合宙低功耗4G模組：Air780E內(nèi)部硬件看門狗(wdt)示例
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一、看門狗電路介紹
看門狗（Watch Dog Timer，WDT）是一種監(jiān)控電路，主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，目的是為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在看門狗電路的幫助下，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，如程序跑飛或死循環(huán)時(shí)，能夠自動(dòng)復(fù)位并重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
1.1 看門狗的工作原理
看門狗電路通常包括一個(gè)定時(shí)器、一個(gè)喂狗信號和一個(gè)復(fù)位（Reset）輸出。在正常的系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主控制器（MCU）會定期向喂狗信號發(fā)送一個(gè)脈沖，以“喂”看門狗，防止其計(jì)時(shí)到達(dá)預(yù)設(shè)值。如果 MCU 由于某種原因未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)喂狗，看門狗定時(shí)器將會計(jì)滿并輸出一個(gè)復(fù)位信號，將 MCU 復(fù)位。
1.2 看門狗的應(yīng)用架構(gòu)
在實(shí)際應(yīng)用中，看門狗芯片通常連接到 MCU 的一個(gè) GPIO 端口。MCU 在其正常運(yùn)行期間會定期向該端口寫入一個(gè)高電平或低電平信號，以此告訴看門狗它仍然正常工作。如果 MCU 未能按時(shí)發(fā)出信號，看門狗將觸發(fā)復(fù)位操作。
1.3 看門狗芯片的功能和硬件
某些看門狗芯片如 TPV6823 具有多個(gè)引腳，包括供電引腳（VCC）、喂狗信號引腳（WDI）、復(fù)位輸出引腳（RESETn）和手動(dòng)復(fù)位輸入引腳（MRn）。這些引腳提供了多種復(fù)位方式和時(shí)間設(shè)置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
1.4 看門狗的定時(shí)時(shí)間
看門狗的定時(shí)時(shí)間通常需要保持在一個(gè)相對較長的周期，例如 200 毫秒左右。這樣的設(shè)置是為了確保在正常運(yùn)行中，即使 MCU 由于干擾而未能及時(shí)喂狗，看門狗也不會立即復(fù)位系統(tǒng)，從而給 MCU 足夠的時(shí)間來響應(yīng)和處理問題。
1.5 看門狗的類型
看門狗可以分為獨(dú)立看門狗和窗口看門狗。獨(dú)立看門狗的時(shí)間精度要求較低，而窗口看門狗則用于時(shí)間精度要求較高的場合。
1.6 軟硬件看門狗的區(qū)別
硬件看門狗利用獨(dú)立的定時(shí)器電路來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，具有較高的可靠性。軟件看門狗則使用處理器內(nèi)部的定時(shí)器或其他機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，雖然在一定程度上可以簡化硬件設(shè)計(jì)，但在可靠性方面通常不如硬件看門狗。
總結(jié)而言，看門狗是一種重要的系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制，通過定期“喂狗”來確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，看門狗能夠及時(shí)復(fù)位系統(tǒng)，防止死循環(huán)和程序跑飛等情況的發(fā)生，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，開發(fā)者需要根據(jù)具體需求選擇合適的看門狗解決方案，并設(shè)置適當(dāng)?shù)臅r(shí)間參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的保護(hù)效果。
二、演示功能概述
本文演示主要通過 Air780E 核心板和 LuatOS 系統(tǒng)，介紹如何使用看門狗定時(shí)器（WDT）庫來防止嵌入式設(shè)備死機(jī)?？撮T狗電路是一種監(jiān)控電路，主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，目的是為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在看門狗電路的幫助下，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，如程序跑飛或死循環(huán)，能夠自動(dòng)復(fù)位并重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
