系统的可靠性、可用性；而且，故障源如果并未消除，将导致故障系统反复复位，此系统将无法正常工作，如果此系统无余度备份的话，那么此系统功能将完全丧失；其次狗叫发生时的软件现场未记录的话，事后无法进行故障分析、定位。

综上所述，针对综合化航电系统，需要设计一种高可用性看门狗电路，通过增强对系统偶发故障的容错能力来提升系统的可靠性和可用性，满足综合化航电系统应用软件的使用要求。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种高可用性看门狗电路，适应综合化航电系统大规模应用软件的使用要求，通过增强系统的容错能力来提高系统的可用性，避免了系统软件/硬件因偶发性故障引起的系统复位。

本发明的技术解决方案是：一种高可用性看门狗电路，其特征在于：所述看门狗电路包括依次连接的看门狗计数电路、看门狗喂狗电路，看门狗中断电路以及看门狗复位电路；

所述看门狗计数电路实现看门狗的周期计数、以及与看门狗超时计数器的超时比较；依据不同的需求初始化为不同的看门狗计数周期和超时周期；

所述看门狗喂狗电路通过读/写寄存器对看门狗电路中的计数器“清零”；

所述看门狗中断电路包括看门狗中断控制电路和看门狗中断计数器；当系统没有在规定时间内喂狗时，看门狗中断控制电路输出看门狗中断信号有效给CPU，同时看门狗中断计数器加1；

所述看门狗复位电路控制当连续三次看门狗超时，看门狗复位有效。

上述看门狗计数电路的输入输出是：

a)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗计数器被清零、看门狗超时计数器被预置、看门狗超时信号输出无效状态；

b)看门狗计数时钟：输入，时钟信号，每过一个周期，看门狗计数器加1；

c)看门狗喂狗信号：输入，该信号有效时，看门狗计数器被清零；

d)看门狗超时信号：输出，当看门狗计数器大于等于看门狗超时计数器时，即看门狗超时事件发生，看门狗超时信号输出有效状态。

上述看门狗喂狗电路的输入输出：

a)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗喂狗信号输出无效状态；

b)看门狗喂狗信号：输出，处理器读/写特定寄存器时，看门狗喂狗信号输出有效状态。

上述看门狗中断电路的输入输出：

a)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗中断信号输出无效状态且看门狗中断计数器被清零；

b)看门狗超时信号：输入，当没有在规定时间内喂狗时，看门狗超时信号有效；

c)看门狗中断计数清除信号：输入，该信号有效时，看门狗中断计数器被清零；看门狗超时发生后，当处理器判定造成看门狗超时的故障原因已修复或可屏蔽时，处理器通过读/写特定寄存器使得看门狗中断计数清除信号有效，即系统“忽略”此前发生的看门狗超时异常。

d)看门狗中断信号：输出，看门狗超时信号有效时，该电路输出看门狗中断有效信号给CPU；CPU进行现场保存；

e)看门狗中断超限信号：输出，当连续三次看门狗超时发生后，该信号输出有效。

上述看门狗复位电路的输入输出：

a)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗复位信号输出无效状态；

b)看门狗中断超限信号：输入，当连续三次看门狗超时发生后，该信号有效；

c)看门狗复位信号：输出，看门狗中断超限信号有效时，即发生连续三次看门狗超时，该电路输出看门狗复位有效信号给系统复位控制电路。

一种高可用性看门狗电路的实现方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)判定系统复位：如果复位有效，则对看门狗相关资源进行初始化，然后进入步骤6)；否则，进入步骤2)；

2)判定喂狗操作：如果喂狗操作有效，则对看门狗相关资源进行初始化，然后进入步骤6)；否则，进入步骤3)；

3)看门狗计数器加1；

4)判定看门狗超时：如果超时，则看门狗中断计数器加1，并发出看门狗中断信号有效给CPU，CPU进入看门狗中断服务程序进行故障现场保存、故障判定，进入步骤5)；如果未超时，进入步骤6)；

