CN112612636B

CN112612636B - 硬件看门狗的控制方法、看门狗系统

Info

Publication number: CN112612636B
Application number: CN202011536043.3A
Authority: CN
Inventors: 陆卫军; 赖一宁; 方珂琦; 毛钦晖; 吕铖灿
Original assignee: Zhejiang Supcon Technology Co Ltd
Current assignee: Zhongkong Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2040-12-22
Also published as: CN112612636A

Abstract

本申请属于计算机技术领域，具体涉及一种硬件看门狗的控制方法、看门狗系统。该方法包括：硬件看门狗接收待监测的微处理单元发送的任务状态信号，所述任务状态信号为微处理单元中各任务开始和结束时的电平信息；硬件看门狗根据所述任务状态信号，确定任务的任务时序信息；针对每个任务，硬件看门狗确定所述任务时序信息不满足预设的任务时序条件时，向所述微处理单元发出复位信号。通过本申请的方法能够从多个方面监测不同调度方式下的任务的运行状态，保证系统可靠运行。

Description

硬件看门狗的控制方法、看门狗系统

技术领域

本申请属于计算机技术领域，具体涉及一种硬件看门狗的控制方法、看门狗系统。

背景技术

在微型计算机系统中，由于工作常常会受到来自外界的干扰，造成程序的跑飞或陷入死循环，程序的正常运行被打断，无法继续工作，会造成整个系统陷入未知状态，发生不可预料的结果。为了对计算机系统的运行状态进行实时监测，便产生了一种专门用于监测计算机系统内程序运行状态的芯片或控制器，称为“看门狗”。

目前，看门狗可分为硬件看门狗和软件看门狗。硬件看门狗从本质上来说是一个定时器电路，一般有一个输入端和一个输出端，其中输入端叫做喂狗，输出端一般连接到计算机系统中微控制单元(Micro-Controller Unit，MCU)的复位端。在MCU正常工作的情况下，每隔一段时间输出一个清零信号到定时器电路的输入端，以使定时器电路进行清零操作，如果在超过规定的时间没有清零信号传到定时器电路的输入端，则定时器电路定时超时，将向MCU发送一个复位信号，以使MCU复位，防止MCU死机。软件看门狗是将硬件的定时器电路用处理器的内部定时器代替，这样可以简化硬件电路设计，但在可靠性方面不如硬件的定时器电路。总的来说，当计算机系统内的程序正常工作时，定时器电路不溢出，也就不能产生复位信号。如果MCU运行不正常，则定时器电路溢出产生复位信号并重启整个计算机系统。

在多任务系统中，现有的看门狗通过串行外设接口连接主副MCU，在串行外设接口中传递由特定令牌产生的特定的看门狗信号数据，在副MCU中判断看门狗信号数据是否有效，从而判断系统是否正常，此方案仅仅可以监控按顺序运行的多个任务的运行顺序，而对于任务的其他状态和其他调度方式的多任务无法进行监控。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种硬件看门狗的控制方法、看门狗系统。

