CN109491823B - 一种不可逆的看门狗切换电路及其切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不可逆的看门狗切换电路，包括：D触发器、或门、与门。一种不可逆的看门狗切换电路的切换方法，1、MCU开始正常启动工作；2、在/RST由低变高时，D触发器锁存输出Q＝D＝1，/Q＝0；3、/Q和时钟芯片的输出信号接到或门的输入上，MCU的喂狗信号经上拉电阻上拉到高电平，与门输出仍为时钟芯片的输出信号，对看门狗芯片进行喂狗；4、将MCU_IO拉低，D触发器的输出Q被强制置为0，则/Q＝1，经过或门与门，最后输出信号为MCU的喂狗信号LED_RUN。本发明喂狗信号切换不可逆，防止了系统跑飞无法复位的意外情况；电路简单，成本低廉。

Description

一种不可逆的看门狗切换电路及其切换方法

技术领域

本发明属于由MCU构成的微型计算机技术领域，具体涉及一种不可逆的看门狗切换电路及其切换方法。

背景技术

在由MCU(微控制单元，Microcontroller Unit)构成的微型计算机系统中，由于MCU的工作常常会受到外界电磁场的干扰，造成各种寄存器和内存的数据混乱等意外情况，都会陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续正常工作，会造成整个系统陷入停滞状态，发生不可预料的结果。MCU按一个固定周期给看门狗芯片信号，当系统跑飞、就无法给出此信号，看门狗电路/芯片就将MCU进行复位，重新运行系统。

随着实际应用越来越复杂，MCU普遍采用操作系统来进行管理，而操作系统例如Linux等启动初始化的时间较长，启动的一段时间内系统无法提供一个喂狗信号给看门狗芯片。在一个典型的MCU系统中，启动时间里的喂狗信号一般都是由外部时钟芯片提供的一个周期信号。系统正常启动后，喂狗信号进行切换，由MCU来提供。

在此过程中，要求喂狗信号的切换过程不可逆，即喂狗信号从时钟芯片切换到MCU喂狗后，不能再切换回时钟芯片，否则就起不到看门狗芯片的作用。由于MCU存在跑飞的情况，即此切换过程要求即使MCU跑飞输出混乱的情况下，也不可逆。

目前主要的看门狗切换电路存在以下问题：1、喂狗切换电路过于复杂，成本过高，有些系统为了实现无缝切换，应用了CPLD等成本较高的方案；2、喂狗切换电路是可逆的，即将喂狗信号由时钟芯片提供的信号切换为MCU提供的信号后，仍有可能切换回时钟芯片信号，在系统混乱时、有较大概率发生这种情况，而此种情况下喂狗信号仍在继续，系统无法复位重启，看门狗芯片起不到作用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种常用MCU不可逆的看门狗切换电路及其切换方法，切换电路简单、成本低廉。本发明所采用的技术方案是利用D触发器、或门、与门来实现不可逆的电路切换功能。本发明所采用的技术方案如下：

一种不可逆的看门狗切换电路，包括：D触发器、或门、与门，所述的D触发器有6个管脚：预置/SD、清零端/RD、上跳沿触发CP、输入端D、输出端Q、反向输出端/Q，所述的或门有两个输入管脚A、B和一个输出管脚Y，所述的与门有两个输入管脚A’、B’和一个输出管脚Y’，/Q接到或门的输入端B上，或门的输出端Y接到与门的输入端B’上。

优选地，不可逆的看门狗切换电路还包括：/RST为MCU的复位管脚，MCU_IO为看门狗信号切换管脚，VCC为系统的供电电源，32.768K为MCU的时钟芯片的32.768KHz输出信号，LED_RUN为MCU系统自己产生的喂狗信号，WDI为看门狗芯片的喂狗信号接收管脚；MCU_IO接到D触发器的输入端D上和清零端/RD上，/RST接到D触发器的上跳沿触发CP上，VCC接到D触发器的预置/SD上，Q悬空，32.768KHz输出信号接到或门输入端A上，LED_RUN接到与门的输入端A’上，与门的输出端Y’接到WDI上。

