2020年11月05日 | 符合ASIL-D的看门狗应用设计

2020-11-05

当下，一边汽车自动化驾驶的发展势头节节攀高，一边频频出现各类痛心的质量事故。需求促进变革，需求促进功能安全在汽车电子的快速落地，本文就带你领略高安全等级设计中的看门狗。

在汽车安全性要求越来越高的电子系统中，为保证系统程序按照预期流程运行，看门狗对程序的监控措施已成为功能安全需求不可或缺的部分。比如实现程序运行逻辑的监控，实现程序运行时间的监控等，这样的看门狗应用需求，一般的看门狗是无法满足的，ZLG 为用户推荐使用 FS45/65 电源管理芯片，其看门狗基于“question/answer”原理实现，可以很好的支持相关功能安全设计。

一、看门狗介绍

图 1 Challenger WD

FS45/65 的看门狗是 Challenger WD，基于“question/answer”原理实现看门狗刷新：FS45/65 基于线性移位寄存器（LFSR）生成 8 位伪随机数，MCU 可以发送自定义 LFSR 的 seed 或使用 FS45/65 默认的 LFSR 值（0xB2），执行预定义的计算，通过 SPI 发送结果给 FS45/65 进行验证。验证正确，会产生新的伪随机数；验证错误，WD 错误计数器递增，WD_LFSR 的值不变，WD 错误计数器按照预定的配置，达到一定阈值，对 RSTB 和 FS0B 进行控制，从而使系统进入安全状态。

任何 WD 的刷新都会重新启动窗口，这样可确保 MCU 与 FS65 之间的同步，同时与 MCU 系统独立的外部看门狗更能保证系统的稳定性。

二、看门狗窗口

图 2 看门狗窗口

第一个看门狗刷新在 INIT 阶段，第一次看门狗刷新后，设备进入正常 WD 刷新模式，MCU 必须在看门狗窗口打开期间刷新看门狗。看门狗窗口时间可以在 WD_WINDOW[3:0]位配置为 1.0ms 到 1024ms。看门狗只能在 INIT 阶段禁用，以允许“重新编程”。

无论好的、坏的 WD 刷新或 WD 超时，都会重新启动新的 WD 窗口；

可以在任意阶段更改窗口时间，更改窗口时间将在下一次 WD 刷新之后体现；

窗口的占空比为 50%±10％，不可修改。

三、看门狗错误计数

图 3 看门狗错误计数器

FS45/65 实现看门狗错误计数器管理，器件在 INIT 阶段通过配置看门狗错误计数阈值来决定 RSTB 和 FS0B 的动作，保证系统在发生严重的看门狗故障时，能够迅速进入安全状态。

出现看门狗故障时，WD 错误计数器加 2；正确刷新时，WD 错误计数器减 1。该原理确保循环的“OK/NOK”行为收敛于故障检测。为了允许应用程序的灵活性，在 INIT 阶段，该计数器的最大值可以使用 WD_CNT_RFR[1:0]位进行配置。

看门狗错误计数器值可由单片机读取 WD_ERR[2:0]位，用于诊断看门狗是否刷新正确。

四、看门狗刷新计数器

图 4 看门狗刷新计数器

看门狗刷新计数器用于递减故障错误计数器。每次看门狗正确刷新时，看门狗刷新计数器将增加 1，每当看门狗刷新计数器达到 6，如果下一次 WD 刷新也很好，故障错误计数器递减 1。

无论看门狗刷新计数器的当前值是多少，每次刷新看门狗出现错误时，看门狗刷新计数器将复位为 0。
五、ZLG 资源

图 5 ZLG 资源

ZLG 为用户准备了完善的器件使用及功能安全资源，包括器件的评测套件、基础功能使用说明文档、基础功能代码、功能安全使用说明文档以及功能安全 SafetyLib。

六、总结

FS45/65 在看门狗应答策略、故障计数管理功能和诊断等一系列特性都远远优于传统窗口看门狗，能够有效保证系统稳定运行，并且符合国标 GB/T 34590-5 程序序列监控相关技术要求，可达到很高等级的诊断覆盖率。

看门狗 ZLG MCU

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