一種看門狗溢出時間的測試方法

王征宇，章少云

（1.中國電子科技集團公司第五十八所，江蘇無錫 214072；2.無錫江南計算技術研究所，江蘇無錫 214083）

1 概述

看門狗（WDT，Watch Dog Timer）本質上是一個監視定時器，通常用于智能儀表中，以提高儀表可靠性及抗外界干擾能力?？撮T狗具有固定的定時時間，當定時時間計滿（溢出）時，電路就產生復位信號或中斷信號。程序正常運行時，在小于定時時間間隔內，單片機輸出一個信號用于刷新定時器，使得定時器處于不斷重新定時的過程中，這樣看門狗就不會產生復位信號或中斷信號。而當程序因出現干擾“跑飛”時，單片機無法刷新定時器，就可以通過看門狗溢出產生復位信號或中斷信號使單片機復位或中斷，由中斷處理程序使其返回到起始點，以使程序恢復正常運行?？撮T狗也可以用于將器件從休眠或空閑模式下喚醒。

看門狗的溢出時間是看門狗電路一項重要的技術指標，程序設計者必須在看門狗的溢出時間內適時給WDT清零（也稱喂狗），才能保證正常運轉中的單片機不會因看門狗溢出造成異常復位。但通?？撮T狗的溢出時間為幾十毫秒到幾秒，使用ATE測試時，常規方法是運行測試矢量，即在WDT計時開始后，等待一段時間（通常設置為WDT的溢出時間），直至WDT溢出，搜索RESET因溢出產生的低電平，如果該矢量運行結果PASS，則判定溢出時間滿足規范要求，因此，在進行看門狗電路的測試時，如何較為精確地對此項參數進行評估是一個難題。本文以MAX690微處理器看門狗電路為例，講述了基于美國Teradyne公司的J750EX測試系統對該參數進行測量的方法。

2 MAX690的基本工作原理及電特性

MAX690是MAXIM公司推出的一款微處理機監控器，它具有電源檢測、低壓復位、電源故障早期警告、后備電池切換和看門狗等功能，能直接與MCS-51/96系列單片機相連。這款電路中內設的0～1.6 s可調節看門狗定時器，可以在微處理器出現某種干擾造成程序紊亂時，迫使系統復位。

2.1 管腳排列及引腳功能說明

MAX690的管腳排列見圖1，引腳功能說明見表1。

圖1 MAX690的管腳排列圖

表1 MAX690的引腳功能說明

2.2 典型應用圖

MAX690的典型應用如圖2所示。

圖2 MAX690的典型應用圖

2.3 MAX690的主要特點

MAX690具有以下主要特點：（1）精確的電壓監控器（4.65 V）；（2）電源 OK/RESET 時間延遲為 50 ms，200 ms或可變；（3） 看門狗計時器 100 ms，1.6 s或可變；（4）需要最少元件數量；（5）等待狀態電流為 1 μA；（6）備用電池電源切換；（7）芯片使能信號的在線選通；（8）對電源故障的電源監控或電池電壓過低報警。

2.4 MAX690的主要功能

作為微處理機監控器，MAX690的主要功能如下。

2.4.1 RESET輸出

RESET為低電平有效輸出信號，當VCC下降到4.5 V以下時，RESET變低，并且保持低電平，直到VCC上升到4.75 V，并持續50 ms才變高。如果看門狗計時器已開啟，且WDT保持高電平或低電平時間超過看門狗溢出時間時，則RESET也變低。圖3為復位功能框圖，圖4為其波形圖。

圖3 復位功能框圖

圖4 復位波形圖

2.4.2 備用電池切換

MAX690內部帶有備用電池切換電路，可以對VCC和VBATT輸入進行比較，然后將VOUT連接到電壓較高的一端。當VCC下降到高于VBATT輸入50 mV時，或當VCC上升到高于VBATT輸入70 mV時，電路進行切換。

在實際使用中，如果不使用備用電池切換部分，可將VBATT連接到GND端，將VOUT連接到VCC端。圖5為備用電池切換框圖。

圖5 備用電池切換框圖

2.4.3 電源故障報警

電源故障輸入PFI和內部1.3 V基準電壓進行比較，當PFI的電壓低于1.3 V時，電源故障輸出PFO變低，該電平用于中斷微控制器，以便在VCC下降到4.75 V且RESET輸出變低以前，將數據存儲到RAM中，達到保護的目的。

2.5 MAX690的電特性

MAX690的部分電特性如表2所示。

表2 電特性

3 MAX690的看門狗溢出時間測試方案設計

MAX690的看門狗計時器的溢出時間為1.6s，如果WDI為高或低的時間超過1.6 s，RESET腳上就會產生一個脈沖信號，用于送給微處理器。這個1.6 s的溢出時間是衡量看門狗的一項重要指標，在ATE測試時，通常這項指標的評價都會采用運行功能加以測試的方法，即由測試系統給WDI送1.6 s的高或低電平，觀測RESET腳上達到看門狗溢出時產生的脈沖信號，如果此功能PASS，即可判定該項指標正常。但實際操作時，因為電路批次的差異性，無法做到從WDI精確輸入1.6 s高或低電平，因此只能在一定范圍內驗證此項指標正常與否。而利用Teradyne公司的J750EX測試系統，只需使用其DSIO模塊就可以較為精確地測試出看門狗計時器的溢出時間。

