MCU中使用看门狗保证可靠性的教程

2019-01-24 13:34:39 来源:电子发烧友
标签:

 

对于多线程,实时和多任务嵌入式系统的全部复杂性,它已成为越来越难以预测的一个微型的行为不端。有了这么多的服务程序操作略微独立是非常有可能的,有人还活着,而其他人都被锁定,死亡,或执行无意义的代码。因此,现在是比较困难的嵌入式系统设计师来保护整个系统从在一些低服务程序或内核,走入歧途发生的故障。本文着眼于更先进的看门狗功能不断变化的需求和技术的工程师可以使用,以确保可靠的MCU操作。它探讨了需要用软件来解决这两个外部硬件和内部缺陷和看样品看门狗的部分。所有部件,数据表,教程和发展引用在这里可以在Digi-Key的网站上找到。

 

简单的保护

对于需要看门狗功能涵盖了从4位到先进的32位机和超越。它不是经常可以看到简单的处理器执行的潜在的危险情况。例如,一个油门控制回路可以仅局部地需要一种简单的混合信号的8位微控制器,以提供稳定的闭环控制。它可以通过命令汽车的CAN总线,可以卸载所有的处理从远程车载电脑。但是,如果简单的处理器出现故障,全油门可能是致命的。可以有把握地说,几乎每一个现代的微控制器包含了一些基本的看门狗功能,无论是可用于实现软件控制的看门狗功能的专用看门狗硬件模块或通用定时器。这些都是同步到所述处理器的系统时钟。随着处理器变得更加复杂,因此也可以超频处理器本身内部结构和时钟分配。振荡器可以是特别容易受到ESD命中,例如,如果时钟走下来,同步监督机构也没有好处。的R / C振荡器和时间常数可以是旧的学校,但可以提供独立的时钟机制和复位机制作为后备或备份。同样的,冗余的内部 - 外部振荡器源可以提供某种形式的心跳,保持监测电路正常工作时的不良故障。可选择融合时钟也很重要,因为是在树的时钟(图1)的位置。

 

 

图1:结合系统时钟进行备份的R / C振荡器可以降低功耗和系统时钟被破坏了可靠的独立备份时钟监视功能在事件。注意如何两个R / C振荡器用于更换预定同样适用于低电压检测电路。而基本的精度可以使用内部电压基准,比较器和检测器来实现,外部电路可以提供更高的分辨率和更精确的电压电平选择性。例如,如果你的电压故障模式软件的一部分,包括写入EEPROM,你可能想提前跳闸低电压检测器的阈值,使电容内的电荷储存足够的时间以有序的方式关闭之前执行EEPROM写。现代的电压检测器可以实现电压的分辨率降低到0.05 V为精确使用的所有能源。这通常是一个更好的分辨率比,你会发现在内部具有微。的是,单独的最大超时并不总是有效的另一件事情要注意。大多数看门狗方案基本上实现再触发的,单稳态触发器(重新触发的1次)的功能。如果软件或硬件循环时钟不一个最大允许时间帧,看门狗行程内复位定时器并复位处理器(或启动故障恢复服务程序)。最短时间要求也感兴趣。

 

如果一个服务程序,例如,与一个60赫兹的电力线的零交叉同步,则脉冲应8.33毫秒分开。如果他们到达的早晚,噪声或故障情况,必须加以处理,往往与安全的后果。多处理器和多核心的设计有特殊的情况。个别监督者应设置为监视每个处理器核心或与该处理器当时运行的代码的独特条件。这意味着针对在多核环境中的核心,应该随身携带它的具体监督情况表明发生故障的特定代码块的软件开发的一部分。此外,看门狗报告应该是分层的。每个核心应报告给更高级别的看门狗来自所有subcores和过程报告的所有的故障模式联系在一起。作为上位系统的功能,一个看门狗行政工作的手在手与主任务执行该分配码块以特定的核。它也应该与外部监督系统的紧密合作。线或型多看门狗块可以很容易地扩展到使用I / O具体到一个核心中(图2)报告。它可以是FPGA或CPLD内部的一个独立的逻辑块和处理多个处理器和街区,可轻松扩展。的寄存器可以积累所有报告块的独立地位,试图单独恢复的核心。正如你可能想象,恢复程序变得更加复杂,在这个级别一样如何重新引导内核,而让系统运行的其余部分。

