【RK3568 看門狗驅動開發詳解】

RK3568 看門狗驅動開發詳解

  • 一、Linux 看門狗子系統架構?
  • 二、設備樹配置?
  • 三、 看門狗驅動實現
  • 四、驗證

看門狗定時器（Watchdog Timer）是保障嵌入式系統可靠性的關鍵硬件，它通過定期接收 “喂狗” 信號監控系統運行狀態，當系統故障導致信號中斷時，自動觸發硬件復位實現系統自愈。本文以 RK3568 平臺為例，全面講解看門狗驅動的開發流程，包括子系統架構、驅動實現及功能驗證。

一、Linux 看門狗子系統架構?

Linux 內核通過看門狗子系統實現對硬件看門狗的標準化管理，架構采用分層設計：

┌─────────────────────────────────────────┐
│              用戶空間                    │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌────────┐ │
│  │ watchdogd│  │ 應用程序  │  │ 工具類  │ │
│  └──────────┘  └──────────┘  └────────┘ │
└───────────────────┬─────────────────────┘│
┌───────────────────▼─────────────────────┐
│              內核空間                    │
│  ┌───────────────────────────────────┐  │
│  │           核心層                   │  │
│  │ (watchdog_core.c、watchdog_dev.c) │  │
│  └───────────────────┬───────────────┘  │
│                      │                  │
│  ┌───────────────────▼───────────────┐  │
│  │           驅動層                   │  │
│  │     (dw_wdt.c 具體實現)            │  │
│  └───────────────────┬───────────────┘  │
└──────────────────────┼──────────────────┘│
┌──────────────────────▼──────────────────┐
│              硬件層                      │ 
│       RK3568 看門狗定時器硬件              │
└─────────────────────────────────────────┘

核心組件解析?

  1. 核心層： ?
  • 提供統一的struct watchdog_device結構體抽象硬件?
  • 定義標準操作集struct watchdog_ops?
  • 管理/dev/watchdog字符設備節點?
  • 實現用戶空間接口（ioctl、write 等）?
  1. 驅動層： ?
  • 實現硬件特定的操作（啟動、停止、喂狗等）?
  • 處理硬件中斷和復位邏輯?
  • 對接核心層接口完成設備注冊?
  1. 關鍵數據結構：
// 看門狗設備結構體
struct watchdog_device {const struct watchdog_ops *ops;  // 硬件操作函數集struct device *dev;             // 關聯設備int id;                         // 設備IDunsigned int timeout;           // 超時時間（秒）unsigned int min_timeout;       // 最小超時時間unsigned int max_timeout;       // 最大超時時間unsigned int flags;             // 設備標志（如WDIOF_KEEPALIVEPING）// 其他成員...
};// 看門狗操作函數集
struct watchdog_ops {int (*start)(struct watchdog_device *wdd);       // 啟動看門狗int (*stop)(struct watchdog_device *wdd);        // 停止看門狗int (*ping)(struct watchdog_device *wdd);        // 喂狗int (*set_timeout)(struct watchdog_device *wdd, unsigned int t); // 設置超時// 其他可選操作...
};

二、設備樹配置?

RK3568 看門狗設備樹節點配置如下：
kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568.dtsi
在這里插入圖片描述

