ウォッチドッグタイマーを理解する：マイコンのハングアップを防ぐ仕組み

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プロジェクト概要

マイコンが無限ループに陥ったり、タスク中にフリーズしたりした経験はありませんか？ 通常の対処はリセットボタンを押すことですが、常に人が押せるわけではありません。そこで活躍するのがマイコン内蔵のウォッチドッグタイマー（WDT）です。

「ウォッチドッグタイマー（WDT）は、メインプログラムが定期的にサービス（リセット）しない場合に自動的にシステムリセットを発生させるハードウェアタイマーです。ソフトウェアやハードウェアの故障でハングアップした組み込みデバイスを自動復帰させるのによく使われます。」（os.mbed.com/cookbook/WatchDog-Timer）

「犬にエサをやる」イメージ

家に犬がいるとします。定期的にエサをあげないと噛まれます。ウォッチドッグタイマーも同じです。

メインループ（loop()）が繰り返し実行されるたびにタイマーをリセット（エサやり）します。メインプログラムが何らかの理由でタイマーをリセットできずにカウントダウンがゼロになると、割り込みでプロセッサをリセットします。これでハングアップから保護されます。

Arduino Uno（ATmega328P）でウォッチドッグタイマーを使う

Arduino UnoはATmega328Pを搭載。ウォッチドッグタイマーを使用するには以下のライブラリが必要です。

#include <avr/wdt.h>

ウォッチドッグタイマーの有効化

wdt_enable(WDT_リセット時間);

リセット時間は15ms〜8sから選択可能。

例：wdt_enable(WDTO_8S); で8秒に設定。

ウォッチドッグタイマーのリセット（エサやり）

wdt_reset();

この関数をloop()内で定期的に呼び出します。delay()がWDTタイムアウトより長い場合は、そのdelay()の直前にもwdt_reset()を入れないとリセットされてしまいます。

ウォッチドッグタイマーの無効化

wdt_disable();

動作例スケッチ

#include <avr/wdt.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Setup started :");
  delay(2000);            // 初期化完了を待つ
  wdt_enable(WDTO_4S);    // 4秒でタイムアウト
}

void loop() {
  Serial.println("LOOP started ! ");
  for (int i = 0; i <= 5; i++) {
    Serial.print("Loop : ");
    Serial.print(i);
    Serial.println();
    delay(1000);
    wdt_reset();          // 1秒ごとにリセット（4秒以内なので安全）
  }
  // 意図的な無限ループでハングアップを模擬
  while (1) {}
}

実行結果

ループ5回（5秒）後にウォッチドッグがタイムアウトし、リセットがかかって「Setup started :」から再開する様子がわかります。

ご質問・ご意見はコメント欄へどうぞ。

完全なスケッチ

#include <avr/wdt.h>
void setup(){
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Setup started :");
  delay(2000);
  wdt_enable(WDTO_4S);
}
void loop(){
  Serial.println("LOOP started ! ");
  for(int i=0; i<=5; i++){
    Serial.print("Loop : ");
    Serial.print(i);
    Serial.println();
    delay(1000);
    wdt_reset();
  }
  while(1){}
}