Linux系统看门狗应用编程

news2024/11/19 3:17:23

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  • 看门狗应用编程介绍
    • 打开设备
    • 获取设备支持哪些功能：WDIOC_GETSUPPORT
    • 获取/设置超时时间：WDIOC_GETTIMEOUT、WDIOC_SETTIMEOUT
    • 开启/关闭看门狗：WDIOC_SETOPTIONS
    • 喂狗：WDIOC_KEEPALIVE
  • 看门狗应用编程实战

在产品化的嵌入式系统中，为了使系统在异常情况下能自动复位，一般都需要引入看门狗。看门狗其实就是一个可以在一定时间内被复位的计数器。当看门狗启动后，计数器开始自动计数，经过一定时间，如果没有被复位，计数器溢出就会对CPU 产生一个复位信号使系统重启（俗称“被狗咬”）。系统正常运行时，需要在看门狗允许的时间间隔内对看门狗计数器清零（俗称“喂狗”），不让复位信号产生。如果系统不出问题，程序保证按时“喂狗”，一旦程序跑飞，没有“喂狗”，系统“被咬”复位。

看门狗应用编程介绍

前面已经说到，看门狗其实就是一个可以在一定时间内被复位/重置的计数器，一般叫做看门狗计时器（或看门狗定时器）；如果在规定时间内没有复位看门狗计时器，计数器溢出则会对CPU 产生一个复位信号使系统重启，当然有些看门狗也可以只产生中断信号而不会使系统复位。
I.MX6UL/I.MX6ULL SoC 集成了两个看门狗定时器（WDOG）：WDOG1 和WDOG2；WDOG2 用于安全目的，而WDOG1 则是一个普通的看门狗，支持产生中断信号以及复位CPU。
Linux 系统中所注册的看门狗外设，都会在/dev/目录下生成对应的设备节点（设备文件），设备节点名称通常为watchdogX（X 表示一个数字编号0、1、2、3 等），譬如/dev/watchdog0、/dev/watchdog1 等，通过这些设备节点可以控制看门狗外设。
在这里插入图片描述
这个watchdog0 其实就是I.MX6U 的WDOG1 所对应的设备节点，从图中可知，除了/dev/watchdog0 之外，还有一个watchdog 设备节点，这个设备节点的名称没有后面的数字编号，这个又是什么意思呢？因为系统中可能注册了多个看门狗设备，/dev/watchdog 设备节点则代表系统默认的看门狗设备；通常这指的就是watchdog0，所以，上图中，/dev/watchdog 其实就等于/dev/watchdog0，也就意味着它俩代表的是同一个硬件外设。
应用层控制看门狗其实非常简单，通过ioctl()函数即可做到！接下来笔者向大家进行介绍。
首先在我们的应用程序中，需要包含头文件<linux/watchdog.h>头文件，该头文件中定义了一些ioctl 指令宏，每一个不同的指令宏表示向设备请求不同的操作，如下所示：

#define WDIOC_GETSUPPORT 		_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 0, struct watchdog_info)
#define WDIOC_GETSTATUS 		_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 1, int)
#define WDIOC_GETBOOTSTATUS 	_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 2, int)
#define WDIOC_GETTEMP 			_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 3, int)
#define WDIOC_SETOPTIONS 		_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 4, int)
#define WDIOC_KEEPALIVE 		_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 5, int)
#define WDIOC_SETTIMEOUT 		_IOWR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 6, int)
#define WDIOC_GETTIMEOUT 		_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 7, int)
#define WDIOC_SETPRETIMEOUT 	_IOWR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 8, int)
#define WDIOC_GETPRETIMEOUT 	_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 9, int)
#define WDIOC_GETTIMELEFT 		_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 10, int)

比较常用指令包括：WDIOC_GETSUPPORT 、WDIOC_SETOPTIONS 、WDIOC_KEEPALIVE 、
WDIOC_SETTIMEOUT、WDIOC_GETTIMEOUT，说明如下：
在这里插入图片描述

打开设备

首先在调用ioctl()函数之前，需要先打开看门狗设备得到文件描述符，如下所示：

int fd;

fd = open("/dev/watchdog", "O_RDWR");
if (0 > fd)
	fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", "/dev/watchdog", strerror(errno));