 

图2:看门狗层次的顶层可以使用可膨胀的线或功能,以允许所有万分之一或内核,在他们自己的报告率在。每1次应该允许它被监测的时间间隔进行编程的过程。它监视每一个参数的代码块进行。

 

零件进行特殊的看门狗功能

几万分之一拥有独特的或不同的功能,当谈到他们如何实现自己的监督者。就拿16位马克西姆MAXQ系列,它结合了灵活的定时器种类丰富巧妙的电路,以提高实用性。如Maxim的MAXQ2000-RBX +部件有戒备二级。如果没有维修和MAXQ2000的WDT溢出,引发与512额外的系统时钟周期的额外计数中断。然后,将所有如果没有禁用或覆盖。这种中断提供了“最后一次机会”来保存调试信息,大多数的设计师达成了共识,电路开发和故障排除过程中非常有用的机会。更重要的是,而不是保存调试信息,中断可用于从错误中恢复和清除看门狗。这后一种方法,但是,可以破坏系统的可靠性,如果一个系统存在故障。像其他内部WDTS,MAXQ2000的看门狗可以通过软件禁止。但是,请注意,此功能是一个双刃剑:失控代码可以禁用看门狗,然后继续横行。一些微处理器他们WDT到内部振荡器独立于系统时钟。有些使用内部或外部的R / C振荡器,有些可以同时使用。一个有趣的功能存在于马克西姆MAXQ2000的WDT派生看门狗定时由系统时钟,但将切换到备份RC振荡器在主振荡器一个故障的情况下。

 

另一个有趣的MCU具有独特的看门狗功能是STM32F100系列意法半导体万分之一,其中有两个看门狗定时器。像STM32F100CBT6B零件的目标需要有可靠的智能电网和智能医疗应用。像大多数万分之一,它有多个定时器,在这种情况下6,与另两个16位的定时器专用于看门狗功能。每个看门狗具有一个可选择的预分频器(从1到64 K),可用于时钟看门狗定时器也能触发DMA请求和捕获比较通道。还有一个独立的看门狗是基于一个112位的递减计数器和8位预分频器由一个独立的40 kHz内部的R / C振荡器时钟。请注意这两个部分是如何依赖于R / C元件的超可靠的备份技术。意法半导体部分的一个有趣的特点是模拟看门狗功能。精确监测的从A / Ds的一个或多个转换后的电压电平可以跳闸复位如果模拟水平编程阈值之外。这对于其中传感器连接到一个身体区域网络健康监测或活性药物分配(图3)的医疗应用中是有用的。作为一个辅助设计,意法半导体为工程师提供医疗保健和健康设计一个产品培训模块。

 

图3:作为医疗装置集成更积极地与我们的身体区域网络,一些设备(起搏器,除颤器,胰岛素泵等)可能是极其重要的维持生命。可靠监督者需要被工程化到这些系统。

 

在外面看

有几个不错的积木式的外部解决方案,包括简单的R / C门槛发电机,偏置的晶体管,低功耗定时器和专用的上电复位和看门狗伴侣处理器。此外,开发环境提供了鼓励试验和易用性测试。德州仪器(TI)提供了一个有趣的解决方案以其TPL5000纳米功耗可编程定时器,吸引了30 nA的在宽1.8至5 VCC。该TPL5000EVM评估套件可让您测试和一个可爱的小自包含的模块优化此功能。几个离散的监督者可结合其他有用的功能,例如实时时钟和监控功能。一个有趣的组合是来自莱迪思半导体公司,其ISPPAC-POWR607-01SN32I电源监控器,看门狗和复位发生器(图4)。注1%的模拟跳变点步长和在系统可编程宏小区的状态机和组合定制。

 

图4:在系统用户可编程参数允许看门狗功能,动态决定通过使用组合和状态机为基础的用户可配置逻辑。

 

