20. Фоновая обработка. Программируемый сторожевой таймер (software watchdog timer).

Фоновая обработка

Динамические обслуживающие функции. В наборе динамических (run-time) обслуживающих функций встроенной ОС можно выделить вызываемые и фоновые функции. Состав вызываемых функций отражается интерфейсом прикладных программ. В качестве примеров вызываемых функций можно указать коммуникационные, запросы о текущем состоянии системы или отдельных программных компонент (задач), требования модификации состояний компонент, переключение режимов работы.

Примерами фоновых функций являются интерпретаторы статических графиков активизации задач, интерпретаторы графиков передачи сообщений. Еще один пример фоновой функции связан с работой караульного (alarm) механизма. Караульный механизм обеспечивает инициирование заданных системных событий (активизация задач, передача сообщений) при достижении неким системным счетчиком заданных значений. Системный счетчик может представлять показания какого-либо физического датчика – таймера, измерителя угла поворота и т.п. Для фиксации связи между определенным системным счетчиком, его конкретными показаниями и соответствующими системными событиями используются караульные элементы. Настройка караульных элементов может осуществляться либо статически, либо динамически. В последнем случае в состав вызываемых функций включаются операторы настройки караульных элементов.

Сторожевой таймер

Допустим, в нашей системе есть некий процесс, выполняющий какую-либо полезную задачу. Назовем его прикладным или наблюдаемым процессом. Если процесс выполняет важную целевую функцию, то прекращение егодеятельности может привести к остановке работы всей встроенной системы, то есть к сбою. Если не принять особых мер по обнаружению таких ситуаций, встроенная система может работать некорректно в течении достаточно долгого времени. Для вывода систем из сбойного состояния и приведения её в нормальный режим функционирования обычно используют сторожевой таймер. Таким образом, сторожевой таймер является механизмом защиты системы от сбоев.

Рассмотрим работу сторожевого таймера подробнее. В работе участвуют три процесса: наблюдаемый прикладной процесс, процесс сторожевого таймера и служебный процесс, реализующий механизм защиты системы от аварийных ситуаций. Суть механизма сторожевого таймера состоит в проверке критерия, по которому можно определить, что наблюдаемый процесс работает нормально. Если сторожевой таймер обнаруживает, что с наблюдаемым процессом все в порядке, то ничего не происходит. Если сторожевой таймер определил, что с наблюдаемым процессом что-то не так, происходит передача информации системе разрешения аварийных ситуаций, которая, в свою очередь, принимает решение о дальнейшей судьбе наблюдаемого процесса. В самом примитивном варианте в качестве сторожевого таймера выступает обычный вычитающий счетчик. Во время инициализации в счетчик записывается какое-либо значение. Если в процессе работы в счетчик эпизодически вносится новая константа, то ничего не происходит. Если же прикладной процесс не успевает записать константу, и счетчик успевает досчитать до нуля, вырабатывается сигнал аппаратного рестарта и процессор перезапускается. Естественно, простой вариант реализации сторожевого таймера не является 100% гарантией от выхода системы из сбойного состояния. Рассмотрим типичную ошибку, допускаемую программистами при использовании простого сторожевого таймера. Для того, чтобы контролируемый процесс прекратил работу, достаточно вставить код обновления счетчика сторожевого таймера внутрь цикла проверки, который будет всегда давать ложное значение из-за какой-либо ошибки (в аппаратуре или программе).

while( device_ready() == 0 ) reset_watchdog_timer();

Если функция device_ready всегда будет возвращать ноль, то мы бесконечное время будем сбрасывать сторожевой таймер, и система будет всегда находиться в состоянии сбоя.

Нужно заметить, что в большинстве микроконтроллеров реализована самая простая схема работы сторожевого таймера. Для её нормальной работы нужна дополнительная, сложная программная обработка.

Ещё одним неудобством простой схемы сторожевого таймера является выработка аппаратного сигнала рестарта (RESET). В большинстве случаев гораздо корректнее производить повторную инициализацию или рестарт одной или нескольких взаимосвязанных частей системы, а полный горячий рестарт осуществлять только при каких-либо фатальных сбоях.