3.1 J750EX測試系統的DSIO模塊簡介

DSIO是Digital Signal Input/Output（數字信號輸入/輸出）模塊的簡稱，此模塊可以用于數字信號的發送（source）、抓?。╟apture）及分析（analyze）等操作，是J750EX測試系統中十分重要的一個組件。

DSIO模塊可以輕松實現轉換測試需要輸入的高速數字波形，器件寄存器需要動態寫入的數字數據，獨立存在于數字測試矢量中的數據發送，以及對上述各類數據的抓取等操作，應用方法十分靈活。對MAX690的測試就采用了DSIO可以獨立于測試矢量、對個別管腳單獨抓取所需的數字數據這一功能。

3.2 采用DSIO模塊的測試方案設計

3.2.1 硬件設計

設計MAX690的測試DUT板時，只需考慮按照DSIO模塊所在的測試系統digital board位置，合理分配使用該位置的測試系統通道即可。測試DUT板實物如圖6所示。

圖6 MAX690測試DUT板

3.2.2 軟件設計

對MAX690進行測試程序開發時，除完成常規設置，即采用J750EX測試系統的IG-XL軟件對MAX690進行PIN腳定義、系統通道定義、輸入/輸出腳位電平、信號的時序設置等外，還需要使用J750EX系統的VBT編程環境對DSIO進行必要的配置，來完成相應的控制操作。具體實施步驟如下：

（1）按照J750EX的標準編程方法，完成對MAX690的PIN腳定義、系統通道定義、PIN LEVELS、TIME SET、TEST INSTANCE、TEST FLOW等的設置；

（2）編寫測試矢量，設置RESET腳為DSIO的數據capture端（digcap），在看門狗計時器溢出前，使用DSIO的專用微控制指令“shift”將RESET腳的輸出數據由J750EX系統的交替數據總線移位到J750EX系統的輸入鎖存器中，經過一定時間（RESET腳已輸出低電平）后，再使用“store”指令將輸入鎖存器中的數據存儲到J750EX系統的抓取存儲器里，如圖7所示。

圖7 DSIO調用的測試矢量

（3）在J750EX測試系統的VB編程環境中調用系統資源，為MAX690施加相應的電源電壓、輸入電平等，載入pattern，然后控制DSIO抓取RESET腳上看門狗計時器溢出前到溢出后的輸出數據。J750EX主程序中調用VB的方法如圖8所示。

圖8 調用VB的方法

（4）對抓取到的數據進行數據分析處理，計算出看門狗的溢出時間。

VBT測試程序的代碼如下：

Dim data()As Long

Dim I As Integer

Dim Flag As Boolean

Dim Num As Long

Dim Time As Double

ReDim data(Size-1)

Call thehdw.PinLevels.ConnectAllPins

Call thehdw.PinLevels.ApplyPower

Call thehdw.Digital.Timing.Load

thehdw.Digital.Patgen.TimeoutEnable=True

thehdw.Digital.Patterns.Pat(Pat_File).Load

thehdw.DSIO.CaptureUnloadAllSegments

Call thehdw.DSIO.Pins(CapPin).Capture.Reserve Segment(Pat_File,"Cap1",Size)

Call thehdw.DSIO.Pins(CapPin).Capture.Active Segment(Pat_File,"Cap1")

thehdw.Digital.Patterns.Pat(Pat_File).Start""

thehdw.Digital.Patgen.HaltWait

Call thehdw.DSIO.Pins (CapPin).Capture.Read Segment(Pat_File,"Cap1",0,data)

thehdw.PinLevels.PowerDown

'Flag=True

'If data(0)=0 Then Flag=False

Num=0

For I=0 To 4899

If data(I)＜＞ 0 Then

Num=Num+1

End If

Next I

Time=Num*31*0.00001

程序設計邏輯框圖見圖9。

4 結束語

看門狗計時器的溢出時間是評價WDT性能優劣的一項重要指標，使用ATE對其進行測試時，通常采用功能測試方法，無法對其進行精確測量，而采用Teradyne公司J750EX測試系統的DSIO模塊，可以十分簡便、高效地解決這一難題。本文以MAXIM公司的MAX690為例，介紹了一種應用DSIO模塊動態抓取器件輸出數據，并通過對獲得的數據進行分析處理從而實現對WDT溢出時間指標進行精確評價的方法，使得WDT的此項關鍵參數在ATE上得以實現精確測量，以滿足WDT應用的迫切需求。

[1]Neamen,D A.電子電路分析與設計——模擬電子技術[M].北京：清華大學出版社，2009：118-167.

[2]Microprocessor Supervisory Circuits MAX690/91/92/93/94/95[P].MAXIM,Inc.