一种不可逆的看门狗切换电路的切换方法，包括以下步骤：

步骤1、MCU开始正常启动工作；

步骤2、在/RST由低变高时，D触发器锁存输出Q＝D，此时Q＝D＝1，/Q＝0；

步骤3、/Q和时钟芯片的输出信号接到或门的输入上，然后此时或门的输出信号和MCU的喂狗信号LED_RUN接到与门的输入上，MCU的喂狗信号经上拉电阻上拉到高电平，与门输出仍为时钟芯片的输出信号，对看门狗芯片进行喂狗；

步骤4、将MCU_IO拉低，此时D触发器的输出Q被强制置为0，则/Q＝1，经过或门与门，最后输出信号为MCU的喂狗信号LED_RUN。

优选地，步骤1所述的MCU开始正常启动工作的启动流程如下：

将MCU的/RST管脚接到D触发器的CP脚上，在初始上电时，由看门狗芯片输出一个低电平，把MCU进行复位，持续一段时间后，/RST恢复高电平，MCU开始正常启动工作。

本发明的有益效果：

1)喂狗信号切换不可逆，防止了系统跑飞无法复位的意外情况；

2)电路简单，成本低廉。

附图说明

图1是本发明的不可逆的看门狗切换电路示意图；

图2是本发明的不可逆的看门狗切换电路应用实例电路图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

触发器有集成触发器和门电路组成的触发器，触发方式有电平触发和边沿触发两种。D触发器在时钟脉冲CP的前沿(正跳变0→1)发生翻转，触发器的次态取决于CP的脉冲上升沿到来之前D端的状态，即次态＝D。因此，它具有置0、置1两种功能。由于在CP＝1期间电路具有维持阻塞作用，所以在CP＝1期间，D端的数据状态变化，不会影响触发器的输出状态。

如图1所示，是本发明的不可逆的看门狗切换电路示意图，主要包括：D触发器、或门、与门。所述的D触发器有6个管脚：预置/SD、清零端/RD、上跳沿触发CP、输入端D、输出端Q、反向输出端/Q。或门有三个管脚，两个输入管脚A、B，一个输出管脚Y。与门有三个管脚，两个输入管脚A’、B’，一个输出管脚Y’。/RST为MCU的复位管脚，低电平有效，即处于低电平时MCU复位。MCU_IO为看门狗信号切换管脚，此管脚由上拉电阻拉到高电平，当MCU想切换看门狗信号时，将此IO管脚拉低即可。VCC为系统的供电电源。32.768K为MCU的时钟芯片的32.768KHz输出信号，LED_RUN为MCU系统自己产生的喂狗信号。WDI为看门狗芯片的喂狗信号接收管脚，当此管脚接收不到固定的信号，就会自动把/RST拉低，将MCU进行复位。

MCU_IO接到D触发器的输入端D上和清零端/RD上，/RST接到D触发器的上跳沿触发CP上，VCC接到D触发器的预置/SD上，Q悬空，/Q接到或门的输入端B上，32.768K接到或门输入端A上，或门的输出端Y接到与门的输入端B'上，LED_RUN接到与门的输入端A'上，与门的输出端Y'接到WDI上。

SD和RD是D触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD＝1且RD＝0时，不论输入端D为何种状态，都会使Q＝0，/Q＝1，即触发器置0；当SD＝0且RD＝1(SD的非为1，RD的非为0)时，Q＝1，/Q＝0，触发器置1，SD和RD通常又称为直接置1和置0端。

只有当CP上由低变高，给出一个上升沿时，Q＝D，即此时输入端等于输出端，其余状态是输出端保持上一个状态不变。真值表如下：

如图2所示，是本发明的不可逆的看门狗切换电路应用实例电路图。在以AT91SAM9G25为MCU的系统中，使用IMP706作为看门狗芯片。将AT91SAM9G25的/RST管脚、看门狗芯片的/RST接到D触发器的CP脚上，LED_RUN为AT91SAM9G25正常运行起来的喂狗信号，MCU_IO为AT91SAM9G25的一个普通IO管脚，来起切换喂狗信号的作用。32.768K由外部时钟芯片8025T来提供。VCC为系统电源，GND为系统地。应用实例电路比起示意图，增加了R1、R2、LED1、R7、C49、R20、R31、D8这几个器件，主要是为了实际应用，在原理的理解和示意图一样。