三、 看門狗驅動實現

kernel/drivers/watchdog/dw_wdt.c

/** Copyright 2010-2011 Picochip Ltd., Jamie Iles* http://www.picochip.com** This program is free software; you can redistribute it and/or* modify it under the terms of the GNU General Public License* as published by the Free Software Foundation; either version* 2 of the License, or (at your option) any later version.** This file implements a driver for the Synopsys DesignWare watchdog device* in the many subsystems. The watchdog has 16 different timeout periods* and these are a function of the input clock frequency.** The DesignWare watchdog cannot be stopped once it has been started so we* do not implement a stop function. The watchdog core will continue to send* heartbeat requests after the watchdog device has been closed.*/#define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt#include <linux/bitops.h>
#include <linux/clk.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/pm.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/reset.h>
#include <linux/watchdog.h>#define WDOG_CONTROL_REG_OFFSET		    0x00
#define WDOG_CONTROL_REG_WDT_EN_MASK	    0x01
#define WDOG_CONTROL_REG_RESP_MODE_MASK	    0x02
#define WDOG_TIMEOUT_RANGE_REG_OFFSET	    0x04
#define WDOG_TIMEOUT_RANGE_TOPINIT_SHIFT    4
#define WDOG_CURRENT_COUNT_REG_OFFSET	    0x08
#define WDOG_COUNTER_RESTART_REG_OFFSET     0x0c
#define WDOG_COUNTER_RESTART_KICK_VALUE	    0x76/* The maximum TOP (timeout period) value that can be set in the watchdog. */
#define DW_WDT_MAX_TOP		15#define DW_WDT_DEFAULT_SECONDS	30static bool nowayout = WATCHDOG_NOWAYOUT;
module_param(nowayout, bool, 0);
MODULE_PARM_DESC(nowayout, "Watchdog cannot be stopped once started ""(default=" __MODULE_STRING(WATCHDOG_NOWAYOUT) ")");struct dw_wdt {void __iomem		*regs;struct clk		*clk;struct clk		*pclk;unsigned long		rate;struct watchdog_device	wdd;struct reset_control	*rst;/* Save/restore */u32			control;u32			timeout;
};#define to_dw_wdt(wdd)	container_of(wdd, struct dw_wdt, wdd)static inline int dw_wdt_is_enabled(struct dw_wdt *dw_wdt)
{return readl(dw_wdt->regs + WDOG_CONTROL_REG_OFFSET) &WDOG_CONTROL_REG_WDT_EN_MASK;
}static inline int dw_wdt_top_in_seconds(struct dw_wdt *dw_wdt, unsigned top)
{/** There are 16 possible timeout values in 0..15 where the number of* cycles is 2 ^ (16 + i) and the watchdog counts down.*/return (1U << (16 + top)) / dw_wdt->rate;
}static int dw_wdt_get_top(struct dw_wdt *dw_wdt)
{int top = readl(dw_wdt->regs + WDOG_TIMEOUT_RANGE_REG_OFFSET) & 0xF;return dw_wdt_top_in_seconds(dw_wdt, top);
}static int dw_wdt_ping(struct watchdog_device *wdd)
{struct dw_wdt *dw_wdt = to_dw_wdt(wdd);writel(WDOG_COUNTER_RESTART_KICK_VALUE, dw_wdt->regs +WDOG_COUNTER_RESTART_REG_OFFSET);return 0;
}static int dw_wdt_set_timeout(struct watchdog_device *wdd, unsigned int top_s)
{struct dw_wdt *dw_wdt = to_dw_wdt(wdd);int i, top_val = DW_WDT_MAX_TOP;/** Iterate over the timeout values until we find the closest match. We* always look for >=.*/for (i = 0; i <= DW_WDT_MAX_TOP; ++i)if (dw_wdt_top_in_seconds(dw_wdt, i) >= top_s) {top_val = i;break;}/** Set the new value in the watchdog.  Some versions of dw_wdt* have have TOPINIT in the TIMEOUT_RANGE register (as per* CP_WDT_DUAL_TOP in WDT_COMP_PARAMS_1).  On those we* effectively get a pat of the watchdog right here.*/writel(top_val | top_val << WDOG_TIMEOUT_RANGE_TOPINIT_SHIFT,dw_wdt->regs + WDOG_TIMEOUT_RANGE_REG_OFFSET);wdd->timeout = dw_wdt_top_in_seconds(dw_wdt, top_val);return 0;
}static void dw_wdt_arm_system_reset(struct dw_wdt *dw_wdt)
{u32 val = readl(dw_wdt->regs + WDOG_CONTROL_REG_OFFSET);/* Disable interrupt mode; always perform system reset. */val &= ~WDOG_CONTROL_REG_RESP_MODE_MASK;/* Enable watchdog. */val |= WDOG_CONTROL_REG_WDT_EN_MASK;writel(val, dw_wdt->regs + WDOG_CONTROL_REG_OFFSET);
}static int dw_wdt_start(struct watchdog_device *wdd)
{struct dw_wdt *dw_wdt = to_dw_wdt(wdd);dw_wdt_set_timeout(wdd, wdd->timeout);dw_wdt_ping(&dw_wdt->wdd);dw_wdt_arm_system_reset(dw_wdt);return 0;