(二)技术方案

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种硬件看门狗的控制方法，该方法包括：

S10、硬件看门狗接收待监测的微处理单元发送的任务状态信号，所述任务状态信号为微处理单元中各任务开始和结束时的电平信息；

S20、硬件看门狗根据所述任务状态信号，确定任务的任务时序信息；

S30、针对每个任务，硬件看门狗确定所述任务时序信息不满足预设的任务时序条件时，所述硬件看门狗向所述微处理单元发出复位信号。

可选地，所述任务时序信息包括任务的运行时长信息、运行周期信息、运行顺序信息、运行时间间隔信息中的一项或多项。

可选地，硬件看门狗确定所述任务时序信息不满足预设的任务时序条件，包括：

S31、硬件看门狗判断所述任务时序信息是否满足预设的任务时序条件，包括：

根据所述任务时序信息中的运行时长信息，判断任务运行时长是否满足预设的运行时长；和/或，

根据所述任务时序信息中的运行周期信息，判断任务运行周期是否满足预设的运行周期；和/或，

根据所述任务时序信息中的运行顺序信息，判断任务运行顺序是否满足预设的运行顺序；和/或，

根据所述任务时序信息中的运行时间间隔信息，判断任务运行时间间隔是否满足预设的运行时间间隔；

S32、当步骤S31中的判断结果中包含否时，硬件看门狗确定所述任务时序信息不满足预设的任务时序条件。

可选地，当两个任务的运行关系为互斥的关系时，满足预设的运行时间间隔包括：

任务运行时间间隔大于等于两个任务中在先运行的任务的运行时长。

可选地，步骤S30中还包括：针对每个任务，硬件看门狗确定所述任务时序信息满足预设的任务时序条件时，所述硬件看门狗将S31中的判断结果作为喂狗信号。

可选地，微处理单元发送的任务状态信号，包括：

微处理单元在每个任务开始时，通过GPIO端口输出低电平，

微处理单元在每个任务结束时，通过GPIO端口输出高电平。

第二方面，本申请提供一种看门狗系统，包括主MCU和从MCU，所述主MCU设置有用于发出任务状态信号的端口，所述从MCU接收所述端口发出的任务状态信号，并执行上述任一所述的方法。

可选地，所述从MCU为微处理单元或现场可编程门阵列。

可选地，所述主MCU用于发出任务状态信号的端口是GPIO端口。

可选地，该系统还包括数据存储单元，所述数据存储单元，用于存储任务时序信息。

(三)有益效果

本申请的有益效果是：本申请提出了一种硬件看门狗的控制方法、看门狗系统，其中的方法包括：硬件看门狗接收待监测的微处理单元发送的任务状态信号，任务状态信号为微处理单元中各任务开始和结束时的电平信息；硬件看门狗根据任务状态信号，确定任务的任务时序信息；针对每个任务，硬件看门狗确定任务时序信息不满足预设的任务时序条件时，向微处理单元发出复位信号。通过本申请的方法能够从多个方面监测不同调度方式下的任务的运行状态，保证系统可靠运行。

附图说明

本申请借助于以下附图进行描述：

图1为本申请一个实施例中的硬件看门狗的控制方法流程示意图；

图2为本申请一个实施例中的硬件看门狗的控制方法的数据流图；

图3为本申请一个实施例中的任务状态信号从GPIO输出流程示意图；

图4为本申请一个实施例中的硬件看门狗从GPIO接收任务状态信号确定运行时长信息流程示例图；

图5为本申请一个实施例中的一个任务的任务状态信号波形示例图；

图6为本申请一个实施例中的多个任务的任务状态信号波形示例图；

图7为本申请另一个实施例中的多个任务的任务状态信号波形示例图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

本申请第一方面通过一个实施例提供一种硬件看门狗的控制方法，图1为本申请一个实施例中的硬件看门狗的控制方法流程示意图，如图1所示，本实施例的硬件看门狗的控制方法，包括：针对待监测的多任务微处理单元(Micro-Controller Unit，MCU)，微处理单元在每个任务开始与结束时输出任务状态信号；

S10、硬件看门狗接收待监测的微处理单元发送的任务状态信号，任务状态信号为微处理单元中各任务开始和结束时的电平信息。

图2为本申请一个实施例中的硬件看门狗的控制方法的数据流图，如图2所示，MCU中运行有多个任务：任务1、任务2、任务3、任务4......任务n，各任务将任务状态信号发送至看门狗。

具体地，任务状态信号可以包括：

MCU在每个任务开始时，通过GPIO端口输出低电平，

MCU在每个任务结束时，通过GPIO端口输出高电平。

通用输入/输出端口(General Purpose I/O Ports，GPIO)可以输出高低电平或者通过它们读入引脚的状态-是高电平或是低电平。本实施例中，微处理单元通过该端口输出任务状态信号。图3为本申请一个实施例中的任务状态信号从GPIO输出流程示意图，如图3所示，在多任务系统中，将需要监控的任务的运行状态信号通过GPIO向外发送，在任务开始时将对应GPIO电平拉低，输出低电平；在任务结束时将GPIO电平拉高，输出高电平。

需要说明的时，这里的主MCU可以是单核MCU，即在一个时刻处理一个任务，也可以是多核MCU。对于多核系统，几个内核的程序是同时运行的，同一个时刻可处理多个任务，多段代码在同时运行的。