演示分為兩個(gè)部分：正常運(yùn)行情況和故障場景模擬。
在正常運(yùn)行情況下，示例代碼會初始化看門狗庫，并設(shè)置超時(shí)時(shí)間和喂狗周期。然后，創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，該任務(wù)會定期喂狗，以防止看門狗定時(shí)器超時(shí)。如果看門狗定時(shí)器超時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)重啟。
在故障場景模擬部分，我們添加了一個(gè)新的任務(wù) fault_task，該任務(wù)進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，不進(jìn)行喂狗操作。這樣，當(dāng)看門狗定時(shí)器超時(shí)后，系統(tǒng)將自動(dòng)重啟，模擬了設(shè)備在故障場景下的自動(dòng)恢復(fù)能力。
通過這個(gè)演示，我們可以看到看門狗定時(shí)器在嵌入式系統(tǒng)中的重要作用，它能夠有效防止系統(tǒng)死機(jī)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
三、演示硬件環(huán)境
3.1 開發(fā)板
本文以Air780E核心板為例，
此核心板的詳細(xì)使用說明參考：
https://docs.openluat.com/air780e/product/
在中國大陸環(huán)境下，使用移動(dòng)，電信，聯(lián)通的物聯(lián)網(wǎng)卡或者手機(jī)卡都可以。
WIN7以及以上版本的WINDOWS系統(tǒng)。
1. USB 轉(zhuǎn) Type-C 數(shù)據(jù)線
它的一端是 USB 接口，另一端是 Type-C 接口。
Luatools 工具由合宙推出，支持最新固件獲取、固件打包、trace 打印及單機(jī)燒錄等功能。 工具使用說明參考： 1）底層 core 下載地址：LuatOS 固件版本下載地址：https://docs.openluat.com/air780e/luatos/firmware/ 本 demo 使用的固件是 core_V1112 壓縮包 內(nèi)的 LuatOS-SoC_V1112_EC618_FULL.soc 2） demo 位置 本 demo 主要用于演示如何在 LuatOS 系統(tǒng)中使用看門狗定時(shí)器（wdt）庫來防止設(shè)備死機(jī)。 demo位置：https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air780E/tree/master/demo/wdt 3）源碼及固件已打包壓縮，如下所示 壓縮包中 core 文件夾存放的是固件，code 文件夾存放的是腳本代碼。 
Luatools 下載和詳細(xì)使用：
https://docs.openluat.com/Luatools/ 
5.1 watchdog 操作庫介紹
該庫提供了一系列用于管理和操作看門狗定時(shí)器的 API 函數(shù)，使得開發(fā)者可以方便地在 LuatOS 系統(tǒng)中管理看門狗定時(shí)器，從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性。 本教程所使用API接口參考：
5.1.1 watchdog 庫介紹
https://wiki.luatos.com/api/wdt.html?highlight=watchdog 
5.2.1 選擇固件和腳本
1）打開 Luatools 工具 注意，大家只需要跟著做到第四步即可，第五步跟著后面的操作再做。 
1）將 Air780E 核心板通過 USB 數(shù)據(jù)線連接至電腦，如下圖所示： 2）根據(jù)下方操作進(jìn)行燒錄 此時(shí)就需要大家先點(diǎn)擊 Luatools 工具上的 下載底層與腳本/下載腳本，再執(zhí)行下方操作了。 開發(fā)板處于未開機(jī)狀態(tài)：此時(shí)先按住下載模式按鍵（BOOT 鍵）不放，再長按開機(jī)鍵（POW 鍵）開機(jī)，若不出意外開發(fā)板將會進(jìn)入下載模式，Luatools 工具下載進(jìn)度條會開始跑，這時(shí)便可以松開 BOOT 鍵和 POW 鍵，等到工具提示下載完成即可。 開發(fā)板已經(jīng)處于開機(jī)狀態(tài)：此時(shí)可以先按住 BOOT 鍵不放，再短按復(fù)位鍵（RST 鍵）后開發(fā)板會重啟并進(jìn)入下載模式。
