Watchdog là gì?
Watchdog là một bộ đếm có chức năng reset lại vi điều khiển khi xảy ra sự kiện tràn (overflow). Giả sử nó là bộ đếm 8 bit thì khi đếm từ 255 lên 256 (tức là tràn về 0) thì sẽ tự động reset lại vi điều khiển. Xung nhịp clock đưa vào đếm thường được lấy từ clock cung cấp cho CPU, sau đó cho qua một bộ chia tần trước khi đưa vào watchdog.
Tất nhiên là chúng ta không dùng watchdog để “reset vi điều khiển theo chu kỳ”! Chúng ta cho nó chạy, nhưng trong thân chương trình của chúng ta sẽ có các lệnh reset lại watchdog (tức là xóa giá trị đếm của nó để nó không thể đếm lên cao và gây ra tràn). Các vi điều khiển khác nhau thì có các phương pháp reset watchdog riêng của chúng, có thể là ghi giá trị 0 vào thanh ghi đếm của watchdog, có thể là tác động lên một bit nào đó, cũng có loại cung cấp sẵn một lệnh reset watchdog trong tập lệnh của nó… Đương nhiên chúng ta phải tính toán (chọn tần số clock, vị trí đặt lệnh reset watchdog…) để luôn reset watchdog trước khi nó tràn. Mục đích chính của việc sử dụng watchdog là chống lại các tình huống lỗi do phần mềm, khi mà vi điều khiển thực hiện một vòng lặp chết (dead loop), không thoát ra được. Khi đó do không thực hiện được các lệnh reset watchdog nên nó sẽ tràn, tự động reset lại hệ thống, thoát khỏi tình trạng “bị treo” trong vòng lặp chết.
Đây là 1 ví dụ về watchdog họ 8051.
WMCON DATA 96h ; watchdog and memory control register
orl WMCON, #00100000b ; 32-ms
orl WMCON, #00000001b ; watchdog enable
loop:
.
.
.
orl WMCON, #00000010b ; watchdog reset
jmp loop
Bạn xem phần “Electrical Characteristics” của datasheet là có đó. Viết rất chi tiết.
Watchdog Timer Time-out Period là 7-33ms, bình thường là 18ms. Trong lập trình thì nên cẩn thận coi watchdog là 7ms.
Ngoài ra nếu dùng Prescale thì thời gian được nhân lên: 1,2,4…128 lần tùy theo việc thiết tại “OPTION_REG REGISTER”
Watchdog Timer là cái gì?
Giả sử bạn viết một chương trình, bạn mong đợi chương trình này sẽ chạy nếu không có gì trục trặc xảy ra thì nó sẽ không bao giờ dừng lại, như vậy bạn phải làm một vòng lặp để khi chương trình chạy đến điểm cuối thì nó lại quay trở về điểm bắt đầu. Nhưng mà hãy xem một trường hợp:
Giả sử chương trình kiểm tra một chân input, nếu nó lên mức cao thì con Pic sẽ tiếp tục kiểm tra một chân input thứ hai có lên mức cao hay không, nếu chân input thứ hai không lên mức cao, con Pic sẽ ngồi đó chờ và nó sẽ chỉ thoát ra khỏi chỗ ngồi của nó nếu chân input thứ hai lên mức cao.
Bây giờ hãy xem một trường hợp khác, giả sử như bạn viết một chương trình, bạn compiled nó thành công, và ngay cả bạn đã cho chạy mô phỏng từng bước, từng bước một trên máy tính, bằng MPLAB chẳng hạn, có vẽ như mọi chuyện đều tốt, bạn đem nạp vào con Pic. Sau một thời gian chạy thử, con Pic thình lình bị kẹt vào nơi nào đó trong chương trình mà không thể thoát ra được trạng thái hiện tại.
Điều gì là cần thiết để giải quyết hai trường hợp trên, reset lại hay vẫn để cho nó bị kẹt không thoát ra được ?, đó là mục đích của mạch watchdog.
Mạch watchdog thì không phải là mới mẽ gì, có rất nhiều microprocessors và microcontrollers đã có mạch watchdog, nhưng mà nó làm việc ra sao?.