S20、硬件看门狗根据任务状态信号，确定任务的任务时序信息。

本实施例中，任务时序信息包括任务的运行时长信息、运行周期信息、运行顺序信息、运行时间间隔信息。

具体地，看门狗监控各GPIO的输出信号，提取其中的任务时序信息，从而监控各任务是否按照预期运行，包括：监视每个任务的运行时间、监视任务的运行周期、监视任务之间的先后顺序关系、监视任务是否存在同时执行的情况。

运行时长信息可以是任务从开始到结束的时间长度信息。

图4为本申请一个实施例中的硬件看门狗从GPIO接收任务状态信号确定运行时长信息流程示例图；如图4所示，硬件看门狗采集GPIO端口输出的信号，判断信号是否为低电平，若是则计时开始，若否则继续接收该信号进行判断。当信号为低电平时，对接收的信号判断是否为高电平，若是则计时结束并统计运行时间，若否则继续接收该信号进行判断。得到统计运行时间信息。

运行周期信息可以是一个任务从一次执行到下一次执行中间间隔的时间长度信息。图5为本申请一个实施例中的一个任务的任务状态信号波形示例图；如图5所示，GPIO低电平的时间间隔即任务运行周期，GPIO低电平的持续时长即运行时间。

运行顺序信息可以是多个任务执行时的先后顺序信息，运行时间间隔信息可以是任意两个任务从高电平变化为低电平时刻的时间间隔长度信息。图6为本申请一个实施例中的多个任务的任务状态信号波形示例图，图6所示的波形可以由基于时间片调度的单核MCU产生的。如图6所示，3个任务按照任务1、任务2、任务3的顺序运行，那么这3个任务的任务顺序信息就是任务1、任务2、任务3。图7为本申请另一个实施例中的多个任务的任务状态信号波形示例图，图7所示的波形可以由能够同时处理多个任务的多核MCU产生。如图7所示，任务1和任务2同时运行，因此，通过GPIO的电平信号可确定任务的运行时间间隔信息，即任务1和任务2低电平起始时刻的时间间隔长度信息。

通过运行时间间隔信息可以监测同时运行的多个任务的运行状态。比如，任务a和任务b可以同时运行，因此运行时间上存在重叠。而有些任务之间是互斥关系的，比如任务A运行时，任务B不能运行，也就是说，任务A运行开始直到结束的过程中，B是不能够运行的，任务B需要被挂起或者直接退出。在这种关系下，任务A、任务B的运行时间间隔应该大于等于在先运行的任务A或者任务B的运行时长。任务A和任务B如果发生图7波形，就说明系统存在故障，需要复位。

S30、针对每个任务，硬件看门狗确定任务时序信息不满足预设的任务时序条件时，硬件看门狗向微处理单元发出复位信号。请继续参阅图2，当看门狗发现任务运行状态异常时，复位MCU。

本实施例中，硬件看门狗确定任务时序信息不满足预设的任务时序条件，包括：

S31、硬件看门狗判断任务时序信息是否满足预设的任务时序条件，包括：

根据任务时序信息中的运行时长信息，判断任务运行时长是否满足预设的运行时长；和/或，

根据任务时序信息中的运行周期信息，判断任务运行周期是否满足预设的运行周期；和/或，

根据任务时序信息中的运行顺序信息，判断任务运行顺序是否满足预设的运行顺序；和/或，

根据任务时序信息中的运行时间间隔信息，判断任务运行时间间隔是否满足预设的运行时间间隔；

S32、当步骤S31中的判断结果中包含否时，硬件看门狗确定任务时序信息不满足预设的任务时序条件。

本实施例中，针对每个任务，当任务时序信息满足预设的任务时序条件时，也即是说，所有的判断结果均为是时，硬件看门狗将S31中的判断结果作为喂狗信号。需要说明的是，步骤S31中的4种条件判断可根据任务的实际情况灵活运用。

举例来说，在一个时刻只能处理一个任务的单核MCU，若采用基于时间片的调度方式，则需要监视每个任务的运行时间、监视任务的运行周期、监视任务之间的先后顺序关系，需要判断的是：

