CN104035536A - 一种嵌入式***监控及复位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种***监控及复位控制方法,应用于各种嵌入式操作***及设备,用以提高***及设备运行的安全性、可靠性和稳定性。本发明方法利用***软件和CPLD逻辑代码相结合的方式来产生喂狗信号,同时结合复位机制,可以使***初始状态更加确定,***复位更加彻底。
Description
技术领域
本发明涉及一种***监控及复位控制方法,应用于各种嵌入式操作***及设备,用以提高***及设备运行的安全性、可靠性和稳定性。
背景技术
WDT(watch dog timer)是最常见的***异常监控方法,其中硬件电路一般采用MAX706等看门狗控制芯片,喂狗信号WDI一般有如下两种产生方法。
第一种是直接利用***软件来产生周期性的喂狗信号。该方法的优点是实现简单,喂狗信号是否正常直接反映了操作***软件是否正常工作。但是,它的缺点非常致命。因为MAX706等看门狗控制芯片的喂狗信号一般需要在1.6秒之内从高到低,或者从低到高产生跳变,一旦操作***中的任务调度比较繁忙的话,经常会保证不了在1.6秒之内使喂狗信号产生跳变,从而会导致由于WDT定时器溢出而使***复位的误监控情况发生。
第二种是直接利用CPLD逻辑代码来产生喂狗信号。该方法的优点是可以保证喂狗信号的精准,不会发生由于操作***任务调度不及时而造成的喂狗信号产生不精准的问题,同时,用CPLD来产生喂狗信号也可以减轻操作***的负担。这一种方法的缺点是不能直接监控操作***的运行状况,它只能直接监控***中CPLD逻辑代码的运行状况,因为操作***和CPLD逻辑是各自独立的,其中一种运行出问题,不代表另外一种也一定会出问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处,提供一种***监控及复位控制方法,利用***软件和CPLD逻辑代码相结合的方式来产生喂狗信号,同时结合复位机制,不但可以避免上述两种方式中问题,同时还可以使***初始状态更加确定,***复位更加彻底。
本发明的发明目的是通过如下技术手段实现的。
一种***监控及复位控制方法,该方法使用的硬件部分包括CPLD芯片、CPU芯片、看门狗控制芯片及其他***硬件电路,该方法中看门狗控制芯片的喂狗信号WDI采用***软件和CPLD逻辑代码相结合的方式来产生,包括以下步骤:
(1)CPLD逻辑代码产生周期小于3.2秒的方波信号S1, S1通过一个看门狗使能控制位FLAG1和一个CPU喂狗信号是否正常标识位FLAG2共同控制以后,再经CPLD的一个I/O管脚J1输出给看门狗控制芯片的喂狗输入管脚;其中,看门狗使能控制位FLAG1默认不使能,关闭看门狗,CPU操作***初始化完成以后再由软件动态使能该控制位FLAG1,打开看门狗。
(2)按如下策略控制CPU喂狗信号是否正常标识位FLAG2:
操作***软件通过CPU的一个GPIO管脚向CPLD的一个I/O管脚J2输入周期为T的方波信号S2,在CPLD逻辑代码中判断S2是否在正常跳变,如果跳变正常,FLAG2置为正常,否则置为异常;考虑到CPU操作***的调度工作量和***监控效果,T一般大于3.2S,小于6S为宜;
FLAG1使能,FLAG2正常时,S1正常输出给看门狗控制芯片的喂狗输入管脚;FLAG1不使能或者FLAG1使能,FLAG2异常时,S1停止输出给看门狗控制芯片的喂狗输入管脚;
这种嵌套产生喂狗信号的方法既监控了CPLD逻辑代码的实时运行状态,也监控了操作***软件的实时运行状态,同时S2的产生周期T可根据***的实际负荷情况进行灵活调整,从而保证操作***能够调度及时。
(3)CPU操作***复位控制:
看门狗控制芯片的复位输出管脚W_R接入CPLD的I/O管脚J3,设备的手动复位按钮SW并联接入看门狗控制芯片的手动复位管脚MR,这样看门狗芯片因喂狗信号不正常而复位、手动按钮复位和设备上电启动时J3上都会输入复位信号RST,RST的低电平宽度为200毫秒,之后会自行跳变到高电平;CPLD逻辑代码利用RST信号给相应的寄存器赋予确定的初值,其中,CPLD的喂狗输出管脚J1上赋予高阻态初值,看门狗使能控制位FLAG1一定要不使能,否则会造成***启动过程中由于CPU还未来得及产生S2时,J1上的喂狗信号不正常而造成***不断重启。同时在CPLD逻辑代码中定义寄存器REG用于***软件控制各硬件芯片的复位,各硬件芯片的复位信号RST0,RST1等由J3上的复位信号RST和***软件复位控制位REG共同控制,任意一种有效都会控制CPU芯片及操作***和其他硬件芯片的复位。
