基于S3C2440的嵌入式Linux驱动——看门狗（watchdog）驱动解读

baqiao · 发表于 2020-6-15 10:53

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本文将介绍看门狗驱动的实现。

目标平台：TQ2440

CPU：s3c2440

内核版本：2.6.30

1. 看门狗概述
看门狗其实就是一个定时器，当该定时器溢出前必须对看门狗进行"喂狗“，如果不这样做，定时器溢出后则将复位CPU。

因此，看门狗通常用于对处于异常状态的CPU进行复位。

具体的概念请自行百度。

2. S3C2440看门狗
s3c2440的看门狗的原理框图如下：

  可以看出，看门狗定时器的频率由PCLK提供，其预分频器最大取值为255+1；另外，通过MUX，可以进一步降低频率。

  定时器采用递减模式，一旦到0，则可以触发看门狗中断以及RESET复位信号。

  看门狗定时器的频率的计算公式如下：

3. 看门狗驱动
  看门狗驱动代码位于： linux/drivers/char/watchdog/s3c2410_wdt.c

3.1 模块注册以及probe函数
static struct platform_driver s3c2410wdt_driver = {
.probe       = s3c2410wdt_probe,
.remove       = s3c2410wdt_remove,
.shutdown = s3c2410wdt_shutdown,
.suspend = s3c2410wdt_suspend,
.resume       = s3c2410wdt_resume,
.driver       = {
      .owner = THIS_MODULE,
      .name = "s3c2410-wdt",
},
};

static char banner[] __initdata =
KERN_INFO "S3C2410 Watchdog Timer, (c) 2004 Simtec Electronics\n";

static int __init watchdog_init(void){printk(banner);return platform_driver_register(&s3c2410wdt_driver);}

module_init(watchdog_init)
模块的注册函数很简单，直接调用了 platform的驱动注册函数platform_driver_register。

该函数在注册时会调用驱动的probe方法，也即s3c2410wdt_probe函数。

我们来看下这个函数：

static int s3c2410wdt_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct resource *res;
struct device *dev;
unsigned int wtcon;
int started = 0;
int ret;
int size;

DBG("%s: probe=%p\n", __func__, pdev);

dev = &pdev->dev;
wdt_dev = &pdev->dev;

/* get the memory region for the watchdog timer */
/*获取平台资源，寄存器地址范围*/
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
if (res == NULL) {
dev_err(dev, "no memory resource specified\n");
return -ENOENT;
}

/*内存申请*/
size = (res->end - res->start) + 1;
wdt_mem = request_mem_region(res->start, size, pdev->name);
if (wdt_mem == NULL) {
dev_err(dev, "failed to get memory region\n");
ret = -ENOENT;
goto err_req;
}

/*内存映射*/
wdt_base = ioremap(res->start, size);
if (wdt_base == NULL) {
dev_err(dev, "failed to ioremap() region\n");
ret = -EINVAL;
goto err_req;
}

DBG("probe: mapped wdt_base=%p\n", wdt_base);

/*获取平台资源，看门狗定时器中断号*/
wdt_irq = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0);
if (wdt_irq == NULL) {
dev_err(dev, "no irq resource specified\n");
ret = -ENOENT;
goto err_map;
}

/*注册看门狗定时器中断*/
ret = request_irq(wdt_irq->start, s3c2410wdt_irq, 0, pdev->name, pdev);
if (ret != 0) {
dev_err(dev, "failed to install irq (%d)\n", ret);
goto err_map;
}
/*获取看门狗模块的时钟*/
wdt_clock = clk_get(&pdev->dev, "watchdog");
if (IS_ERR(wdt_clock)) {
dev_err(dev, "failed to find watchdog clock source\n");
ret = PTR_ERR(wdt_clock);
goto err_irq;
}

/*使能该时钟*/
clk_enable(wdt_clock);

/* see if we can actually set the requested timer margin, and if
   * not, try the default value */

/*设置定时器模块的时钟频率*/
if (s3c2410wdt_set_heartbeat(tmr_margin)) {
started = s3c2410wdt_set_heartbeat(
CONFIG_S3C2410_WATCHDOG_DEFAULT_TIME);

if (started == 0)
dev_info(dev,
   "tmr_margin value out of range, default %d used\n",
         CONFIG_S3C2410_WATCHDOG_DEFAULT_TIME);
else
dev_info(dev, "default timer value is out of range, cannot start\n");
}

/*注册混杂设备，设备名watchdog，次设备号130*/
ret = misc_register(&s3c2410wdt_miscdev);
if (ret) {
dev_err(dev, "cannot register miscdev on minor=%d (%d)\n",
WATCHDOG_MINOR, ret);
goto err_clk;
}

/*
   *如果需要在看门狗模块加载时启动看门狗则
   *调用s3c2410wdt_start，否则调用s3c2410wdt_stop
*/

if (tmr_atboot && started == 0) {
dev_info(dev, "starting watchdog timer\n");
s3c2410wdt_start();
} else if (!tmr_atboot) {
/* if we're not enabling the watchdog, then ensure it is
   * disabled if it has been left running from the bootloader
   * or other source */

s3c2410wdt_stop();
}

/* print out a statement of readiness */
/*读取控制寄存器，打印目前看门狗的状态*/
wtcon = readl(wdt_base + S3C2410_WTCON);

dev_info(dev, "watchdog %sactive, reset %sabled, irq %sabled\n",
   (wtcon & S3C2410_WTCON_ENABLE) ?  "" : "in",
   (wtcon & S3C2410_WTCON_RSTEN) ? "" : "dis",
   (wtcon & S3C2410_WTCON_INTEN) ? "" : "en");

return 0;

err_clk:
clk_disable(wdt_clock);
clk_put(wdt_clock);

err_irq:
free_irq(wdt_irq->start, pdev);

err_map:
iounmap(wdt_base);

err_req:
release_resource(wdt_mem);
kfree(wdt_mem);

return ret;
}

该函数的前面几步和其他驱动的类似：获取平台资源后进行相应的注册，并使能时钟。接着，将调用s3c2410wdt_set_heartbeat函数来设置看门狗的工作频率。

然后，注册一个混杂设备，为看门狗注册相应的API到内核中。最后，判断是否需要启动看门狗并调用相应的函数。

上面是probe函数大致的执行过程。随后我们看下其中被调用的s3c2410wdt_set_heartbeat函数，该函数将设置看门狗的工作频率。

PS：probe函数的执行依赖于平台设备，而看门狗平台设备的添加和注册在linux/arch/ARM/plat-s3c24xx/devs.c和 linux/arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c中已经完成，因此对于看门狗驱动无需进行移植。

3.2 s3c2410wdt_set_heartbeat
static int s3c2410wdt_set_heartbeat(int timeout)  /*timeout 超时时间，单位秒*/
{
unsigned int freq = clk_get_rate(wdt_clock);
unsigned int count;
unsigned int divisor = 1;
unsigned long wtcon;

if (timeout < 1)
return -EINVAL;

freq /= 128; /*时钟源为PCLK/128，不使用16 32 和64*/
count = timeout * freq;  /*得出计数器值*/

DBG("%s: count=%d, timeout=%d, freq=%d\n",
      __func__, count, timeout, freq);

/* if the count is bigger than the watchdog register,
   then work out what we need to do (and if) we can
   actually make this value
*/
/*计数器最大值为0xFFFF，如果大于则要计算Prescaler value*/
if (count >= 0x10000) {
for (divisor = 1; divisor <= 0x100; divisor++) {    /*Prescaler value最大为0xff*/
if ((count / divisor) < 0x10000)
break;
}
/*找不到合适的Prescaler value，报错返回*/
if ((count / divisor) >= 0x10000) {
dev_err(wdt_dev, "timeout %d too big\n", timeout);
return -EINVAL;
}
}

tmr_margin = timeout;  /*保存timeout*/

DBG("%s: timeout=%d, divisor=%d, count=%d (%08x)\n",
      __func__, timeout, divisor, count, count/divisor);

count /= divisor; /*根据Prescaler value计算出新的计数器值*/
wdt_count = count; /*保存计数器值*/

/* update the pre-scaler */
/*
   *设置预分频计数器和数据寄存器
      * NOTE:此时并未使能看门狗定时器
   */
wtcon = readl(wdt_base + S3C2410_WTCON);
wtcon &= ~S3C2410_WTCON_PRESCALE_MASK;
wtcon |= S3C2410_WTCON_PRESCALE(divisor-1);

writel(count, wdt_base + S3C2410_WTDAT);
writel(wtcon, wdt_base + S3C2410_WTCON);

return 0;
}

形参timeout为定时时间，单位为秒。

  这里唯一需要注意的是freq/= 128这一步。在第2节我们看到，通过MUX，可选择的分频系数为16，32，64和128，但是在这里驱动直接使用了128来计算系数。

  在下一节我们将会看到，驱动为什么在这里只使用了128这个分频系数。

  当该函数调用结束时，Prescalervalue 和计数器值都将计算完成，并写入寄存器。

3.3 定时器的启动、停止和保活
3.3.1 停止
定时器的停止由 s3c2410wdt_stop函数完成。

static void __s3c2410wdt_stop(void)
{
unsigned long wtcon;

wtcon = readl(wdt_base + S3C2410_WTCON);
/*禁止看门狗，禁止RESET*/
wtcon &= ~(S3C2410_WTCON_ENABLE | S3C2410_WTCON_RSTEN);
writel(wtcon, wdt_base + S3C2410_WTCON);
}

static void s3c2410wdt_stop(void)
{
spin_lock(&wdt_lock);
__s3c2410wdt_stop();
spin_unlock(&wdt_lock);
}

3.3.2 启动
定时器的启动由s3c2410wdt_start函数完成。

static void s3c2410wdt_start(void)
{
unsigned long wtcon;

spin_lock(&wdt_lock);

__s3c2410wdt_stop(); ./*先禁止看门狗*/

wtcon = readl(wdt_base + S3C2410_WTCON); /*读取控制寄存器*/
/*启动定时器，设置分频系数为128*/
wtcon |= S3C2410_WTCON_ENABLE | S3C2410_WTCON_DIV128;

if (soft_noboot) { /*判断许是否需要RESET*/
wtcon |= S3C2410_WTCON_INTEN;    /*使能看门狗中断*/
wtcon &= ~S3C2410_WTCON_RSTEN; /*取消RESET*/
} else {  /*复位*/
wtcon &= ~S3C2410_WTCON_INTEN; /*禁止看门狗中断*/
wtcon |= S3C2410_WTCON_RSTEN;  /*设置RESET*/
}

DBG("%s: wdt_count=0x%08x, wtcon=%08lx\n",
      __func__, wdt_count, wtcon);

writel(wdt_count, wdt_base + S3C2410_WTDAT);
writel(wdt_count, wdt_base + S3C2410_WTCNT);
/*写入控制器，此时将启动看门狗定时器*/
writel(wtcon, wdt_base + S3C2410_WTCON);
spin_unlock(&wdt_lock);
}
在这里我们到了一个宏S3C2410_WTCON_DIV128，这里设置了分频系数为128。而s3c2410wdt_start函数的调用肯定在s3c2410wdt_set_heartbeat之后，这也就是为什么在3.2节中使用了freq/= 128这一步。

3.3.3 保活
定时器的保活由s3c2410wdt_keepalive函数完成。

static void s3c2410wdt_keepalive(void)
{
spin_lock(&wdt_lock);
writel(wdt_count, wdt_base + S3C2410_WTCNT); /*重置计数器值*/
spin_unlock(&wdt_lock);
}
最后需要说明的是，从3.1节probe函数的执行来看，由于tmr_atboot变量的初值为0，因此看门狗定时器是没有工作的。

3.4 看门狗驱动API
看门狗驱动提供的API如下：

static const struct file_operations s3c2410wdt_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.llseek = no_llseek,
.write = s3c2410wdt_write,
.unlocked_ioctl = s3c2410wdt_ioctl,
.open = s3c2410wdt_open,
.release = s3c2410wdt_release,
};

我们可以看到驱动提供了4个API，同时，驱动并不支持llseek方法。
3.4.1 open方法
static int s3c2410wdt_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
if (test_and_set_bit(0, &open_lock))/*看门狗设备文件只能open一次*/
return -EBUSY;

if (nowayout)
__module_get(THIS_MODULE); /*增加模块引用计数*/

allow_close = CLOSE_STATE_NOT;  /*设置标志位，不允许关闭看门狗*/

/* start the timer */
s3c2410wdt_start(); /*启动定时器*/
return nonseekable_open(inode, file);  /*告知内核不支持llseek操作*/
}

这里需要注意的是，设备文件/dev/watchdog 只能被open一次，大于一次的open都将返回-EBUSY。
3.4.2 release方法
static int s3c2410wdt_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
/*
   * Shut off the timer.
   * Lock it in if it's a module and we set nowayout
   */
   /*状态是允许关闭看门狗，则停止看门狗，否则保活*/
if (allow_close == CLOSE_STATE_ALLOW)
s3c2410wdt_stop();
else {
dev_err(wdt_dev, "Unexpected close, not stopping watchdog\n");
s3c2410wdt_keepalive();
}
allow_close = CLOSE_STATE_NOT;  /*设置标志位，不允许关闭看门狗*/
clear_bit(0, &open_lock);
return 0;
}
3.4.3 wirte方法
static ssize_t s3c2410wdt_write(struct file *file, const char __user *data,
size_t len, loff_t *ppos)
{
/*
   * Refresh the timer.
   */
if (len) {
/*nowayout 为真，不允许看门狗停止，使其保活*/
if (!nowayout) {
size_t i;

/* In case it was set long ago */
allow_close = CLOSE_STATE_NOT;/*设置标志位，不允许关闭看门狗*/

for (i = 0; i != len; i++) {
char c;

if (get_user(c, data + i)) /*从用户空间获取一个字节的数据*/
return -EFAULT;
/*读取到字符V，设置标志位，允许关闭看门狗*/
if (c == 'V')
allow_close = CLOSE_STATE_ALLOW;
}
}
s3c2410wdt_keepalive(); /*保活*/
}
return len;
}

只要写入数据的长度不为0，都会调用s3c2410wdt_keepalive函数来重置定时器。

3.4.4 unlocked_ioctl方法
static long s3c2410wdt_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd,
unsigned long arg)
{
void __user *argp = (void __user *)arg;
int __user *p = argp;
int new_margin;

switch (cmd) {
case WDIOC_GETSUPPORT:
return copy_to_user(argp, &s3c2410_wdt_ident,
sizeof(s3c2410_wdt_ident)) ? -EFAULT : 0;
case WDIOC_GETSTATUS:
case WDIOC_GETBOOTSTATUS:
return put_user(0, p);
case WDIOC_KEEPALIVE:
s3c2410wdt_keepalive();
return 0;
case WDIOC_SETTIMEOUT:
if (get_user(new_margin, p))
return -EFAULT;
if (s3c2410wdt_set_heartbeat(new_margin))
return -EINVAL;
s3c2410wdt_keepalive();
return put_user(tmr_margin, p);
case WDIOC_GETTIMEOUT:
return put_user(tmr_margin, p);
default:
return -ENOTTY;
}
}
4. 测试程序
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/watchdog.h>
#include <fcntl.h>

int main(void)
{
int fd, val, ret;

fd = open("/dev/watchdog", O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("open device fail\n");
return -1;
}

while(1){
ret = write(fd, &val, sizeof(val));
if(ret < 0){
perror("watchdog write wrong\n");
return -1;
}
sleep(5);
}

return 0;
}

该测试程序每隔5秒重置看门狗定时器，而驱动默认的超时时间是15秒。
可以将5秒替换为16秒，你会发现系统自动重启了。

5. 结束语
本文主要对基于S3C2440的看门狗驱动作出了分析。该驱动只是一个简单的字符设备，比较简单。其中，用于计算预分频系数的s3c2410wdt_set_heartbeat函数比较关键，读者可以好好琢磨下该系数是如何计算出来的。

yin123 · 发表于 2020-6-15 13:09

看门狗（watchdog）驱动

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