ESP32基础知识-看门狗

一、看门狗

二、根据实验观察现象

三、原因分析

一、看门狗

看门狗（Watchdog Timer，简称WDT）是一个硬件计时器【倒计时计时器】，用于检测和恢复系统故障。它的工作原理就像一个"电子保安"：

看门狗 = 一个倒计时器 + 一个复位机制

正常情况：程序定期"喂狗"（重置计时器）→ 系统正常运行

异常情况：程序忘记"喂狗"（计时器归零）→ 系统自动复位重启

重置计时器即重置计时器为最大值

二、根据实验观察现象

下面给给出6个实验，根据实验观察现象。

实验一

需求：

假设现在我们要基于中断来实现一个需求，有一个计数器，初始值为0，每次按下按钮开关并释放时，计数值加1，需要定期通过串口打印计数器的当前值。

使用中断完成需求代码：

复制代码

#include <Arduino.h>

int count = 0;            // 按钮计数器
long last_press_time = 0; // 上一次按下按钮的时间，用于按钮消抖

void handle()
{
  // 两次按下的时间要大于500ms才认为是一次有效的操作
  if (millis() - last_press_time > 500)
  {
    count++;                    // 计数器加一
    Serial.println(count);      // 把当前计数值通过串口打印出来
    delay(8000);
    last_press_time = millis(); // 记录本次按钮按下的时间
  }
}

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  // 开启23号引脚的中断
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(23), handle, RISING);
}

void loop()
{
}

电路搭建如下：

运行结果如下：

实验二

需求：

基于Freertos，创建一个任务，该任务不断对一个计数器进行累加，并且该任务绑定到0号CPU，任务优先级为1

使用任务函数完成需求代码：

复制代码

#include <Arduino.h>

volatile uint64_t number = 0;

void count(void *ptr)
{
  while (1)
  {
    number++;
  }
}

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  // 任务优先级为1，绑定到0号CPU
  xTaskCreatePinnedToCore(count, "count", 2048, nullptr, 1, NULL, 0);
}

void loop()
{
}

运行结果如下：

实验三

需求：

修改实验二的任务代码，每次对number累加后，通过串口输出

完成需求代码，

复制代码

void count(void *ptr)
{
  while (1)
  {
    number++;
    Serial.println(number);
  }
}

运行结果：

代码正常运行，计数器持续累加，esp32并未重启。

实验四

需求：

保持实验二中的代码不变，仅修改创建任务的逻辑，将任务绑定到1号CPU

复制代码

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  // 任务优先级为1，绑定到1号CPU
  xTaskCreatePinnedToCore(count, "count", 2048, nullptr, 1, NULL, 1);
}

运行结果：

代码正常运行，计数器持续累加，esp32并未重启。

实验五

需求：

保持实验二中的代码不变，仅修改创建任务的逻辑，将任务优先级调整成0，仍然绑定到0号CPU上

复制代码

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  // 任务优先级为0，绑定到0号CPU
  xTaskCreatePinnedToCore(count, "count", 2048, nullptr, 0, NULL, 0);
}

运行结果：

代码正常运行，计数器持续累加，esp32并未重启。

实验六

需求：

保持实验二中的代码不变，仅修改任务逻辑，每次计数器+1后，通过vTaskDelay函数延迟1个tick

复制代码

void count(void *ptr)
{
  while (1)
  {
    number++;
    vTaskDelay(1);
  }
}

运行结果：

代码正常运行，计数器持续累加，esp32并未重启。

实验七

需求：

保持实验二中的代码不变，仅修改任务逻辑，每次计数器+1后，通过vTaskSuspend()函数让任务挂起，让随后又通过vTaskResume函数让任务继续运行

复制代码

void count(void *ptr)
{
  while (1)
  {
    number++;
    vTaskSuspend(NULL);
    vTaskResume(NULL);
  }
}

运行结果：

代码正常运行，计数器持续累加，esp32并未重启。

注意：

vTaskSuspend这个函数的作用是让一个任务暂停，参数为NULL表示暂停当前任务；
vTaskResume这个函数的作用是让一个任务继续执行，参数为NULL表示恢复当前任务。