此复位机制中由于手动复位按钮SW并联接入看门狗控制芯片的手动复位管脚MR,而不是直接接入CPLD的I/O管脚,这样就可以利用看门狗控制芯片的防抖动特性,避免CPLD逻辑代码错误的将SW上的抖动当成复位操作。同时利用看门狗芯片输出的复位信号RST来赋予相应的CPLD寄存器初值,可以使相应的初始状态更加确定,避免了由于没有初始状态而引发的一些异常问题发生。各硬件芯片的复位操作由看门狗芯片输出的复位信号RST和软件复位控制位REG共同控制,可以使复位操作更加彻底和更加灵活。
在上述技术方案中,发明方法硬件部分包括CPLD芯片、看门狗控制芯片MAX706、CPU芯片,所述CPU芯片通过一个GPIO管脚与CPLD的一个I/O管脚J2相连,CPLD芯片的I/O管脚J1与MAX706芯片的WDI输入管脚相连,设备的手动复位按钮SW通过4.7K的上拉电阻后并联接入MAX706芯片的手动复位按钮MR, MAX706芯片的RST管脚与CPLD的I/O管脚 J3相连,CPLD的I/O管脚J4和I/O管脚J5别与CPU芯片及其他***硬件电路相连。
本发明一种***监控及复位控制方法,该方法基于CPLD逻辑、硬件电路和软件控制策略,可以实现对实时运行的***是否正常运行进行监控,同时也提供一种***上电及***异常复位控制机制,可有效提高嵌入式***及设备运行的安全性、可靠性和稳定性。
附图说明
图1为本发明中喂狗信号WDI及复位信号产生硬件连接示意图。
图2为本发明喂狗信号WDI产生流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示,本实施例硬件部分包括CPLD芯片、看门狗控制芯片MAX706、CPU芯片,所述CPU芯片通过一个GPIO管脚输出周期为T的方波信号S2给CPLD的一个I/O管脚J2,CPLD逻辑产生的喂狗信号WDI通过I/O管脚J1输入到MAX706芯片的WDI输入管脚,设备的手动复位按钮SW通过4.7K的上拉电阻上拉后并联接入MAX706芯片的手动复位按钮MR, MAX706产生的复位信号RST通过I/O管脚J3输入给CPLD,CPLD产生的复位信号RST0和RST1等分别通过I/O管脚J4和I/O管脚J5输入给CPU芯片及其他***硬件电路芯片。其中,为了给复位信号一个确定的初始非复位状态,电路中各复位信号均通过一个4.7K的电阻上拉,并且为了去抖动,各复位信号同时通过一个10nf左右的电容并联到地,MAX706的定时器溢出管脚WDO_N直接和MR相连,这样一旦WDI喂狗不及时,MAX706芯片内部的定时器溢出或者设备的手动复位按钮SW按下时,MAX706的复位管脚RST_N均会输出200ms左右的低电平复位信号。
如图2所示为由***软件和CPLD逻辑代码相结合来产生WDI信号的流程图。
第一步,***启动一个看门狗定时器来通过CPU的一个GPIO管脚产生周期为T的方波信号S2:启动看门狗定时器,通过CPU的GPIO管脚8产生周期T=4秒的方波信号S2;
第二步,***软件设置CPLD中的看门狗使能控制位FLAG1为使能状态;
第三步,CPLD逻辑代码产生周期小于3.2秒的方波信号S1;
第四步,判断S2信号的高低跳变周期是否小于T/2,若为是则判断CPU喂狗信号是否正常标识位FLAG2跳变正常,进入步骤五;若为否则判断CPU喂狗信号是否正常标识位FLAG2跳变不正常,则S1停止输出给看门狗控制芯片的WDI管脚;
第五步,判断是否满足看门狗使能控制位FLAG1使能,CPU喂狗信号是否正常标识位FLAG2正常,若为是S1正常输出给看门狗控制芯片的WDI管脚,若为否则S1停止输出给看门狗控制芯片的WDI管脚;
第六步,返回第四步。
本实施例中还提供一种CPU操作***复位控制,具体实现方式如下:
