【RTOS】基于RTOS的嵌入式系统看门狗策略

RTOS - high integrity systems

看门狗策略

Watchdog Strategies for RTOS enabled embedded systems

介绍

看门狗定时器就是一个电子定时器，用于嵌入式系统错误检查和从错误中恢复，看门狗定时器的基本原理简单而有效，在一个指定的时间周期里，系统需要通知看门狗以使其继续工作，要是看门狗没有接收到这个通知，看门狗就认为系统发生了故障并将系统设定为已知状态。通常这个已知状态就是复位处理器，但对于更复杂的系统看门狗必须执行一系列操作以使系统处于一个安全状态。处理器一般都自带看门狗组件，但为了安全更原理使用独立的看门狗组件。

嵌入式软件开发面临的一项挑战是决定何时喂狗，在抢占式RTOS系统中变得更复杂，因为软件被分解为多个独立运行的任务，开发者需要仔细考虑系统的架构。

看门狗保护基础

在简单的系统中，开发者选择一个周期性的任务在要求的频率下喂狗即可，定时喂狗以保证系统正常运行。完整系统中发生故障或是喂狗失败导致看门狗超时，会将系统置于安全状态。但在系统发生故障时，喂狗任务正常运行，而关键性任务执行异常，则看门狗无法将系统至于一个安全状态。

增强系统可靠性

简单系统的改进建议是，在看门狗计时周期内系统的所有任务均处于活动状态才进行喂狗，这种机制需要将所有任务注册到监控任务，以保证任务正常运行时通知监控任务，监控任务被触发运行时，将检查所有的注册任务在最近一次的看门狗周期内的工作状态，工作正常则喂狗以保证系统继续运行。

先进的任务监控

WITTENSTEIN的组件SAFECheckpoints提供高级的任务监控能力，确保任务调度按预期进行。Checkpoints机制允许用户指定临界段代码的时间容差 ，以确保如下几项工作：

• 周期性任务在容差范围内运行
• 处理部分在任务内完成
• ISR执行的处理任务在允许范围内完成
• 涉及多个任务的复杂功能在允许范围内完成

Checkpoints可以指定他们的回调函数，也可以激活系统错误的钩子函数

• 可创建单次和周期性的Checkpoints
• 周期性Checkpoints可以工作在固定或相对定时模式下

看门狗做任务监控

为了管理任务以高于或低于喂狗频率工作，设计者需要一个涉及所有任务的时间配置文件，在每次喂狗时监控任务将确认只有预期的调度任务激活。当然任务正常运行并不意味着系统正常运行，还需要监控关键代码段及其所在任务。

为了完成对事件的时间监控，需要额外监控中断服务程序的响应时间，监控任务必须要测量出耗费处理器的真实时长，测量范围是中断服务程序被触发到执行完成

通过监控单个任务的时间配置文件、关键代码段以及ISR响应时间，设计者将得到一个高可靠的工作的很好的喂狗机制，当然这对监控任务提出了更复杂的要求。