Bên trong con Pic có một mạch RC, mạch này cung cấp 1 xung Clock độc lập với bất kỳ xung Clock nào cung cấp cho Pic. Khi Watchdog Timer (viết tắt là WDT) được cho phép (enabled), nó sẽ đếm bắt đầu từ 00 và tăng lên 1 cho đến FFh, khi nó tăng từ FFh đến 00 ( FFh+1) thì con Pic sẽ bị Reset bất kể đang làm gì, chỉ có 1 cách là ngăn không cho WDT đếm tới 00.
Khi con Pic bị kẹt không thể thoát ra khỏi tình trạng hiện tại thì WDT vẫn tiếp tục đếm mà không bị bất kỳ điều gì ngăn cấm nó đếm tới FF và đến FF+1, vì vậy nó sẽ reset con Pic làm cho chương trình phải khởi động lại từ đầu.
Để sử dụng WDT chúng ta cần làm 3 việc.
Thứ nhất, cần thời gian bao lâu để reset WDT?.
Thứ hai, làm sao xoá WDT?.
Cuối cùng, chúng ta phải nói cho con Pic biết chương trình cho phép WDT hoạt động.
Bây giờ bạn hãy xem từng cái một:
Trong Datasheet của con Pic có nói rằng, WDT có thời gian từ lúc Start cho đến khi kết thúc là 18ms, tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào vài yếu tố, nguồn cung cấp, nhiệt độ của con Pic bởi vì mạch dao động của WDT là RC. Tuy nhiên chúng ta cũng có thể làm cho thời gian dài hơn. Bên trong con Pic có một cái gọi là Prescaler tạm dịch là đặt tỷ lệ, chúng ta có thể lập trình để chia xung Clock của mạch RC, chúng ta chia RC Clock càng
nhiều thì thời gian WDT reset càng dài.Prescaler nằm trên thanh ghi OPTION có địa chỉ 81h từ bit0 đến bit2, bên dưới là bảng chia tỷ lệ thời gian WDT.
Bit 2 1 0 Rate WDT Time
0 0 0 1:1 18mS
0 0 1 1:2 36mS
0 1 0 1:4 72mS
0 1 1 1:8 144mS
1 0 0 1:16 288mS
1 0 1 1:32 576mS
1 1 0 1:64 1.1Seconds
1 1 1 1:128 2.3Seconds
Hãy nhớ rằng các khoảng thời gian này không phụ thuộc vào tần số xung Clock bên ngoài, nó xác định bằng thời gian thực chứ không phải đếm chu kỳ xung clock. Hãy xem ví dụ WDT sẽ reset con Pic trong khoảng ½ giây khi con Pic bị kẹt. Giá trị gần nhất mà ta có theo bảng trên là 576mS hoặc 0.576 seconds.
Đầu tiên chúng ta gởi giá trị b’101’ tới thanh ghi OPTION, như sau:
movlw b’101’ ;This is 0x05 in Hex
movwf 81h ;This is the Option Register
Quá đơn giản !, bây giờ, có một mẹo nhỏ.
Mặc nhiên prescaler được gán cho một bộ định thời khác, vì vậy ta phải thay đổi toàn bộ WDT. Trước tiên phải reset một bộ đếm khác tới giá trị 0, sau đó chuyển sang Bank1 để gán prescaler cho WDT và thiết lập thời gian rồi sau đó lại quay về Bank0, đoạn code bên dưới với xx là giá trị ta sẽ chọn cho prescaler.
Bcf STATUS,0 ;make sure we are in Bank 0
Clrf 01h ;address of the other timer – TMR0
Bsf STATUS,0 ;switch to Bank 1
Clrwdt ;reset the WDT and prescaler
movlw b’1xxx’ ;Select the new prescaler value and assign
movwf OPTION ;it to WDT
bcf STATUS,0 ;come back to Bank 0
Lệnh CLRWDT là để xoá WDT, chúng ta phải làm điều này trước khi nó reset con Pic, chúng ta cần tính toán nơi nào trong chương trình mà bộ đếm của WDT sẽ tràn để đặt lệnh CLRWDT trước thời điểm này để bảo đảm con Pic không reset. Nếu chương trình của bạn dài, có thể phải đặt hơn 1 lệnh CLRWDT trong chương trình. Ví dụ bạn sử dụng giá trị default mặc nhiên là 18ms thì phải bảo đảm rằng chương trình sẽ nhìn thấy
lệnh CLRWDT sau mỗi 18ms.