看门狗控制芯片的复位输出管脚W_R接入CPLD的I/O管脚J3,设备的手动复位按钮SW并联接入看门狗控制芯片的手动复位管脚MR,这样看门狗芯片因喂狗信号不正常而复位、手动按钮复位和设备上电启动时J3上都会输入复位信号RST,RST的低电平宽度为200毫秒,之后会自行跳变到高电平;CPLD逻辑代码利用RST信号给相应的寄存器赋予确定的初值,其中,CPLD的喂狗输出管脚J1上赋予高阻态初值,看门狗使能控制位FLAG1一定要不使能,同时在CPLD逻辑代码中定义寄存器REG用于***软件控制各硬件芯片的复位,各硬件芯片的复位信号由J3上的复位信号RST和***软件复位控制位REG共同控制,任意一种有效都会控制CPU芯片及操作***和其他硬件芯片的复位。
以VxWorks操作***为例,***启动一个看门狗定时器来通过CPU的一个GPIO管脚产生周期为T的方波信号S2的实现过程如下:
/*启动看门狗定时器,通过CPU的GPIO管脚8产生周期T=4秒的方波信号S2*/
void Feed_Wdt_Start(void)
{
WdId0 = wdCreate();//创建看门狗定时器
Wd_Ctrl_Low();//启动看门狗定时器产生周期为4秒的方波信号
}
Void Wd_Ctrl_Low(void)
{
Gpio8_direction_output(0);//控制CPU的GPIO8对外输出低电平
wdStart(WdId0,T/2,(FUNCPTR)Wd_Ctrl_High,NULL);//启动看门狗定时器
}
Void Wd_Ctrl_High (void)
{
Gpio8_direction_output(1);//控制CPU的GPIO8对外输出高电平
wdStart(WdId0,T/2,(FUNCPTR)Wd_Ctrl_Low,NULL);//启动看门狗定时器
}
操作***启动完成以后,执行如下函数Init_WDT()来开启***的监控功能。
void Init_WDT (void)
{
Feed_Wdt_Start();//启动看门狗定时器产生周期为4秒的方波信号
CPLD_Wd_En();//使能CPLD中的看门狗使能控制为FLAG1
}
以Verilog可编程逻辑语言为例,CPLD逻辑中检测S2信号是否在按周期T正常跳变,产生WDI喂狗信号以及复位控制等的实现过程如下:
input GPIO8,//J2
input RST,//J3
output WDI, //J1
output RST0, //J4
output RST1, //J5
wire FLAG2;//S2产生是否正常标识位
reg WDI_reg;
reg FLAG1;//看门狗使能控制位
reg CLK_8K;//8KHz的时钟信号
reg S2_HIGH;//S2的高电平半周期跳变标识位
reg S2_LOW;//S2的低电平半周期跳变标识位
reg run_period_2s;//周期为2秒的方波信号,用于输出给WDI
reg soft_rst_ctl[7:0];***软件复位各芯片控制位
always(posedge CLK_8K or negedge RST)//WDI产生模块
begin
if(RST == 1’b0) // MAX706输出低电平复位信号
begin
FLAG1<=1’b0; //初始化时把看门狗使能位置为不使能
WDI_reg <=1’bz; //复位过程中WDI给高阻态,不启动MAX706内部的定时器,以免MAX706不断输出复位信号,使***无法正常启动
end
else if(FLAG1==1’b1)//看门狗使能位被***软件置为使能时
begin
if(FLAG2==1’b1)//S2在正常跳变
WDI_reg <=run_period_2s;//周期为2秒的方波信号
else
WDI_reg <=1’b1;//S2跳变异常时,WDI给非跳变的持续高电平
end
else //看门狗使能位被***软件置为不使能时
begin
WDI_reg <=1’bz; //WDI给高阻态,不启动MAX706内部的定时器
end
end
assign WDI= WDI_reg;
always(posedge CLK_8K or negedge RST)// S2是否在正常跳变检测模块
begin
if(RST == 1’b0)
begin
S2_HIGH <= 1’b0;
S2_LOW <= 1’b0;
… //复位相应的计数寄存器及标识位