三、原因分析

在使用中断函数、任务创建函数【未进行任何内容输出】，则会导致esp32重启。

在使用任务创建函数【Serial输出、指定优先级、指定CPU、vTaskSuspend + vTaskResume 】则不会导致esp32重启。

|---------|---------------------------------------------------------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 实验一 | 中断+delay | 在中断服务函数（ISR）中调用delay(3000)导致FreeRTOS调度器断言失败，同时CPU被长期占用无法喂狗触发看门狗复位，双重故障最终导致系统重启。 按钮按下 → 触发中断 → 执行handle() ↓ delay(3000) 被调用 ↓ delay() → vTaskDelay() ↓ vTaskDelay()检查当前上下文 ↓ 发现当前在中断上下文（不是任务） ↓ 尝试挂起"当前任务" → 但当前不是任务 ↓ 调度器状态变得不一致 ↓ FreeRTOS检测到异常 → 触发断言 ↓ assert失败 → 系统复位 同时，看门狗也在等待喂食 ↓ 看门狗超时 → 也触发复位 ↓ 系统重启，打印错误信息 |
| 实验二 | number++（死循环）优先级1+ 0号cpu | 0号CPU上默认运行着空闲任务（Idle Task，优先级0），但没有用户任务时，看门狗机制在单核模式下有时会不生效。但是，优先级为1>0，执行count任务。这个任务一直霸占0号CPU时，0号CPU上的空闲任务得不到运行，即看门狗得不到投喂，系统仍然会因看门狗而重启。 |
| 实验三 | number++ + Serial.println()优先级1+ 0号cpu | 这是关键 ：Serial.println()内部涉及互斥量（Mutex） 和硬件FIFO等待 ，当串口发送缓冲区满时，任务会进入阻塞状态（Blocked）以等待串口硬件。阻塞行为会喂狗（重置看门狗计时器），所以不会超时重启。 |
| 实验四 | number++（死循环）优先级1+ 1号cpu | 这是ESP32双核的特殊性 。任务看门狗默认只监控0号核心（Protocol CPU），而不监控1号核心（Application CPU）上的用户任务。因此，即使1号核心的任务死循环，也不会触发看门狗重启。 |
| 实验五 | number++（死循环）优先级0+ 0号cpu | 优先级为0 。看门狗机制只监控优先级大于0的任务，因为优先级0的任务被认为是"空闲任务"，可以随时被更高优先级的任务抢占。系统默认允许优先级0的任务无限运行。 |
| 实验六 | number++（死循环）优先级1+ 0号cpu | vTaskDelay()会让任务进入阻塞状态，主动让出CPU使用权。这个API调用会喂狗，所以看门狗计时器被重置，不会超时。 |
| 实验七 | number++ + vTaskSuspend(NULL) + vTaskResume(NULL) 优先级1+ 0号cpu | 虽然vTaskSuspend(NULL)挂起自己，但紧接着vTaskResume(NULL)又立即恢复自己。关键点在于：这两个API都会触发任务调度器的上下文切换，并且挂起/恢复操作会涉及系统内核的调度逻辑，这同样起到了"喂狗"的效果，重置了看门狗计时器。 |

在上面实验中遇到的主要是任务看门狗、中断看门狗、系统看门狗。

四、看门狗的分类

看门狗的核心作用：故障检测、系统恢复

看门狗的分类：中断看门狗、任务看门狗、系统看门狗。

中断看门狗（IWDT）

中断看门狗，简称IWDT（interrupt watch dof timer）：

它是用于监控有没有哪一个中断处理程序执行时间过长（默认时间为800ms），如果时间过长，直接重启esp32。

任务看门狗（TWDT）

任务看门狗，简称TWDT（task watch dog timer）：

它用来看管freertos中的任务，被它看管的任务，如果长时间（超时时间为5秒）得不到CPU资源，没机会运行，它将重启esp32。

五、看门狗机制

中断看门狗机制：默认开启，所以我们在编写中断处理函数时，一定要让函数逻辑尽可能简单。

任务看门狗机制：esp32有0号CPU和1号CPU，在每一个CPU上都有一个默认的任务，这个任务的优先级非常低（为0），并且它的作用有如下几个：

当esp32处于空闲状态时，自动降低功耗，增加续航时间；
当自己CPU下有任务被删除时，主动清理相关内存资源；
重置看门狗定时器

所以默认情况下，esp32为0号CPU上的空闲任务添加了看门狗监管逻辑，如果CPU0上的空闲任务，在5秒钟之内获取不到CPU资源，没有机会运行，它将触发看门狗重启机制，导致esp32重启。

