多任務(wù)系統(tǒng)看門(mén)狗的實(shí)現(xiàn)

1、多任務(wù)系統(tǒng)看門(mén)狗的實(shí)現(xiàn)分硬件看門(mén)狗和軟件看門(mén)狗。硬件看門(mén)狗是利用一個(gè)定時(shí)器，其定時(shí)輸出銜接到電路的復(fù)位端，程序在一定時(shí)光范圍內(nèi)對(duì)定時(shí)器清零(俗稱(chēng)“喂狗”)，因此程序正常工作時(shí)，定時(shí)器總不能溢出，也就不能產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。假如程序浮現(xiàn)故障，不在定時(shí)周期內(nèi)復(fù)位看門(mén)狗，就使得看門(mén)狗定時(shí)器溢出產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)并重啟系統(tǒng)。軟件看門(mén)狗原理上一樣，只是將硬件電路上的定時(shí)器用處理器的內(nèi)部定時(shí)器代替，這樣可以簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)，但在牢靠性方面不如硬件定時(shí)器，比如系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器自身發(fā)生故障就無(wú)法檢測(cè)到。固然也有通過(guò)雙定時(shí)器互相監(jiān)視，這不僅加大系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，也不能解決所有問(wèn)題，比如中斷系統(tǒng)故障導(dǎo)致定時(shí)器中斷失效?？撮T(mén)狗本身不是用

2、來(lái)解決系統(tǒng)浮現(xiàn)的問(wèn)題，在調(diào)試過(guò)程中發(fā)覺(jué)的故障應(yīng)當(dāng)要查改設(shè)計(jì)本身的錯(cuò)誤。加入看門(mén)狗目的是對(duì)一些程序潛在錯(cuò)誤和惡劣環(huán)境干擾等因素導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)而在無(wú)人干預(yù)狀況下自動(dòng)復(fù)原系統(tǒng)正常工作狀態(tài)。看門(mén)狗也不能徹低避開(kāi)故障造成的損失，究竟從發(fā)覺(jué)故障到系統(tǒng)復(fù)位復(fù)原正常這段時(shí)光內(nèi)怠工。同時(shí)一些系統(tǒng)也需要復(fù)位前庇護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，重啟后復(fù)原現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，這可能也需要一筆軟硬件的開(kāi)銷(xiāo)。圖1：(a) 多任務(wù)系統(tǒng)看門(mén)狗暗示圖；(b) 相應(yīng)的看門(mén)狗復(fù)位規(guī)律圖。在單任務(wù)系統(tǒng)中看門(mén)狗工作原理如上所述，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。在多任務(wù)系統(tǒng)中狀況稍為復(fù)雜。如果每個(gè)任務(wù)都像單任務(wù)系統(tǒng)那么做，1(a)所示，只要有一個(gè)任務(wù)正常工作并定期“喂狗”，看門(mén)狗定時(shí)器就不

3、會(huì)溢出。除非全部的任務(wù)都故障，才干使得看門(mén)狗定時(shí)器溢出而復(fù)位，1(b)。而往往我們需要的是只要有一個(gè)任務(wù)故障，系統(tǒng)就要求復(fù)位?；蛘咛暨x幾個(gè)關(guān)鍵的任務(wù)接受監(jiān)視，只要一個(gè)任務(wù)出問(wèn)題系統(tǒng)就要求復(fù)位，2(a)所示，相應(yīng)的看門(mén)狗復(fù)位規(guī)律2(b)所示。在多任務(wù)系統(tǒng)中通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)監(jiān)視任務(wù)taskmonitor，它的優(yōu)先級(jí)高于被監(jiān)視的任務(wù)群task1、task2.taskn。taskmonitor在task1"taskn正常工作狀況下，一定時(shí)光內(nèi)對(duì)硬件看門(mén)狗定時(shí)器清零。假如被監(jiān)視任務(wù)群有一個(gè)task_x浮現(xiàn)故障，taskmonitor就不對(duì)看門(mén)狗定時(shí)器清零，也就達(dá)到被監(jiān)視任務(wù)浮現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)重啟的

4、目的。另外任務(wù)taskmonitor自身出故障時(shí)，也不能準(zhǔn)時(shí)對(duì)看門(mén)狗定時(shí)器清零，看門(mén)狗也能自動(dòng)復(fù)位重啟。接下來(lái)需要解決一個(gè)問(wèn)題是：監(jiān)視任務(wù)如何有效監(jiān)視被監(jiān)視的任務(wù)群。圖2：(a) 多任務(wù)系統(tǒng)看門(mén)狗暗示圖；(b) 正確的看門(mén)狗復(fù)位規(guī)律圖。在taskmonitor中定義一組結(jié)構(gòu)體來(lái)模擬看門(mén)狗定時(shí)器組，typedef structuint32 curcnt, lastcnt;bool runstate;int taskid; struct_watch_dog;該結(jié)構(gòu)體包括被監(jiān)視的任務(wù)號(hào)taskid，用來(lái)模擬“喂狗”的變量curcnt、lastcnt(詳細(xì)含義見(jiàn)下文)，看門(mén)狗狀態(tài)標(biāo)記runstate用