一种不可逆的看门狗切换电路的切换方法，包括以下步骤：

步骤1、在实际使用中，将MCU的/RST管脚接到D触发器的CP脚上。/RST一般要接到看门狗芯片上，在初始上电时，由看门狗芯片输出一个低电平，把MCU进行复位，持续一段时间后，/RST恢复高电平，MCU开始正常启动工作。

步骤2、在/RST由低变高时，为一个上升沿，D触发器锁存输出Q＝D。而此时由于D接到MCU的一个MCU_IO上，此MCU_IO由上拉电阻上拉到高电平，此时Q＝D＝1，/Q＝0。

步骤3、/Q和时钟芯片的输出信号(典型值位32.768K)接到或门的输入上，此时或门输出信号为时钟芯片的32.768K，然后此时或门输出信号和MCU的喂狗信号LED_RUN接到与门的输入上，MCU的喂狗信号经上拉电阻上拉到高电平，与门输出仍为时钟芯片的输出信号32.768K，对看门狗芯片进行喂狗。

步骤4、当MCU正常启动后，将MCU_IO拉低，由于MCU_IO接到了/RD清零端上，此时D触发器的输出Q被强制置为0，则/Q＝1，经过或门与门，最后输出信号为MCU的喂狗信号LED_RUN，此时起到了切换喂狗信号的作用。

应用上述方法之后，假设系统跑飞，MCU的各输出IO陷入混乱，由于此时Q＝0，会保持原状态不变，喂狗信号继续由LED_RUN提供。此时由于系统已跑飞，无法提供一个正常的喂狗信号给看门狗芯片，看门狗芯片会将MCU复位。若想将Q变为1，让时钟芯片的输出信号32.768K进行喂狗，则需要/RST给出一个上升沿信号，而/RST是由看门狗芯片控制的，而不是MCU控制，所以是不可能将Q置为1。这样起到了喂狗信号由时钟芯片的输出信号32.768K切换为LED_RUN后无法逆转的作用。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种不可逆的看门狗切换电路，其特征在于，包括：D触发器、或门、与门，所述的D触发器有6个管脚：预置/SD、清零端/RD、上跳沿触发CP、输入端D、输出端Q、反向输出端/Q，所述的或门有两个输入管脚A、B和一个输出管脚Y，所述的与门有两个输入管脚A’、B’和一个输出管脚Y’，/Q接到或门的输入端B上，或门的输出端Y接到与门的输入端B’上；

还包括：/RST为MCU的复位管脚，MCU_IO为看门狗信号切换管脚，VCC为系统的供电电源，32.768K为MCU的时钟芯片的32.768KHz输出信号，LED_RUN为MCU系统自己产生的喂狗信号，WDI为看门狗芯片的喂狗信号接收管脚；MCU_IO接到D触发器的输入端D上和清零端/RD上，/RST接到D触发器的上跳沿触发CP上，VCC接到D触发器的预置/SD上，Q悬空，32.768KHz输出信号接到或门输入端A上，LED_RUN接到与门的输入端A’上，与门的输出端Y’接到WDI上。

2.一种根据权利要求1所述的不可逆的看门狗切换电路实现的切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、MCU开始正常启动工作；

步骤2、在/RST由低变高时，D触发器锁存输出Q＝D，此时Q＝D＝1，/Q＝0；

步骤3、/Q和时钟芯片的输出信号接到或门的输入上，然后此时或门的输出信号和MCU的喂狗信号LED_RUN接到与门的输入上，MCU的喂狗信号经上拉电阻上拉到高电平，与门输出仍为时钟芯片的输出信号，对看门狗芯片进行喂狗；

步骤4、将MCU_IO拉低，此时D触发器的输出Q被强制置为0，则/Q＝1，经过或门与门，最后输出信号为MCU的喂狗信号LED_RUN。

3.根据权利要求2所述的一种不可逆的看门狗切换电路实现的切换方法，其特征在于，步骤1所述的MCU开始正常启动工作的启动流程如下：

将MCU的/RST管脚接到D触发器的CP脚上，在初始上电时，由看门狗芯片输出一个低电平，把MCU进行复位，持续一段时间后，/RST恢复高电平，MCU开始正常启动工作。

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