5.2.3 不同模式下的端口顯示
1） 正常開機(jī)模式 2）下載模式 
6.1 程序正常運(yùn)行
6.1.1 示例代碼介紹
1）項(xiàng)目信息： 2）引入系統(tǒng)庫： 3） 任務(wù)初始化： 4）wdt 配置： 初始化 wdt 庫，設(shè)置超時(shí)時(shí)間為 9 秒。 設(shè)置一個(gè)定時(shí)器每 3 秒喂一次看門狗，確保設(shè)備在正常運(yùn)行的情況下不會重啟。 說明了若發(fā)生軟件崩潰或硬件故障，最多 18 秒后將自動(dòng)重啟設(shè)備。 5）運(yùn)行系統(tǒng)：
在開頭定義了項(xiàng)目名稱（PROJECT）和版本（VERSION），并通過日志輸出這些信息。
通過 require("sys") 引入了 sys 庫，這是 LuatOS 中常用的系統(tǒng)庫。
使用 sys.taskInit 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的任務(wù)。在任務(wù)中檢查 wdt 庫是否可用，如果不可用，則進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán)，每秒鐘輸出一次提示信息。
最后通過 sys.run() 啟動(dòng)系統(tǒng)，后面不應(yīng)添加任何其他語句。
通過 Luatools 工具查看日志 我們在原有示例代碼中創(chuàng)建了一個(gè)新的任務(wù)，命名為 fault_task，它將進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)。由于這個(gè)新任務(wù)不會喂看門狗，設(shè)備將在超時(shí)后自動(dòng)重啟。這樣，我們就可以有效地模擬看門狗的超時(shí)情況。 本次演示通過 Air780E 核心板和 LuatOS 系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了如何使用看門狗定時(shí)器（WDT）庫來防止嵌入式設(shè)備死機(jī)?？撮T狗電路作為一種重要的系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制，能夠在系統(tǒng)異常時(shí)自動(dòng)復(fù)位并重新啟動(dòng)系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 在演示中，我們首先介紹了看門狗的工作原理、應(yīng)用架構(gòu)、定時(shí)時(shí)間設(shè)置以及軟硬件看門狗的區(qū)別。接著，我們通過實(shí)際操作，展示了如何在一個(gè)簡單的 LuatOS 項(xiàng)目中集成看門狗定時(shí)器，并設(shè)置了適當(dāng)?shù)膮?shù)來確保系統(tǒng)在正常運(yùn)行和故障場景下都能自動(dòng)恢復(fù)。 通過本次演示，我們深入理解了看門狗定時(shí)器在嵌入式系統(tǒng)中的工作原理和應(yīng)用價(jià)值，以及在實(shí)際項(xiàng)目中如何有效地利用看門狗庫來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者來說，是一個(gè)具有重要意義的技能。 看門狗定時(shí)器廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，特別是在需要高可靠性的應(yīng)用場景中。一些典型的應(yīng)用場景包括： 1）工業(yè)控制系統(tǒng)：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)需要高度穩(wěn)定和可靠，看門狗定時(shí)器可以確保系統(tǒng)在受到干擾或異常情況時(shí)能夠迅速恢復(fù)。 2）車載電子系統(tǒng)：車載電子系統(tǒng)面臨著復(fù)雜的電磁環(huán)境和振動(dòng)，看門狗定時(shí)器可以幫助系統(tǒng)在上電復(fù)位后保持穩(wěn)定運(yùn)行，防止因軟件或硬件故障導(dǎo)致的系統(tǒng)死機(jī)。 3）醫(yī)療設(shè)備：醫(yī)療設(shè)備對穩(wěn)定性和可靠性有很高的要求，看門狗定時(shí)器可以確保設(shè)備在長時(shí)間運(yùn)行過程中不會因?yàn)楣收隙Ｖ构ぷ?，從而保障患者的安全和設(shè)備的連續(xù)性。 4）通信設(shè)備：在通信系統(tǒng)中，看門狗定時(shí)器可以用于監(jiān)控和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。 