硬件和軟件看門狗的異同

說到提高系統的可靠性，剛入門的工程師都知道，增加一個看門狗是重要的手段?？撮T狗又分軟件看門狗和硬件看門狗，但是很多人可能沒有深入了解其中的區別，工作中可能都遇到這樣的PK：

??軟件和硬件看門狗有什么區別？學完這篇文章就可以迎刃而解了。

1、硬件看門狗的原理

硬件看門狗是利用一個定時器電路，其定時輸出連接到電路的復位端，程序在一定時間范圍內對定時器清零(俗稱“喂狗”)，因此程序正常工作時，定時器總不能溢出，也就不能產生復位信號。如果程序出現故障，不在定時周期內復位看門狗，就使得看門狗定時器溢出產生復位信號并重啟系統。
我們以ADI公司的ADM6316看門狗芯片為例。

??該看門狗芯片的主要功能有：
??1.可以監控主電源VCC，26種復位閾值選項：2.5 V至5 V，以100 mV遞增;
??2.4種復位延遲選項：1 ms、20 ms、140 ms、1120 ms（最小值）;
??3.4種看門狗喂狗超時選項：6.3 ms、102 ms、1600 ms、25.6 s（典型值）;
??4.支持手動復位輸入;
??5.復位輸出級：推挽低電平有效,開漏低電平有效,推挽高電平有效。
??復位功能說明：
??該芯片內置復位功能。設備上電時，芯片的VCC電壓一旦到達開啟閾值電壓VTH，延遲定時器啟動，經過延遲時間tRP，復位信號RESET或者/RESET即可輸出，實現設備的延遲上電復位；芯片同時會監測VCC的電壓，一旦VCC跌落到VTH以下，經過延遲時間tRD后，復位信號輸出電平翻轉，實現設備的復位。

??看門狗功能說明：
??該芯片內置看門狗功能，設備上電時，芯片的VCC電壓一旦到達開啟閾值電壓VTH，延遲定時器啟動，經過延遲時間tRP，復位信號RESET或者/RESET即可輸出，實現設備的延遲上電復位；當喂狗信號WDI收到第一個脈沖電平時，就觸發芯片內部的定時器，軟件必須在tWD時間內輸出喂狗信號WDI，否則復位信號RESET或者/RESET將會在定時時間tWD到達時，進行復位，設備重新復位。

2、軟件看門狗的原理

軟件看門狗原理上一樣，只是將硬件電路上的定時器用處理器的內部定時器代替，這樣可以簡化硬件電路設計，一般是將一個芯片中的定時器來作為看門狗，通過程序的初始化，寫入初值，并啟動定時器。程序按時對定時器賦初值（或復位），以免它餓了。
??這種看門狗是可以被禁用的（只要停止這個定時器即可），好比對那只要咬你的狗來個“葵花點穴手”，大部分CPU都內置看門狗，硬件原理可參考各芯片數據手冊。
??優點：可以通過程序改變初始時間，也可以隨時禁用。
??缺點：需要初始化，如果程序在初始化、啟動完成前跑飛或在禁用后跑飛，看門狗就無法復位系統，這樣看門狗的作用就沒有了，系統恢復能力降低。

3、軟硬件看門狗的主要異同

學習了上述的軟硬件看門狗，我們總結一下兩者的異同。
??兩者相同點如下：
??1) 都是通過定時器實現；定時時間到沒有喂狗就進行復位。
??2) 都是需要在規定的時間內喂狗。
??3) 兩者都是靠軟件進行喂狗。
??兩者主要差異如下：
??1) 附加功能：硬件看門狗芯片一般還附帶了延遲復位和電源檢 測的功能，軟件則沒有。
??2) 屏蔽方法：軟件看門狗很容易屏蔽關閉，只需修改其中的寄存器，而硬件看門狗一旦啟動不斷電就停不下來。
??3) 啟動方式：軟件看門狗很容易啟動，只需修改其中的寄存器。硬件一般是收到第一個喂狗信號后就啟動。
??4) 初始化：硬件看門狗上電后收到第一個喂狗脈沖就完成了初始化，軟件看門狗則需要配置相關的寄存器（或者調用相關的看門狗子程序）。

4、一個軟件看門狗搞不定的案例

項目組研發一款戶外遠程采集器，應用場景包括偏僻的郊外，對可靠性要求很高，出現故障后或者遠程升級后能夠自動復位重啟。為了節省成本，該產品采用主芯片內置的看門狗功能。主芯片其他資源初始化完成后，再初始化看門狗功能。產品批量后，遠程升級過程中，大概有5%的概率設備升級后變磚，需要人工斷電后再上電才能恢復正常。
??經過研發人員分析，軟件的看門狗的流程如下圖，一小部分設備，在升級程序過程，出現了死機的問題，程序還沒有運行到初始化看門狗的階段，看門狗無法生效，導致設備處于一直死機的狀態，人工斷電重啟后恢復正常。

??經過改良升級，研發人員使用了硬件看門狗，上電瞬間就依賴上拉電阻形成的高脈沖開啟看門狗，看門狗的延遲最遲喂狗時間為1.8S，評估升級+初始化時間最遲為1.2S，所以該看門狗芯片滿足要求，一旦1.8S內應用程序還無法喂狗，則復位重啟，問題得以解決。

5、總結

軟件和硬件的看門狗的最主要差異在于開啟看門狗的時機，軟件看門狗必須初始化（配置）看門狗才能使用，如果軟件看門狗是廠商提供的SDK中的一個API接口，開發者又沒有能力修改底層的uboot、內核，無法在uboot、內核階段開啟和喂狗，開啟看門狗的時機就很晚了，程序就有可能還沒有跑到看門狗初始化就掛了，中間的各種幺蛾子都不受控，就像上述的案例。
??而硬件看門狗開啟則不受軟件的約束，設備上電就可以依賴上拉電阻提供的高脈沖開啟看門狗，只要軟件不及時喂狗，就復位，這個是無條件的。所謂一分錢一分貨，在電子產品也是適用的。
??當然，如果你能說服驅動工程師，能夠在主芯片上電第一時間，就初始化和開啟軟件看門狗，理論上，軟件看門狗也可以做的和硬件看門狗一樣可靠。

審核編輯黃宇