获取设备支持哪些功能：WDIOC_GETSUPPORT

使用WDIOC_GETSUPPORT 指令获取看门狗设备支持哪些功能，使用方式如下：
ioctl(int fd, WDIOC_GETSUPPORT, struct watchdog_info *info);
使用WDIOC_GETSUPPORT 指令可以获取设备的信息，调用ioctl()需要传入一个struct watchdog_info
*指针，ioctl()会将获取到的数据写入到info 指针所指向的对象中。struct watchdog_info 结构体描述了看门狗设备的信息，我们来看看struct watchdog_info 结构体的定义：

struct watchdog_info {
	__u32 options; /* Options the card/driver supports */
	__u32 firmware_version; /* Firmware version of the card */
	__u8 identity[32]; /* Identity of the board */
};

options 字段记录了设备支持哪些功能或选项；
firmware_version 字段记录了设备的固件版本号；
identity 字段则是一个描述性的字符串。
我们重点关注的是options 字段，该字段描述了设备支持哪些功能、选项，该字段的值如下（可以是以下任意一个值或多个值的位或关系）：

#define WDIOF_OVERHEAT 0x0001 /* Reset due to CPU overheat */
#define WDIOF_FANFAULT 0x0002 /* Fan failed */
#define WDIOF_EXTERN1 0x0004 /* External relay 1 */
#define WDIOF_EXTERN2 0x0008 /* External relay 2 */
#define WDIOF_POWERUNDER 0x0010 /* Power bad/power fault */
#define WDIOF_CARDRESET 0x0020 /* Card previously reset the CPU */
#define WDIOF_POWEROVER 0x0040 /* Power over voltage */
#define WDIOF_SETTIMEOUT 0x0080 /* Set timeout (in seconds) */
#define WDIOF_MAGICCLOSE 0x0100 /* Supports magic close char */
#define WDIOF_PRETIMEOUT 0x0200 /* Pretimeout (in seconds), get/set */
#define WDIOF_ALARMONLY 0x0400 /* Watchdog triggers a management or other external alarm not a reboot */
#define WDIOF_KEEPALIVEPING 0x8000 /* Keep alive ping reply */

一般常见的值包括：WDIOF_SETTIMEOUT、WDIOF_KEEPALIVEPING；WDIOF_SETTIMEOUT 表示设备支持设置超时时间；WDIOF_KEEPALIVEPING 表示设备支持“喂狗”操作，也就是重置看门狗计时器。
使用示例如下：

struct watchdog_info info;

if (0 > ioctl(fd, WDIOC_GETSUPPORT, &info)) {
	fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_GETSUPPORT: %s\n", strerror(errno));
	return -1;
}

printf("identity: %s\n", info.identity);
printf("version: %u\n", firmware_version);

if (0 == (WDIOF_KEEPALIVEPING & info.options))
	printf("设备不支持喂狗操作\n");
if (0 == (WDIOF_SETTIMEOUT & info.options))
	printf("设备不支持设置超时时间\n");

获取/设置超时时间：WDIOC_GETTIMEOUT、WDIOC_SETTIMEOUT

使用WDIOC_GETTIMEOUT 指令可获取设备当前设置的超时时间，使用方式如下：

ioctl(int fd, WDIOC_GETTIMEOUT, int *timeout);

使用WDIOC_SETTIMEOUT 指令可设置看门狗的超时时间，使用方式如下：

ioctl(int fd, WDIOC_SETTIMEOUT, int *timeout);

超时时间是以秒为单位，设置超时时间时，不可超过其最大值、否则ioctl()调用将会失败，使用示例如下所示：

int timeout;

/* 获取超时时间*/
if (0 > ioctl(fd, WDIOC_GETTIMEOUT, &timeout)) {
	fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_GETTIMEOUT: %s\n", strerror(errno));
	return -1;
}

printf("current timeout: %ds\n", timeout);

/* 设置超时时间*/
timeout = 10; //10 秒钟
if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, &timeout)) {
	fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETTIMEOUT: %s\n", strerror(errno));
	return -1;
}

开启/关闭看门狗：WDIOC_SETOPTIONS

设置好超时时间之后，接着便可以开启看门狗计时了，使用WDIOC_SETOPTIONS 指令可以开启看门狗计时或停止看门狗计时，使用方式如下：

ioctl(int fd, WDIOC_SETOPTIONS, int *option);

option 指针指向一个int 类型变量，该变量可取值如下：

#define WDIOS_DISABLECARD 0x0001 /* Turn off the watchdog timer */
#define WDIOS_ENABLECARD 0x0002 /* Turn on the watchdog timer */

