Tra le misure di protezione hardware, ce n'è una che può far sì che il processo interno del dispositivo non si paralizzi per 24 ore, ovvero la tecnologia watchdog. Per rendere più stabile la trasmissione di router industriali, DTU e altri dispositivi di rete. Questi dispositivi saranno dotati di protezione anti-surge, anti-statica, anti-pulse e watchdog. Come funziona la protezione watchdog? Come viene calcolata?
Che cos'è un cane da guardia?
Chip watchdog, chiamato anche timer watchdog. Si tratta di un pezzo di hardware in un microcontrollore. Se il sistema si blocca da qualche parte, il timer watchdog viene utilizzato per generare un reset del sistema e se il sistema entra in un loop infinito di esecuzione, il timer watchdog resetta il sistema per uscire dal loop infinito. Il watchdog è un meccanismo di sicurezza nei sistemi embedded che rende il sistema affidabile, ma dipende da come viene utilizzato il timer watchdog.
Come funziona la protezione del watchdog
Un watchdog è fondamentalmente un contatore che inizia a contare da zero e raggiunge un determinato valore. Se il contatore raggiunge un determinato valore, l'hardware del watchdog genera un reset del watchdog. Per evitare il reset del sistema, il software deve avviare il watchdog, il che significa che il contatore deve essere azzerato. Se il software si blocca in un ciclo infinito, il sistema non è in grado di avviare il watchdog, quindi il contatore raggiunge un certo valore e resetta il sistema.
La protezione del watchdog viene inizialmente caricata con determinati valori. Questo valore viene calcolato in base al timeout del watchdog (vengono fornite ulteriori istruzioni su come calcolare il valore del contatore in base al valore del timeout). Prima del timeout, il sistema deve azzerare il contatore.
Ad esempio, se il sistema esegue regolarmente 3 task e impiega 500 millisecondi per eseguirli. Considerare il timeout di 600 ms (considerando lo scenario peggiore), calcolare il valore del contatore per 600 ms e caricarlo nel watchdog.
Informatica di sorveglianza
Si consideri che il sistema in Watchdog funziona con un clock di 4 kHz. Il sistema completa il lavoro in 450 millisecondi e, nel caso peggiore, impiega 500 millisecondi per completare il lavoro. Utilizziamo 500 millisecondi come timeout.
1/4 kHz = 0,25 millisecondi
1 tick dell'orologio = 0,25 millisecondi.
500 millisecondi = 2000 tick.
Quando l'orologio ticchetta 2000 volte, completa 500 millisecondi. Il valore tecnico associato al timeout è 2000.
Se il contatore watchdog raggiunge i 2000, genera un segnale di reset. Il sistema deve azzerare il contatore prima che raggiunga i 2000.
Casi d'uso avanzati per i timer watchdog
Nel caso dei sistemi operativi (sistemi multitasking), il watchdog svolge un ruolo importante. I watchdog possono monitorare il flusso del programma e la frequenza di esecuzione dei task (supervisione delle attività). Un reset del watchdog viene generato se il watchdog rileva un conflitto nel flusso del programma o se un'attività viene eseguita troppo frequentemente o poco frequentemente.
Nel caso della supervisione online, ogni task ha un flag impostato per indicare che il task è online, cioè eseguito. La funzione di monitoraggio del watchdog controllerà se ogni task ha riportato un'indicazione di attivazione. Se il task non è impostato per attivare l'indicazione, la funzione di monitoraggio del watchdog non darà mai il via al watchdog e alla fine il watchdog resetterà il sistema.
Applicazioni della protezione Watchdog
1. Sistemi incorporati
Nei sistemi embedded, la protezione watchdog viene utilizzata per monitorare il funzionamento dei microcontrollori. Poiché i dispositivi embedded operano spesso in ambienti non presidiati, qualsiasi guasto del software o errore hardware può portare a un arresto anomalo del sistema. Il timer watchdog controlla regolarmente la reattività del sistema per garantire il normale funzionamento del dispositivo. Se il dispositivo non riesce a inviare un segnale in tempo, il watchdog resetta il sistema per ripristinare la funzionalità.
2. Automazione industriale
In automazione industrialeL'affidabilità delle apparecchiature è fondamentale, poiché i tempi di inattività possono comportare notevoli perdite finanziarie. La protezione del watchdog garantisce che i dispositivi della linea di produzione possano riprendersi rapidamente dai guasti. Ad esempio, nei robot e nei sistemi di controllo, se si verificano malfunzionamenti del software, il watchdog può riavviare prontamente il sistema, mantenendo l'efficienza della produzione e riducendo al minimo i ritardi.
3. Le telecomunicazioni
Nelle reti di telecomunicazioni, i router e gli switch devono funzionare continuamente per garantire un flusso di dati stabile. La protezione Watchdog può monitorare lo stato di questi dispositivi e risolvere tempestivamente i potenziali guasti. Ripristinando i dispositivi che non rispondono, gli amministratori di rete possono ridurre il rischio di interruzioni del servizio e garantire connessioni di alta qualità per i clienti e l'affidabilità generale della rete.
4. Sistemi automobilistici
I veicoli moderni sono dotati di numerose unità di controllo elettronico (ECU) responsabili di funzioni critiche come la frenata, lo sterzo e i sistemi di alimentazione. La protezione del watchdog è essenziale in questi sistemi, in quanto garantisce che le funzioni critiche funzionino correttamente in ogni circostanza. Ad esempio, in caso di malfunzionamento del software di controllo dell'impianto frenante, il watchdog ripristina immediatamente l'unità di controllo, garantendo che il veicolo possa continuare a funzionare in sicurezza.
Sintesi
La protezione Watchdog dimostra la sua importanza in diversi settori, migliorando l'affidabilità e la sicurezza del sistema. Monitorando e risolvendo tempestivamente i guasti, fornisce un supporto affidabile a molti dispositivi industriali e sistemi automobilistici.
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