结论

请记住,有次在那里不会有任何帮助恢复系统。有些故障模式是不可恢复的。例如,如果系统内存损坏,没有别的可以信任。另一种情况是,如果有非常高的水平的噪音。即使看门狗复位处理器,噪声可以与看门狗级的处理器的初始化干扰。如果看门狗功能ca的不被初始化,这是因为如果没有看门狗可言。没有人可以依靠任何MCU对100%的无故障运行所有的时间。 MICROS可能会出现偏差。但是,聪明的利用内部和外部资源可以做一个温和的故障和灾难性的财产损失,甚至失去生命之间的差异。

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
做好“当家”MCU产品,ST在持续创新的道路上“稳操胜券”

MCU是电子产品的控制中心,已经广泛应用到很多消费电子和工业电子产品中。随着物联网和新能源汽车的高速发展,未来MCU的市场呈现爆炸性增长态势。IC Insights预测,近五年MCU会以7.2%的复合年成长率(CAGR)增长,到2020年销售额会达到约239亿美元,单位出货量将达到约438亿台。这对全球的MCU厂商来说都是一个好兆头,但是

MCU还有很多创新点,打价格战不是最好的取胜之道

MCU产品的应用非常广泛,大到汽车、飞机,小到手环、儿童玩具,都需要MCU控制,因此MCU产品的市场销量一直呈上升趋势。IC Insights预测,到2020年销售额会达到约239亿美元,单位出货量将达到约438亿台。在出货量居高不下,而单价在走低的大趋势下,芯片厂商在产品研发上有哪些应对策略?如何保持公司的稳定增长,从而避免陷入价格战?

Renesas Synergy™ Platform新增低功耗S5D3 MCU产品组

全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社 ( TSE : 6723 ) 今日宣布,扩展高度集成的 Renesas Synergy™ S5系列微控制器 ( MCU ),推出入门级 S5D3 MCU 产品组。

要打赢MCU市场的争夺战,先做好产品差异化

MCU在消费电子、汽车电子和工业控制等领域应用广泛,未来随着物联网、自动驾驶等创新应用的快速发展,市场对MCU的需求将进一步增长。据IC Insights预测,到2020年,全球MCU行业市场规模将突破200亿美元,中国的市场规模或将突破500亿元,发展潜力巨大。为了满足应用需求,MCU产品也从8位演进到16位、32位,但是价格却在下降,

提供新的人机接口实现方式以减少大量需求资源
提供新的人机接口实现方式以减少大量需求资源

大约十年前由于iPhone的推出使我们的日常生活产生了重大改变,利用触控来操作手机的方式扮演了至关重要的角色让我们与科技有了实时的互动。

更多资讯
打破价格垄断,工程师自制动作捕捉系统

今天为大家介绍一个自制的动作捕捉系统Chordata,这是一个你可以自己构建的动作捕捉系统。 我们的目标是通过开放硬件方法将动作捕捉世界带入DIY技术领域

面向IQD新缩小尺寸纪律OCXO的嵌入式显示发布

Embedded Show launch for IQD’s New Reduced size Disciplined OCXO

12自由度out了,工程师自制22自由度机器人
12自由度out了,工程师自制22自由度机器人

机器人机构能够独立运动的关节数目,称为机器人机构的运动自由度,简称自由度(Degree of Freedom),由DOF简写表示。 机器人轴的数量决定了其自由度。是不是自由度越多越好呢?自由度越多就越接近人手的动作机能,通用性就越好;但是自由度越多,结构越复杂,对机器人的整体要求就越高,这是机器人设计中的一个矛盾。

80年历史看三星半导体超越英特尔绝非偶然?(下篇)
80年历史看三星半导体超越英特尔绝非偶然?(下篇)

在上篇中我们回顾了三星半导体的诞生以及它对手机和存储芯片的倾力投入和一段艰苦岁月。本文我们继续看这家公司怎么成长为芯片产业的一哥。

IBM如何从一个落伍者重回数字计算第一梯队
IBM如何从一个落伍者重回数字计算第一梯队

IBM在上世纪80年代的信息革命中,不情愿地成为了落伍者——虽然IBM最早推出了个人电脑,但是由于IBM的保守性,最终没能成为个人电脑之王。反而是微软和Intel借助个人电脑市场逐渐做大,并逐步侵蚀IBM的传统市场。IBM随即出现了严重的亏损,并打破了IBM从不裁员的神话。这段时期,是IBM历史上最艰难的时期。当时有人甚至质疑IBM公司是

电路方案