WDIOS_DISABLECARD 表示停止看门狗计时，WDIOS_ENABLECARD 则表示开启看门狗计时。
使用示例如下所示：

int option = WDIOS_ENABLECARD; //开启
//int option = WDIOS_DISABLECARD; //停止

if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETOPTIONS, &option)) {
	fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETOPTIONS: %s\n", strerror(errno));
	return -1;
}

需要注意的是，当调用open()打开看门狗设备的时候，即使程序中没有开启看门狗计时器，当close()关闭设备时，看门狗会自动启动；所以，当打开设备之后，需要使用WDIOC_SETOPTIONS 指令停止看门狗计时，等所有设置完成之后再开启看门狗计时器。

喂狗：WDIOC_KEEPALIVE

看门狗计时器启动之后，我们需要在超时之前，去“喂狗”，否则计时器溢出超时将会导致系统复位或产生一个中断信号，通过WDIOC_KEEPALIVE 指令喂狗，使用方式如下：
ioctl(int fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL);
使用示例如下：

if (0 > ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL)) {
	fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_KEEPALIVE: %s\n", strerror(errno));
}

看门狗应用编程实战

通过上小节介绍之后，我们已经知道了如何编写应用程序去控制看门狗外设了，本小节我们来编写一个简单地看门狗应用程序，示例代码如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C 应用编程例程源码->27_watchdog->watchdog_test.c。

/***************************************************************
 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
 文件名 : watchdog_test.c
 作者 : 邓涛
 版本 : V1.0
 描述 : 看门狗应用程序示例代码
 其他 : 无
 论坛 : www.openedv.com
 日志 : 初版 V1.0 2021/7/14 邓涛创建
 ***************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <linux/watchdog.h>

#define  WDOG_DEV   "/dev/watchdog"

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct watchdog_info info;
    int timeout;
    int time;
    int fd;
    int op;

    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <timeout>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 打开看门狗 */
    fd = open(WDOG_DEV, O_RDWR);
    if (0 > fd) {
        fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", WDOG_DEV, strerror(errno));
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 打开之后看门狗计时器会开启、先停止它 */
    op = WDIOS_DISABLECARD;
    if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETOPTIONS, &op)) {
        fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETOPTIONS: %s\n", strerror(errno));
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    timeout = atoi(argv[1]);
    if (1 > timeout)
        timeout = 1;

    /* 设置超时时间 */
    printf("timeout: %ds\n", timeout);
    if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, &timeout)) {
        fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETTIMEOUT: %s\n", strerror(errno));
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 开启看门狗计时器 */
    op = WDIOS_ENABLECARD;
    if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETOPTIONS, &op)) {
        fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETOPTIONS: %s\n", strerror(errno));
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 喂狗 */
    time = (timeout * 1000 - 100) * 1000;//喂狗时间设置us微秒、在超时时间到来前100ms喂狗
    for ( ; ; ) {

        usleep(time);
        ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL);
    }
}

示例代码很简单，首先打开看门狗设备，接着使用WDIOC_SETOPTIONS 指令（op = WDIOS_DISABLECARD）先停止看门狗计时器；接着通过atoi 获取到用户传入的超时时间，所以执行该测试程序的时候，需要传入一个参数作为看门狗超时时间。
接着使用WDIOC_SETTIMEOUT 指令设置超时时间，再使用WDIOC_SETOPTIONS 指令（op = WDIOS_ENABLECARD）开启看门狗计时器，看门狗开始工作。接着我们需要在超时时间到来之前，去喂狗，喂狗之后，计时器重置，重新计时；不断地喂狗重置计时器、不让其超时、如果一旦超时系统将会复位重启。
编译示例代码：
在这里插入图片描述
将编译得到的可执行文件拷贝到开发板Linux 系统/home/root 目录下，执行测试程序，譬如启动看门狗，设置超时时间为2 秒钟，如下：
在这里插入图片描述
执行程序之后，开门狗计时器就已经启动了，程序中会不断的喂狗重置计时器，以保证程序不会重启。
现在我们按Ctrl + C 结束程序，结束程序意味着已经停止喂狗了、然后看门狗计时器并没有停止，这样将会导致计时器溢出、发生复位重启：
在这里插入图片描述
当按Ctrl+C 终止进程后，内核打印出“watchdog watchdog0: watchdog did not stop!”信息，表示看门狗计时器还正在计时、未停止。

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