一、看門狗電路介紹

看門狗（Watch Dog Timer，WDT）是一種監控電路，主要應用于嵌入式系統，目的是為了提高系統的可靠性和穩定性。在看門狗電路的幫助下，當系統出現異常，如程序跑飛或死循環時，能夠自動復位并重新啟動系統。

1.1 看門狗的工作原理

看門狗電路通常包括一個定時器、一個喂狗信號和一個復位（Reset）輸出。在正常的系統運行過程中，主控制器（MCU）會定期向喂狗信號發送一個脈沖，以“喂”看門狗，防止其計時到達預設值。如果 MCU 由于某種原因未能在規定時間內喂狗，看門狗定時器將會計滿并輸出一個復位信號，將 MCU 復位。

1.2 看門狗的應用架構

在實際應用中，看門狗芯片通常連接到 MCU 的一個 GPIO 端口。MCU 在其正常運行期間會定期向該端口寫入一個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 未能按時發出信號，看門狗將觸發復位操作。

1.3 看門狗芯片的功能和硬件

某些看門狗芯片如 TPV6823 具有多個引腳，包括供電引腳（VCC）、喂狗信號引腳（WDI）、復位輸出引腳（RESETn）和手動復位輸入引腳（MRn）。這些引腳提供了多種復位方式和時間設置，以適應不同的應用需求。

1.4 看門狗的定時時間

看門狗的定時時間通常需要保持在一個相對較長的周期，例如 200 毫秒左右。這樣的設置是為了確保在正常運行中，即使 MCU 由于干擾而未能及時喂狗，看門狗也不會立即復位系統，從而給 MCU 足夠的時間來響應和處理問題。

1.5 看門狗的類型

看門狗可以分為獨立看門狗和窗口看門狗。獨立看門狗的時間精度要求較低，而窗口看門狗則用于時間精度要求較高的場合。

1.6 軟硬件看門狗的區別

硬件看門狗利用獨立的定時器電路來實現監控功能，具有較高的可靠性。軟件看門狗則使用處理器內部的定時器或其他機制來實現，雖然在一定程度上可以簡化硬件設計，但在可靠性方面通常不如硬件看門狗。

總結而言，看門狗是一種重要的系統保護機制，通過定期“喂狗”來確保系統的正常運行。當系統出現異常時，看門狗能夠及時復位系統，防止死循環和程序跑飛等情況的發生，從而提高系統的可靠性和穩定性。在實際應用中，開發者需要根據具體需求選擇合適的看門狗解決方案，并設置適當的時間參數，以實現最佳的保護效果。

二、演示功能概述

本文演示主要通過 Air780E 核心板和 LuatOS 系統，介紹如何使用看門狗定時器（WDT）庫來防止嵌入式設備死機。看門狗電路是一種監控電路，主要應用于嵌入式系統，目的是為了提高系統的可靠性和穩定性。在看門狗電路的幫助下，當系統出現異常時，如程序跑飛或死循環，能夠自動復位并重新啟動系統。

演示分為兩個部分：正常運行情況和故障場景模擬。

在正常運行情況下，示例代碼會初始化看門狗庫，并設置超時時間和喂狗周期。然后，創建一個任務，該任務會定期喂狗，以防止看門狗定時器超時。如果看門狗定時器超時，系統將自動重啟。

在故障場景模擬部分，我們添加了一個新的任務 fault_task，該任務進入一個死循環，不進行喂狗操作。這樣，當看門狗定時器超時后，系統將自動重啟，模擬了設備在故障場景下的自動恢復能力。