在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)看門狗定時(shí)器時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵因素： 1）超時(shí)時(shí)間：超時(shí)時(shí)間是指看門狗定時(shí)器從開始計(jì)時(shí)到觸發(fā)復(fù)位信號的時(shí)間間隔。這個(gè)時(shí)間需要根據(jù)具體應(yīng)用的需求來設(shè)定，通常需要平衡系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。 2）喂狗周期：喂狗周期是指主控制器向看門狗芯片發(fā)送脈沖的時(shí)間間隔。喂狗周期應(yīng)該設(shè)置得足夠短，以防止看門狗定時(shí)器在正常運(yùn)行中誤觸發(fā)復(fù)位。 3）看門狗復(fù)位輸出：看門狗定時(shí)器通常具有一個(gè)復(fù)位輸出引腳，用于向主控制器提供復(fù)位信號。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保復(fù)位輸出引腳的電平和主控制器的復(fù)位輸入引腳兼容。 4）功耗：在設(shè)計(jì)看門狗定時(shí)器時(shí)，需要考慮其功耗，特別是在低功耗應(yīng)用中。選擇低功耗的看門狗芯片和合理的電源設(shè)計(jì)對于系統(tǒng)的整體功耗至關(guān)重要。 5）兼容性和可擴(kuò)展性：在設(shè)計(jì)看門狗定時(shí)器時(shí)，需要考慮其與其他系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性。確?？撮T狗定時(shí)器能夠與其他硬件和軟件組件無縫集成，并在未來需要時(shí)能夠輕松擴(kuò)展或升級。 通過綜合考慮這些因素，開發(fā)者可以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定、可靠且高效的看門狗定時(shí)器解決方案，以確保嵌入式系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。 看門狗定時(shí)器通過主控制器定期向其發(fā)送脈沖信號來保持計(jì)時(shí)。如果主控制器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未能發(fā)送脈沖，看門狗定時(shí)器將觸發(fā)復(fù)位信號，將主控制器復(fù)位。 在LuatOS等嵌入式操作系統(tǒng)中，看門狗定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間和喂狗周期通常通過API函數(shù)進(jìn)行配置?？梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用的需求來設(shè)置合適的時(shí)間間隔。 若使用本文中所提到的watchdog操作庫，可按照以下步驟進(jìn)行配置： 1）初始化看門狗： 3）定期喂狗：
6.1.3 運(yùn)行結(jié)果展示
6.2.1 示例代碼介紹
6.2.3 運(yùn)行結(jié)果展示
七、總結(jié)
8.1 看門狗定時(shí)器的應(yīng)用場景
8.2 看門狗定時(shí)器的設(shè)計(jì)考慮因素
九、常見問題
9.1 看門狗定時(shí)器是如何工作的？
9.2 如何配置看門狗定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間和喂狗周期？
使用 wdt.init(timeout) 函數(shù)來初始化看門狗定時(shí)器，timeout 參數(shù)是超時(shí)時(shí)長，單位為毫秒。例如，如果你希望看門狗的超時(shí)時(shí)間為9000毫秒，可以這樣調(diào)用：
2）設(shè)置看門狗超時(shí)時(shí)間（可選）：
如果設(shè)備支持，可以調(diào)用 wdt.setTimeout(timeout) 來重新設(shè)置看門狗的超時(shí)時(shí)長，單位同樣為毫秒。例如：
使用 wdt.feed() 函數(shù)來喂狗，以重置超時(shí)計(jì)時(shí)。建議使用定時(shí)器定期調(diào)用這個(gè)函數(shù)。例如，使用系統(tǒng)定時(shí)器每3000毫秒喂一次狗，可以這樣設(shè)置：
通過以上步驟，你可以成功配置看門狗定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間和喂狗周期，確保設(shè)備不會因?yàn)槲次构范貑ⅰ?/blockquote>
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