5)判定看门狗连续超时的次数是否超过3次，如果超过3次，使能看门狗复位信号；否则，进入步骤6)；

6)推出看门狗计时周期服务程序。

本发明的优点：

1)看门狗连续三次发生后才进行复位，可避免偶发性故障导致的看门狗的看门狗复位；

2)提供看门狗超时中断计数器门限值设置功能，可满足不同系统对看门狗超时中断不同的容错能力要求；

3)提供看门狗中断，应用软件可进行故障现场记录，还可以结合健康管理系统进行故障诊断、故障定位、故障消除等一系列措施，在此发明的基础上更进一步提高系统的可靠性、健壮性、可用性。

本发明通过对看门狗超时中断的监控，仅对连续三次出现的看门狗故障进行处理，剔除了偶发性故障造成的看门狗超时中断，增强了对偶发性故障的容错能力，提高了系统的可用性。本发明采用VHDL语言实现，可应用于FPGA、CPLD等可编程器件实现。

附图说明

图1是本发明看门狗电路结构框图；

具体实施方式

参见图1，本发明的高可用性看门狗电路的工作原理：看门狗控制电路主要由看门狗计数电路，看门狗喂狗电路，看门狗中断电路，看门狗复位电路组成。看门狗电路的主要组成部分的功能如下：

a)看门狗计数电路：主要实现看门狗的周期计数、以及与看门狗超时计数器的超时比较。依据不同的需求可初始化为不同的看门狗计数周期和超时周期；电路的输入输出如下：

1)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗计数器被清零、看门狗超时计数器被预置、看门狗超时信号输出无效状态；

2)看门狗计数时钟：输入，时钟信号，每过一个周期，看门狗计数器加1；

3)看门狗喂狗信号：输入，该信号有效时，看门狗计数器被清零；

4)看门狗超时信号：输出，当看门狗计数器大于等于看门狗超时计数器时，即看门狗超时事件发生，看门狗超时信号输出有效状态；

b)看门狗喂狗电路：系统应用软件必须通过读/写特定寄存器对看门狗电路中的计数器“清零”，即喂狗操作。电路的输入输出如下：

1)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗喂狗信号输出无效状态；

2)看门狗喂狗信号：输出，处理器读/写特定寄存器时，看门狗喂狗信号输出有效状态；

c)看门狗中断电路:包括看门狗中断控制电路和看门狗中断计数器。当系统应用软件没有在规定时间内喂狗时，该电路输出看门狗中断信号有效给CPU，同时看门狗中断计数器加1。电路的输入输出如下：

1)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗中断信号输出无效状态且看门狗中断计数器被清零；

2)看门狗超时信号：输入，当没有在规定时间内喂狗时，看门狗超时信号有效；

3)看门狗中断计数清除信号：输入，该信号有效时，看门狗中断计数器被清零；看门狗超时发生后，当处理器判定造成看门狗超时的故障原因已修复或可屏蔽时，处理器通过读/写特定寄存器使得看门狗中断计数清除信号有效，即系统“忽略”此前发生的看门狗超时异常。

4)看门狗中断信号：输出，看门狗超时信号有效时，该电路输出看门狗中断有效信号给CPU；CPU进行现场保存，然后结合系统健康管理对看门狗超时事件进行故障诊断(可选)；

5)看门狗中断超限信号：输出，当连续三次看门狗超时发生后，该信号输出有效；

d)看门狗复位电路：当连续三次看门狗超时发生后，看门狗复位有效。电路的输入输出如下：

1)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗复位信号输出无效状态；

2)看门狗中断超限信号：输入，当连续三次看门狗超时发生后，该信号有效；

3)看门狗复位信号：输出，看门狗中断超限信号有效时，即发生连续三次看门狗超时，该电路输出看门狗复位有效信号给系统复位控制电路。

看门狗电路的工作流程：

一种高可用性看门狗电路的工作流程，在每个看门狗计时周期内的操作步骤如下：

a)判定系统复位：如果复位有效，则对看门狗相关资源进行初始化，然后进入步骤f)；否则，进入步骤b)；

b)判定喂狗操作：如果喂狗操作有效，则对看门狗相关资源进行初始化，然后进入步骤f)；否则，进入步骤c)；

c)看门狗计数器加1；

d)判定看门狗超时：如果超时，则看门狗中断计数器加1，并发出看门狗中断信号有效给CPU，CPU进入看门狗中断服务程序进行故障现场保存、故障判定等，进入步骤e)；如果未超时，进入步骤f)；

e)判定看门狗连续超时的次数是否超过3次，如果超过3次，那么使能看门狗复位信号；否则，进入步骤f)；

f)推出看门狗计时周期服务程序。

Claims (6)