通過這個演示，我們可以看到看門狗定時器在嵌入式系統中的重要作用，它能夠有效防止系統死機，提高系統的穩定性和可靠性。

三、演示硬件環境

3.1 開發板

本文以Air780E核心板為例，

此核心板的詳細使用說明參考：
https://docs.openluat.com/air780e/product/

3.2 SIM 卡

在中國大陸環境下，使用移動，電信，聯通的物聯網卡或者手機卡都可以。

3.3 PC 電腦

WIN7以及以上版本的WINDOWS系統。

3.4 數據通信線

1. USB 轉 Type-C 數據線

它的一端是 USB 接口，另一端是 Type-C 接口。

四、演示軟件環境

4.1 Luatools 下載調試工具

Luatools 工具由合宙推出，支持最新固件獲取、固件打包、trace 打印及單機燒錄等功能。

工具使用說明參考：
Luatools 下載和詳細使用：
https://docs.openluat.com/Luatools/

4.2 源碼及固件

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 系統中使用看門狗定時器（wdt）庫來防止設備死機。

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。

五、軟硬件資料

5.1 watchdog 操作庫介紹

5.1.1 watchdog 庫介紹

該庫提供了一系列用于管理和操作看門狗定時器的 API 函數，使得開發者可以方便地在 LuatOS 系統中管理看門狗定時器，從而提高設備的穩定性。

5.1.2 API 接口介紹

本教程所使用API接口參考：
https://wiki.luatos.com/api/wdt.html?highlight=watchdog

5.2 Air780E 核心板燒錄說明

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。

5.2.2 燒錄

1）將 Air780E 核心板通過 USB 數據線連接至電腦，如下圖所示：

2）根據下方操作進行燒錄

此時就需要大家先點擊 Luatools 工具上的 下載底層與腳本/下載腳本，再執行下方操作了。

開發板處于未開機狀態：此時先按住下載模式按鍵（BOOT 鍵）不放，再長按開機鍵（POW 鍵）開機，若不出意外開發板將會進入下載模式，Luatools 工具下載進度條會開始跑，這時便可以松開 BOOT 鍵和 POW 鍵，等到工具提示下載完成即可。

開發板已經處于開機狀態：此時可以先按住 BOOT 鍵不放，再短按復位鍵（RST 鍵）后開發板會重啟并進入下載模式。

5.2.3 不同模式下的端口顯示

1） 正常開機模式

2）下載模式

六、功能驗證

6.1 程序正常運行

6.1.1 示例代碼介紹

1）項目信息：
在開頭定義了項目名稱（PROJECT）和版本（VERSION），并通過日志輸出這些信息。

2）引入系統庫：
通過 require("sys") 引入了 sys 庫，這是 LuatOS 中常用的系統庫。

3） 任務初始化：
使用 sys.taskInit 函數創建一個新的任務。在任務中檢查 wdt 庫是否可用，如果不可用，則進入一個無限循環，每秒鐘輸出一次提示信息。

4）wdt 配置：

• 初始化 wdt 庫，設置超時時間為 9 秒。

• 設置一個定時器每 3 秒喂一次看門狗，確保設備在正常運行的情況下不會重啟。

• 說明了若發生軟件崩潰或硬件故障，最多 18 秒后將自動重啟設備。

5）運行系統：
最后通過 sys.run() 啟動系統，后面不應添加任何其他語句。

6.1.2 完整代碼展示

6.1.3 運行結果展示

通過 Luatools 工具查看日志

6.2 添加死循環模擬故障場景

6.2.1 示例代碼介紹

我們在原有示例代碼中創建了一個新的任務，命名為 fault_task，它將進入一個死循環。由于這個新任務不會喂看門狗，設備將在超時后自動重啟。這樣，我們就可以有效地模擬看門狗的超時情況。

6.2.2 完整代碼展示

6.2.3 運行結果展示

七、總結

本次演示通過 Air780E 核心板和 LuatOS 系統，詳細介紹了如何使用看門狗定時器（WDT）庫來防止嵌入式設備死機。看門狗電路作為一種重要的系統保護機制，能夠在系統異常時自動復位并重新啟動系統，從而提高系統的可靠性和穩定性。

在演示中，我們首先介紹了看門狗的工作原理、應用架構、定時時間設置以及軟硬件看門狗的區別。接著，我們通過實際操作，展示了如何在一個簡單的 LuatOS 項目中集成看門狗定時器，并設置了適當的參數來確保系統在正常運行和故障場景下都能自動恢復。