end
else if(FLAG1==1’b1) //看门狗使能位被***软件置为使能时
if(GPIO8 == 1’b1)
begin
…//通过计数的方式检测S2的高电平半周期是否在正常跳变
S2_HIGH <= 1’b1;
…
end
else if(GPIO8 == 1’b0)
begin
…//通过计数的方式检测S2的低电平半周期是否在正常跳变
S2_LOW <= 1’b1;
…
end
else //看门狗使能位被***软件置为不使能时
begin
S2_HIGH <= 1’b0;
S2_LOW <= 1’b0;
… //复位相应的计数寄存器及标识位
end
end
assign FLAG2 = S2_HIGH& S2_LOW;//S2的高电平周期和低电平周期均正常跳变时,FLAG2才正常
always(posedge CLK_8K or negedge RST)// 周期为2秒的方波信号产生模块
begin
//通过计数分频的方式产生周期为2秒的方波信号run_period_2s,用于给WDI喂狗
end
assign RST0 = RST&soft_rst_ctl[0];
assign RST1 = RST&soft_rst_ctl[1];//MAX706输出复位信号或软件控制时,CPLD提供给相应芯片复位信号。
Claims (2)
1.一种嵌入式***监控及复位控制方法,该方法使用的硬件部分包括CPLD芯片、CPU芯片、看门狗控制芯片及其他***硬件电路,其特征在于该方法包括以下步骤:
(1)CPLD逻辑代码产生周期小于3.2秒的方波信号S1, S1通过一个看门狗使能控制位FLAG1和一个CPU喂狗信号是否正常标识位FLAG2共同控制以后,再经CPLD芯片的一个I/O管脚J1输出给看门狗控制芯片的喂狗输入管脚;其中,看门狗使能控制位FLAG1默认不使能,关闭看门狗,CPU操作***初始化完成后再由软件动态使能控制位FLAG1,打开看门狗;
(2)按如下策略控制CPU喂狗信号是否正常标识位FLAG2:
CPU操作***通过CPU的一个GPIO管脚向CPLD的一个I/O管脚J2输入周期为T的方波信号S2,在CPLD逻辑代码中判断S2是否在正常跳变,如果跳变正常,FLAG2置为正常,否则置为异常;其中,T一般大于3.2S,小于6S;
(3)若FLAG1使能,FLAG2正常时,S1正常输出给看门狗控制芯片的喂狗输入管脚;FLAG1不使能或者FLAG1使能,FLAG2异常时,S1停止输出给看门狗控制芯片的喂狗输入管脚;
(4)CPU操作***复位控制:
看门狗控制芯片的复位输出管脚W_R接入CPLD的I/O管脚J3,设备的手动复位按钮SW并联接入看门狗控制芯片的手动复位管脚MR,这样看门狗芯片因喂狗信号不正常而复位、手动按钮复位和设备上电启动时J3上都会输入复位信号RST,RST的低电平宽度为200毫秒,之后会自行跳变到高电平;CPLD逻辑代码利用RST信号给相应的寄存器赋予确定的初值,其中,CPLD的喂狗输出管脚J1上赋予高阻态初值,看门狗使能控制位FLAG1一定要不使能,同时在CPLD逻辑代码中定义寄存器REG用于***软件控制各硬件芯片的复位,各硬件芯片的复位信号由J3上的复位信号RST和***软件复位控制位REG共同控制,任意一种有效都会控制CPU芯片及操作***和其他硬件芯片的复位。
2.根据权利要求1所述的嵌入式***监控及复位控制方法,其特征是:所述方法硬件部分包括CPLD芯片、看门狗控制芯片MAX706、CPU芯片,所述CPU芯片通过一个GPIO管脚与CPLD的一个I/O管脚J2相连,CPLD芯片的I/O管脚J1与MAX706芯片的WDI输入管脚相连,设备的手动复位按钮SW通过4.7K的上拉电阻后并联接入MAX706芯片的手动复位按钮MR, MAX706芯片的RST管脚与CPLD的I/O管脚J3相连,CPLD的I/O管脚J4和I/O管脚J5分别与CPU芯片及其他***硬件电路相连。
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Application publication date: 20140910 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |