看门狗应用编程-I.MX6U嵌入式Linux C应用编程学习笔记基于正点原子阿尔法开发板

看门狗应用编程

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看门狗应用编程介绍

看门狗定时器的基本概念

  • 看门狗是一个可以在一定时间内被复位/重置的计数器

  • 如果在规定时间内没有复位，看门狗计时器溢出会对CPU产生复位信号使系统重启

  • 有些看门狗可以只产生中断信号而不会使系统复位

I.MX6UL/I.MX6ULL SoC 中的看门狗定时器

  • 集成了两个看门狗定时器：WDOG1 和 WDOG2

  • WDOG2 用于安全目的

  • WDOG1 是一个普通的看门狗，支持产生中断信号和复位CPU

Linux 系统中的看门狗设备节点

  • 注册的看门狗外设在 /dev/ 目录下生成设备节点，通常命名为 watchdogX（X为数字编号）

  • 例如 /dev/watchdog0、/dev/watchdog1

  • 这些设备节点用于控制看门狗外设

默认看门狗设备节点

  • /dev/watchdog0 对应 I.MX6U 的 WDOG1

  • 系统中可能注册多个看门狗设备，/dev/watchdog 是系统默认的看门狗设备节点

  • 通常 /dev/watchdog 代表系统默认的看门狗设备，即 watchdog0

应用层控制看门狗的方法

  • 通过 ioctl() 函数控制看门狗

  • 需要包含 <linux/watchdog.h> 头文件

  • 头文件中定义了多种 ioctl 指令宏，对应不同的操作

    • #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

  • 常用的 ioctl 指令宏

看门狗应用编程流程

打开设备

  • 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

    • 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

  • 调用 ioctl() 函数来获取功能信息

    • ioctl(int fd, WDIOC_GETSUPPORT, struct watchdog_info *info);

    • fd：文件描述符

    • WDIOC_GETSUPPORT：指令宏，获取设备的信息

    • info：指向 struct watchdog_info 的指针

  • struct watchdog_info 结构体

    • 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：记录设备支持的功能或选项

      • #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 */

      • 常见的 options 值

        • WDIOF_SETTIMEOUT：设备支持设置超时时间

        • WDIOF_KEEPALIVEPING：设备支持“喂狗”操作（重置看门狗计时器）

    • firmware_version：记录设备的固件版本号

    • identity：描述性的字符串

  • 使用示例

    • 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”, info.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

  • 获取超时时间

    • 使用指令：WDIOC_GETTIMEOUT

    • 功能：获取设备当前设置的超时时间

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

    • timeout：指向一个整数的指针，用于存储获取的超时时间（单位：秒）

  • 设置超时时间

    • 使用指令：WDIOC_SETTIMEOUT

    • 功能：设置看门狗的超时时间

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

    • timeout：指向一个整数的指针，包含要设置的超时时间（单位：秒）

  • 超时时间限制

    • 设置超时时间不得超过设备的最大值，否则 ioctl() 调用将失败

  • 使用示例

    • 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

  • 开启看门狗计时

    • 设置好超时时间后，可以开启看门狗计时

    • 使用指令：WDIOC_SETOPTIONS

  • 停止看门狗计时

    • 同样使用指令：WDIOC_SETOPTIONS

  • 调用方式

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

    • option：指向一个 int 类型变量的指针，用于控制开启或停止看门狗计时

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

  • 使用示例

    • int option = WDIOS_ENABLECARD; // 开启看门狗计时
      // int option = WDIOS_DISABLECARD; // 停止看门狗计时
      if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETOPTIONS, &option)) {
      fprintf(stderr, “ioctl error: WDIOC_SETOPTIONS: %s\n”, strerror(errno));
      return -1;
      }

  • 注意事项

    • 当调用 open() 打开看门狗设备时，即使程序中没有显式开启看门狗计时器，当 close() 关闭设备时，看门狗会自动启动

    • 因此，在打开设备后，需要立即使用 WDIOC_SETOPTIONS 指令停止看门狗计时器，完成所有设置后再开启看门狗计时器

喂狗：WDIOC_KEEPALIVE

  • 看门狗计时器启动后喂狗的必要性

    • 启动看门狗计时器后，需要在设定的超时时间之前进行“喂狗”操作

    • 如果未在超时前喂狗，计时器溢出将导致系统复位或产生中断信号

  • 喂狗的指令

    • 使用指令：WDIOC_KEEPALIVE

    • 作用：重置看门狗计时器，防止系统复位或产生中断信号

  • 调用方式

    • ioctl(int fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL);

    • fd：看门狗设备的文件描述符

    • WDIOC_KEEPALIVE：喂狗指令宏

    • NULL：指示不需要额外的参数

  • 使用示例

    • 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

#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;   // 看门狗信息结构体int timeout;    // 超时时间变量int time;   // 喂狗间隔时间变量int fd; // 文件描述符int op; // 操作选项变量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);}
}

大致流程与上一级内容一致，实现了看门狗计时器的启动、停止、超时时间设置以及喂狗操作，确保系统在正常工作时不会因为超时导致复位重启

在开发板测试

看门狗默认已经被其他功能使用，需要其手动关闭

  • 打开/etc/init.d/watchdog.sh 文件，在开头加个 exit 0 将整个文件注释掉，然后开发板重新启动，再执行程序

执行程序后，看门狗计时器自动启动，并持续进行喂狗操作。当程序被终止（如通过 Ctrl + C）而未停止看门狗计时器时，计时器会溢出导致系统重启

  • 计时器溢出系统重启

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