通過本次演示，我們深入理解了看門狗定時器在嵌入式系統中的工作原理和應用價值，以及在實際項目中如何有效地利用看門狗庫來提高系統的穩定性和可靠性。這對于嵌入式系統開發者來說，是一個具有重要意義的技能。

八、擴展

8.1 看門狗定時器的應用場景

看門狗定時器廣泛應用于各種嵌入式系統和物聯網設備中，特別是在需要高可靠性的應用場景中。一些典型的應用場景包括：

1）工業控制系統：在工業生產過程中，控制系統需要高度穩定和可靠，看門狗定時器可以確保系統在受到干擾或異常情況時能夠迅速恢復。

2）車載電子系統：車載電子系統面臨著復雜的電磁環境和振動，看門狗定時器可以幫助系統在上電復位后保持穩定運行，防止因軟件或硬件故障導致的系統死機。

3）醫療設備：醫療設備對穩定性和可靠性有很高的要求，看門狗定時器可以確保設備在長時間運行過程中不會因為故障而停止工作，從而保障患者的安全和設備的連續性。

4）通信設備：在通信系統中，看門狗定時器可以用于監控和保護網絡設備，確保數據傳輸的穩定性和可靠性。

8.2 看門狗定時器的設計考慮因素

在設計和實現看門狗定時器時，需要考慮以下幾個關鍵因素：

1）超時時間：超時時間是指看門狗定時器從開始計時到觸發復位信號的時間間隔。這個時間需要根據具體應用的需求來設定，通常需要平衡系統的穩定性和響應速度。

2）喂狗周期：喂狗周期是指主控制器向看門狗芯片發送脈沖的時間間隔。喂狗周期應該設置得足夠短，以防止看門狗定時器在正常運行中誤觸發復位。

3）看門狗復位輸出：看門狗定時器通常具有一個復位輸出引腳，用于向主控制器提供復位信號。在設計時，需要確保復位輸出引腳的電平和主控制器的復位輸入引腳兼容。

4）功耗：在設計看門狗定時器時，需要考慮其功耗，特別是在低功耗應用中。選擇低功耗的看門狗芯片和合理的電源設計對于系統的整體功耗至關重要。

5）兼容性和可擴展性：在設計看門狗定時器時，需要考慮其與其他系統的兼容性和可擴展性。確保看門狗定時器能夠與其他硬件和軟件組件無縫集成，并在未來需要時能夠輕松擴展或升級。

通過綜合考慮這些因素，開發者可以設計和實現一個穩定、可靠且高效的看門狗定時器解決方案，以確保嵌入式系統的正常運行和數據傳輸的穩定性。

九、常見問題

9.1 看門狗定時器是如何工作的？

看門狗定時器通過主控制器定期向其發送脈沖信號來保持計時。如果主控制器在規定時間內未能發送脈沖，看門狗定時器將觸發復位信號，將主控制器復位。

9.2 如何配置看門狗定時器的超時時間和喂狗周期？

在LuatOS等嵌入式操作系統中，看門狗定時器的超時時間和喂狗周期通常通過API函數進行配置。可以根據具體應用的需求來設置合適的時間間隔。

若使用本文中所提到的watchdog操作庫，可按照以下步驟進行配置：

1）初始化看門狗：
使用 wdt.init(timeout) 函數來初始化看門狗定時器，timeout 參數是超時時長，單位為毫秒。例如，如果你希望看門狗的超時時間為9000毫秒，可以這樣調用：

2）設置看門狗超時時間（可選）：
如果設備支持，可以調用 wdt.setTimeout(timeout) 來重新設置看門狗的超時時長，單位同樣為毫秒。例如：

3）定期喂狗：
使用 wdt.feed() 函數來喂狗，以重置超時計時。建議使用定時器定期調用這個函數。例如，使用系統定時器每3000毫秒喂一次狗，可以這樣設置：

通過以上步驟，你可以成功配置看門狗定時器的超時時間和喂狗周期，確保設備不會因為未喂狗而重啟。

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