根据任务时序信息中的运行时长信息，判断任务运行时长是否满足预设的运行时长；

根据任务时序信息中的运行周期信息，判断任务运行周期是否满足预设的运行周期；

根据任务时序信息中的运行顺序信息，判断任务运行顺序是否满足预设的运行顺序。

而对于多核系统，同一个时刻可以处理多个任务，在监测时除了可采用上述的方式监测每个核中的任务处理状态，还需监测多个核之间的任务处理状态，那么就需要监视任务是否存在同时执行的情况，需要判断的是：根据任务时序信息中的运行时间间隔信息，判断任务运行时间间隔是否满足预设的运行时间间隔。

比如两个核中的两个任务可以是互斥的关系，那么判断任务运行时间间隔是否满足预设的运行时间间隔，需判断任务运行时间间隔是否大于等于两个任务中在先运行的任务的运行时长。

比如两个核中的两个任务可以是同时运行的关系，那么判断任务运行时间间隔是否满足预设的运行时间间隔，需判断任务运行时间间隔是否小于预设的时长。

本实施例针对如何直观地监控多任务系统中的每一个任务的难题，提供了一种硬件看门狗的控制方法。对于干扰信号，由于任务间运行顺序、任务运行时间等都是预先设定的，所以干扰信号不可能在所有GPIO上同时施加类似信号，可以有效避免干扰加载到喂狗信号上使看门狗误以为是喂狗信号的问题；还可以直接有效地监控不同调度方式下的多任务系统中每个任务的运行情况，如任务运行耗时、任务运行顺序、任务运行周期、任务运行是否重叠等，保证系统可靠运行。

本申请第二方面通过另一实施例提供了一种看门狗系统，包括主MCU和从MCU，主MCU设置有用于发出任务状态信号的端口，从MCU接收端口发出的任务状态信号，并执行上述第一方面所述的硬件看门狗的控制方法。

本实施例中，主MCU用于发出任务状态信号的端口是GPIO端口，从MCU可以是微处理单元(Micro-Controller Unit，MCU)或者逻辑器件，例如现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)实现。

本实施例中，该系统还包括数据存储单元，用于任务时序信息的存储。

作为看门狗的从MCU可以将每个任务的运行状态存储，并在发生故障时被读取分析。

本实施例中的从MCU对主MCU的监控精确到任务级，而不是MCU级，在系统调试时较易从外部监视各任务状态。

在本申请公开的上述实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的方法、设备和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims

1.一种硬件看门狗的控制方法，其特征在于，该方法包括：

S20、硬件看门狗根据所述任务状态信号，确定任务的任务时序信息；所述任务时序信息包括任务的运行时长信息、运行周期信息、运行顺序信息、运行时间间隔信息中的一项或多项；

S30、针对每个任务，硬件看门狗确定所述任务时序信息不满足预设的任务时序条件时，所述硬件看门狗向所述微处理单元发出复位信号；

硬件看门狗确定所述任务时序信息不满足预设的任务时序条件，包括：

2.根据权利要求1所述的硬件看门狗的控制方法，其特征在于，当两个任务的运行关系为互斥的关系时，满足预设的运行时间间隔包括：

3.根据权利要求2所述的硬件看门狗的控制方法，其特征在于，步骤S30中还包括：针对每个任务，硬件看门狗确定所述任务时序信息满足预设的任务时序条件时，所述硬件看门狗将S31中的判断结果作为喂狗信号。

4.根据权利要求2所述的硬件看门狗的控制方法，其特征在于，微处理单元发送的任务状态信号，包括：

微处理单元在每个任务开始时，通过GPIO端口输出低电平；

微处理单元在每个任务结束时，通过GPIO端口输出高电平。

5.一种看门狗系统，其特征在于，包括主MCU和从MCU，所述主MCU设置有用于发出任务状态信号的端口，所述从MCU接收所述端口发出的任务状态信号，并执行上述权利要求1至4任一所述的方法。

6.根据权利要求5所述的看门狗系统，其特征在于，所述从MCU为微处理单元或现场可编程门阵列。

7.根据权利要求5所述的看门狗系统，其特征在于，所述主MCU用于发出任务状态信号的端口是GPIO端口。

8.根据权利要求5所述的看门狗系统，其特征在于，该系统还包括数据存储单元，所述数据存储单元，用于存储任务时序信息。