1.一种高可用性看门狗电路，其特征在于：所述看门狗电路包括依次连接的看门狗计数电路、看门狗喂狗电路，看门狗中断电路以及看门狗复位电路；

所述看门狗计数电路实现看门狗的周期计数、以及与看门狗超时计数器的超时比较；依据不同的需求初始化为不同的看门狗计数周期和超时周期；

所述看门狗喂狗电路通过读/写寄存器对看门狗电路中的计数器“清零”；

所述看门狗中断电路包括看门狗中断控制电路和看门狗中断计数器；当系统没有在规定时间内喂狗时，看门狗中断控制电路输出看门狗中断信号有效给CPU，同时看门狗中断计数器加1；

所述看门狗复位电路控制当连续三次看门狗超时，看门狗复位有效。

2.根据权利要求1所述的高可用性看门狗电路，其特征在于：所述看门狗计数电路的输入输出是：

a)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗计数器被清零、看门狗超时计数器被预置、看门狗超时信号输出无效状态；

b)看门狗计数时钟：输入，时钟信号，每过一个周期，看门狗计数器加1；

c)看门狗喂狗信号：输入，该信号有效时，看门狗计数器被清零；

d)看门狗超时信号：输出，当看门狗计数器大于等于看门狗超时计数器时，即看门狗超时事件发生，看门狗超时信号输出有效状态。

3.根据权利要求1所述的高可用性看门狗电路，其特征在于：所述看门狗喂狗电路的输入输出：

a)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗喂狗信号输出无效状态；

b)看门狗喂狗信号：输出，处理器读/写特定寄存器时，看门狗喂狗信号输出有效状态。

4.根据权利要求1所述的高可用性看门狗电路，其特征在于：所述看门狗中断电路的输入输出：

a)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗中断信号输出无效状态且看门狗中断计数器被清零；

b)看门狗超时信号：输入，当没有在规定时间内喂狗时，看门狗超时信号有效；

c)看门狗中断计数清除信号：输入，该信号有效时，看门狗中断计数器被清零；看门狗超时发生后，当处理器判定造成看门狗超时的故障原因已修复或可屏蔽时，处理器通过读/写特定寄存器使得看门狗中断计数清除信号有效，即系统“忽略”此前发生的看门狗超时异常；

d)看门狗中断信号：输出，看门狗超时信号有效时，该电路输出看门狗中断有效信号给CPU；CPU进行现场保存；

e)看门狗中断超限信号：输出，当连续三次看门狗超时发生后，该信号输出有效。

5.根据权利要求1所述的高可用性看门狗电路，其特征在于：所述看门狗复位电路的输入输出：

a)复位信号：输入，复位信号有效时，看门狗复位信号输出无效状态；

b)看门狗中断超限信号：输入，当连续三次看门狗超时发生后，该信号有效；

c)看门狗复位信号：输出，看门狗中断超限信号有效时，即发生连续三次看门狗超时，该电路输出看门狗复位有效信号给系统复位控制电路。

6.一种高可用性看门狗电路的实现方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)判定系统复位：如果复位有效，则对看门狗相关资源进行初始化，然后进入步骤6)；否则，进入步骤2)；

2)判定喂狗操作：如果喂狗操作有效，则对看门狗相关资源进行初始化，然后进入步骤6)；否则，进入步骤3)；

3)看门狗计数器加1；

4)判定看门狗超时：如果超时，则看门狗中断计数器加1，并发出看门狗中断信号有效给CPU，CPU进入看门狗中断服务程序进行故障现场保存、故障判定，进入步骤5)；如果未超时，进入步骤6)；

5)判定看门狗连续超时的次数是否超过3次，如果超过3次，使能看门狗复位信号；否则，进入步骤6)；

6)推出看门狗计时周期服务程序。