五、规避机制

1、中断看门狗的规避机制

对于中断看门狗来说，要避免esp32不被重启，需要尽可能降低中断处理函数的复杂度，让中断函数尽快运行结束（<800ms）。

中断处理函数中的逻辑尽量简单快捷，时间<800ms。
将复杂的延长时间的逻辑放到loop函数中执行。

案例：

每次只在中断处理函数中对计数器进行累加（这个操作非常轻量快速）
定期通过串口打印计数器的逻辑可以放到loop函数中

cs 复制代码

#include <Arduino.h>



int count = 0;            // 按钮计数器

long last_press_time = 0; // 上一次按下按钮的时间，用于按钮消抖



void handle()

{

  // 两次按下的时间要大于500ms才认为是一次有效的操作

  if (millis() - last_press_time > 500)

  {

    count++;                    // 计数器加一

    last_press_time = millis(); // 记录本次按钮按下的时间

  }

}



void setup()

{

  Serial.begin(115200);

  // 开启23号引脚的中断

  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(23), handle, RISING);

}



void loop()

{

  Serial.println(count); // 把当前计数值通过串口打印出来

  delay(1000);

}

2、任务看门狗的规避机制

2.1 CPU空闲任务看门狗规避机制

|-------------|--------------------------------------------|--------------------------------------------------------|
| 禁用看门狗 | 调用 disableCore0WDT() 直接关闭硬件定时器，彻底取消监控机制。 | **极差（饮鸩止渴）**系统失去最后一道防线，一旦任务死循环或死锁，将直接导致设备硬死机，且无任何恢复手段。 |
| 降低任务优先级 | 降低任务优先级与空闲任务相同优先级相同均为0，使二者按时间片轮转调度。 | 中等若任务存在偶尔超时，IDLE可及时喂狗；但若任务持续高强度运算，仍可能饿死IDLE导致复位。 |
| 主动让出CPU | 在高占用任务中插入 vTaskDelay() 等阻塞函数，主动释放CPU控制权。 | 良好从根源上保证IDLE任务能够定期获得CPU时间，喂狗稳定，系统鲁棒性高。 |

禁用看门狗

============================================================

#include <Arduino.h>

volatile uint64_t count = 0; // 创建一个计数器
void cal(void *ptr)
{
while (1)
{
count++;
}
vTaskDelete(NULL);
}

void setup()
{
Serial.begin(115200);
disableCore0WDT(); // 禁用CPU0上的看门狗机制
// 任务优先级为1，分配到CPU0
xTaskCreatePinnedToCore(cal, "cal", 2048, nullptr, 1, NULL, 0);
}

void loop()
{
}
降低任务优先级

============================================================

#include <Arduino.h>

volatile uint64_t count = 0; // 创建一个计数器

void cal(void *ptr)

{

while (1)

{

count++;

}

vTaskDelete(NULL);

}

void setup()

{

Serial.begin(115200);

// 任务优先级为1，分配到CPU0

xTaskCreatePinnedToCore(cal, "cal", 2048, nullptr, 0, NULL, 0);

}

void loop()

{

}
主动让出CPU

============================================================

#include <Arduino.h>

volatile uint64_t count = 0; // 创建一个计数器

void cal(void *ptr)

{

while (1)

{

count++;

vTaskDelay(1); // 主动休眠1ms，让出CPU给IDLE任务

}

vTaskDelete(NULL);

}

void setup()

{

Serial.begin(115200);

// 任务优先级为1，分配到CPU0

xTaskCreatePinnedToCore(cal, "cal", 2048, nullptr, 1, NULL, 0);

}

void loop()

{

}

ESP32基础知识-看门狗

一、看门狗

二、根据实验观察现象

三、原因分析

四、看门狗的分类

中断看门狗（IWDT）

任务看门狗（TWDT）

五、规避机制

1、中断看门狗的规避机制

2、任务看门狗的规避机制

2.1 CPU空闲任务看门狗规避机制

2.2 其他任务看门狗规避机制