5、來(lái)控制當(dāng)前任務(wù)是否接受監(jiān)視。被監(jiān)視的任務(wù)task1"taskn調(diào)用自定義函數(shù)createwatchdog(int taskid)來(lái)創(chuàng)建看門(mén)狗，被監(jiān)視任務(wù)一段時(shí)光內(nèi)要求“喂狗”，調(diào)用resetwatchdog(int taskid)，這個(gè)“喂狗”動(dòng)作實(shí)質(zhì)就是對(duì)看門(mén)狗定時(shí)器結(jié)構(gòu)體中的變量curcnt加1操作。taskmonitor大部分時(shí)光處于延時(shí)狀態(tài)，假設(shè)硬件看門(mén)狗定時(shí)是2秒，監(jiān)視任務(wù)可以延時(shí)1.5秒，接著對(duì)創(chuàng)建的看門(mén)狗定時(shí)器組一一檢驗(yàn)，延時(shí)前保存curcnt的當(dāng)前值到lastcnt，延時(shí)后比較curcnt與lastcnt是否相等，都不相等系統(tǒng)才是正常的。需要注重的是curcnt和la

6、stcnt數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)太小，而“喂狗”過(guò)于頻繁，可能浮現(xiàn)curcnt加1操作達(dá)到一個(gè)循環(huán)而與lastcnt相等。假如有隨意一組的curcnt等于lastcnt，認(rèn)為對(duì)應(yīng)接受監(jiān)視的任務(wù)沒(méi)有“喂狗”動(dòng)作，也就檢測(cè)到該任務(wù)浮現(xiàn)故障需要重啟，這時(shí)候taskmonitor不對(duì)硬件看門(mén)狗定時(shí)器清零，或者延時(shí)很長(zhǎng)的時(shí)光，比如10秒，足以使得系統(tǒng)重啟。反之，系統(tǒng)正常，task1"taskn定期對(duì)taskmonitor“喂狗”，taskmonitor又定期對(duì)硬件看門(mén)狗“喂狗”，系統(tǒng)就得不到復(fù)位。還有一點(diǎn)，被監(jiān)視任務(wù)可以通過(guò)調(diào)用pausewatchdog(int taskid)來(lái)取消對(duì)應(yīng)的看門(mén)狗，事實(shí)上就

7、是對(duì)struct_watch_dog結(jié)構(gòu)體中的runstate操作，該標(biāo)記體現(xiàn)看門(mén)狗有效與否。這種方式可監(jiān)視的最大任務(wù)數(shù)由struct_watch_dog結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)打算。程序中應(yīng)當(dāng)有一個(gè)變量記錄當(dāng)前已創(chuàng)建的看門(mén)狗數(shù)，推斷被監(jiān)視任務(wù)task1"taskn是否“喂狗”只需比較curcnt與lastcnt的值n次。圖3：系統(tǒng)復(fù)位規(guī)律圖。硬件看門(mén)狗監(jiān)視taskmonitor任務(wù)，taskmonitor任務(wù)又監(jiān)視其他的被監(jiān)視任務(wù)task1"taskn，形成這樣一種鏈條。這種方式系統(tǒng)的故障圖表示3所示。被監(jiān)視任務(wù)task1"taskn及taskmonitor都是或的關(guān)系，

8、因此被監(jiān)視的任一任務(wù)發(fā)生故障，硬件電路看門(mén)狗就能復(fù)位。為實(shí)現(xiàn)多任務(wù)系統(tǒng)的看門(mén)狗監(jiān)視功能額外增強(qiáng)了taskmonitor任務(wù)，這個(gè)任務(wù)占用執(zhí)行時(shí)光多少也是一個(gè)重要問(wèn)題。假設(shè)taskmonitor任務(wù)一個(gè)監(jiān)視周期延時(shí)1.5秒，此外需要執(zhí)行保存當(dāng)前計(jì)數(shù)值，推斷是否“喂狗”等語(yǔ)句，它的cpu占用時(shí)光是很小的。用一個(gè)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)證明，用法50m工作頻率的cpu(s3c4510)，移植vxworks操作系統(tǒng)，cache不使能條件下監(jiān)視10個(gè)任務(wù)，每個(gè)監(jiān)視周期占用220"240微秒?？梢?jiàn)該任務(wù)絕大多數(shù)時(shí)光都處于任務(wù)延時(shí)狀態(tài)。被監(jiān)視任務(wù)可能有獵取消息、等待一個(gè)信號(hào)量等的語(yǔ)句，往往這個(gè)消息、信號(hào)量的等待是無(wú)限期的等待。這就需要將這類(lèi)語(yǔ)句作一些修改。比如在vxworks中將一次無(wú)期限的獵取信號(hào)量操作semtake(semid, wait_forever); / wait_forever為無(wú)限時(shí)光等待分解為doresetwatchdog; / “喂狗”操作while(semtake(semid, sysclkrateget( ) != ok); / 1s內(nèi)的等待信號(hào)量操作多次的時(shí)光范圍內(nèi)的獵取信