- STWD100xP 看门狗在嵌入式系统硬件抗EMC技术的应用

4 嵌入式系统软件抗EMC技术

为了增强嵌入式系统工作的稳定性和可靠性，嵌入式系统除硬件抗干扰外，可以在软件上采用一定的技巧抗干扰，使系统工作更加稳定可靠。

4．1 信息冗余技术

为了防止干扰，系统对重要数据或文件复制到多个存储单元，当一个存储单元数据损坏后立即启动备用存储单元使数据恢复。

4．2 时间冗余技术

为了增强系统可靠性，对于重要区域重复执行，将第1次与第2次的执行结果相比较如相同则认为正确，如不同第1次或第2次执行有问题或两次都有问题，程序再执行第3次、第4次，如果有1次相同则认为正确。

4．3 自动检测与诊断技术

自动检测包括嵌入式系统RAM的检测、ROM的检测、标志位的检测等，对RAM的检测在开机时可以在RAM存储区内开辟几个单元，向RAM存储单元写入不同的数值例如55H、AAH、EEH等，在执行程序时读出这些存储单元的值是否开机放置的数值相等，判断程序执行的正确性。ROM用来放程序或表格数值，对ROM区域二进制数0和1的个数检测系统程序执行的正确性。在程序的执行过程中RAM区域数据结果不同，对标志位产生影响不同，例如51单片机中PSW，当两个数据相加出现进位时PSW中第位7位CY由硬件置，用户可以查询PSW中第7位判断程序执行的正确性。

4．4 软件陷阱技术

软件陷阱技术指嵌入式系统中程序存储器不一定用完，如因干扰嵌入式系统程序计数器PC值错误，程序将会跳到没用到的存储空间，导致系统出错或程序跑飞，软件陷阱就是在这些没有用到的程序存储器中放入空指令和无条件跳转指令，当程序跑飞跑到空程序存储器中，嵌入式系统则认为系统受到干扰程序执行出错，系统自动复位。

5 集成STFWD100xP WTD的应用

5．1 看门狗WTD的分类和特点

看门狗可分为硬件看门狗和软件看门狗，软件看门狗不需要外接硬件电路，但软件定时器会耗费系统CPU资源，软件过长还可能引起系统不稳定导致系统瘫痪；硬件看门狗几乎不耗费系统资源使用随意性较大，硬件看门狗主要是为防止程序在执行过程中受到干扰致使程序跑飞的一种监控芯片，常用WTD集成电路有Xicor公司X25045，Dallas公司DSl232和意法半导体公司STWD100等，有的嵌入式CPU本身自带WTD，如PIC系列和51S系列单片机。硬件看门狗实际就是一个Timer，未等到定时器溢出时程序不断给定时器赋值，程序正常执行情况下定时器不会溢出，当程序跑飞没有正常为WTD赋值定时器会溢出，系统自动复位。看门狗就是在程序正常执行处放一条或几条喂狗指令，使看门狗处于喂饱状态，如程序跑飞长时间没有喂狗，看门狗就会叫使嵌入式系统重启或复位。

STWD100是意法半导体公司新推出的一款操作简单、SOT23-5小型封装、超低功耗、超小体积5脚WTD集成电路，静态电流13μA、输出电流20 mA、输出功耗320 mW。STWD100系列与X25045不同，STWD100省去繁琐的命令，例如X25045读、写锁存器，读写状态寄存器；STWD100系列芯片不同喂狗周期不同，每种芯片只有一个固定的定时周期，例如STWD100xP，STWD100xW，STWD100xX，STWD100xY喂狗周期分别为3．4 ms，6．3 ms，102 ms，1．6 s。STD100xP引脚和封装如图1所示。

图1中1脚WD0：看门狗溢出后输出，漏级开路门使用时须接上拉电阻；2脚GND：接地；3脚EN：集成电路使能信号，低电平有效最低保持时间1μs；4脚WDI：时钟信号输入端(0．2～0．8)Vcc，上升沿定时器置数并启动；5脚Vcc：电源，2．7～5．5V。

5．2 STWD100的硬件设计

5．2．1 STWD100与51嵌入式系统连接原理图

STWD100同51单片机系统连接如图2所示。

该系统中嵌入式系统复位信号共有3种、上电复位、按键复位和看门狗定时器溢出复位。STDW100初始化设置有2种方式：

(1)当系统上电、使能信号EN=0，STWD100xY看门狗启动定时，定时周期为3．4 ms，在3．4 ms内WDO输出高电平，程序必须在3．4 ms内送入喂狗指令否则系统认为程序跑飞，WDO输出低电平系统自动复位，如图2所示。

(2)当WDI输入上升沿时看门狗定时器启动，启动后WDO保持原有高电平直到定时器3．4 ms后溢出WDO翻转，WDO输出低电平系统自动复位如图2所示。

5．2．2 STWD100的软件设计

根据STWD100时序原理，当系统上电初始化设置使能信号EN=0，WD0=1启动看门狗，程序在3．4 ms定时周期内喂狗防止系统死机或程序跑飞，如在3．4 ms内系统未检测到喂狗指令，WDO输出低电平系统自动复位，具体程序如下：

5．3 STWD100实验结果

STWD100技术比较成熟，基本不会出现由STWD100自身技术原因和缺陷带来的不稳定，关键是用户掌握好软件看门狗喂狗的时间和时序，喂狗时间过短系统效率不高，喂狗时间过长容易导致系统重启。STWD100xP时序图如图3所示。实验结果证明在几乎不占用CPU资源的情况下，系统加上STWD100硬件看门狗后，系统工作稳定度提高很多几乎没有出现死机和程序跑飞的情况，有效防止了系统干扰提高了系统稳定性和可靠性。

6 结语

在有交流接触器、继电器、电机控制的程控喷泉控制系统中，加STWD100硬件看门狗，系统连续开关50次运行正常；连续工作12 h并不间断外加电机、焊机干扰，系统无死机、程序跑飞等异常情况出现，工作稳定可靠，解决了由继电器、交流接触器等器件动作时带来的干扰，引起CPU误动和死机等不稳定现象。在实际中应注意掌握好喂狗时间间隔，一般在1～2 ms效果最佳。STWD100硬件看门狗在不占用CPU资源的情况下，系统工作稳定度和可靠性提高到100％，可广泛用于继电器、接触器等具有较强干扰控制系统。