}static int dw_wdt_stop(struct watchdog_device *wdd)
{struct dw_wdt *dw_wdt = to_dw_wdt(wdd);if (!dw_wdt->rst) {set_bit(WDOG_HW_RUNNING, &wdd->status);return 0;}reset_control_assert(dw_wdt->rst);reset_control_deassert(dw_wdt->rst);return 0;
}static int dw_wdt_restart(struct watchdog_device *wdd,unsigned long action, void *data)
{struct dw_wdt *dw_wdt = to_dw_wdt(wdd);writel(0, dw_wdt->regs + WDOG_TIMEOUT_RANGE_REG_OFFSET);if (dw_wdt_is_enabled(dw_wdt))writel(WDOG_COUNTER_RESTART_KICK_VALUE,dw_wdt->regs + WDOG_COUNTER_RESTART_REG_OFFSET);elsedw_wdt_arm_system_reset(dw_wdt);/* wait for reset to assert... */mdelay(500);return 0;
}static unsigned int dw_wdt_get_timeleft(struct watchdog_device *wdd)
{struct dw_wdt *dw_wdt = to_dw_wdt(wdd);return readl(dw_wdt->regs + WDOG_CURRENT_COUNT_REG_OFFSET) /dw_wdt->rate;
}static const struct watchdog_info dw_wdt_ident = {.options	= WDIOF_KEEPALIVEPING | WDIOF_SETTIMEOUT |WDIOF_MAGICCLOSE,.identity	= "Synopsys DesignWare Watchdog",
};static const struct watchdog_ops dw_wdt_ops = {.owner		= THIS_MODULE,.start		= dw_wdt_start,.stop		= dw_wdt_stop,.ping		= dw_wdt_ping,.set_timeout	= dw_wdt_set_timeout,.get_timeleft	= dw_wdt_get_timeleft,.restart	= dw_wdt_restart,
};#ifdef CONFIG_PM_SLEEP
static int dw_wdt_suspend(struct device *dev)
{struct dw_wdt *dw_wdt = dev_get_drvdata(dev);dw_wdt->control = readl(dw_wdt->regs + WDOG_CONTROL_REG_OFFSET);dw_wdt->timeout = readl(dw_wdt->regs + WDOG_TIMEOUT_RANGE_REG_OFFSET);clk_disable_unprepare(dw_wdt->pclk);clk_disable_unprepare(dw_wdt->clk);return 0;
}static int dw_wdt_resume(struct device *dev)
{struct dw_wdt *dw_wdt = dev_get_drvdata(dev);int err = clk_prepare_enable(dw_wdt->clk);if (err)return err;err = clk_prepare_enable(dw_wdt->pclk);if (err) {clk_disable_unprepare(dw_wdt->clk);return err;}writel(dw_wdt->timeout, dw_wdt->regs + WDOG_TIMEOUT_RANGE_REG_OFFSET);writel(dw_wdt->control, dw_wdt->regs + WDOG_CONTROL_REG_OFFSET);dw_wdt_ping(&dw_wdt->wdd);return 0;
}
#endif /* CONFIG_PM_SLEEP */static SIMPLE_DEV_PM_OPS(dw_wdt_pm_ops, dw_wdt_suspend, dw_wdt_resume);static int dw_wdt_drv_probe(struct platform_device *pdev)
{struct device *dev = &pdev->dev;struct watchdog_device *wdd;struct dw_wdt *dw_wdt;struct resource *mem;int ret;dw_wdt = devm_kzalloc(dev, sizeof(*dw_wdt), GFP_KERNEL);if (!dw_wdt)return -ENOMEM;mem = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);dw_wdt->regs = devm_ioremap_resource(dev, mem);if (IS_ERR(dw_wdt->regs))return PTR_ERR(dw_wdt->regs);/** Try to request the watchdog dedicated timer clock source. It must* be supplied if asynchronous mode is enabled. Otherwise fallback* to the common timer/bus clocks configuration, in which the very* first found clock supply both timer and APB signals.*/dw_wdt->clk = devm_clk_get(dev, "tclk");if (IS_ERR(dw_wdt->clk)) {dw_wdt->clk = devm_clk_get(dev, NULL);if (IS_ERR(dw_wdt->clk))return PTR_ERR(dw_wdt->clk);}ret = clk_prepare_enable(dw_wdt->clk);if (ret)return ret;dw_wdt->rate = clk_get_rate(dw_wdt->clk);if (dw_wdt->rate == 0) {ret = -EINVAL;goto out_disable_clk;}/** Request APB clock if device is configured with async clocks mode.* In this case both tclk and pclk clocks are supposed to be specified.* Alas we can't know for sure whether async mode was really activated,* so the pclk phandle reference is left optional. If it couldn't be* found we consider the device configured in synchronous clocks mode.*/dw_wdt->pclk = devm_clk_get_optional(dev, "pclk");if (IS_ERR(dw_wdt->pclk)) {ret = PTR_ERR(dw_wdt->pclk);goto out_disable_clk;}ret = clk_prepare_enable(dw_wdt->pclk);if (ret)goto out_disable_clk;dw_wdt->rst = devm_reset_control_get_optional_shared(&pdev->dev, NULL);if (IS_ERR(dw_wdt->rst)) {ret = PTR_ERR(dw_wdt->rst);goto out_disable_pclk;}reset_control_deassert(dw_wdt->rst);wdd = &dw_wdt->wdd;wdd->info = &dw_wdt_ident;wdd->ops = &dw_wdt_ops;wdd->min_timeout = 1;wdd->max_hw_heartbeat_ms =dw_wdt_top_in_seconds(dw_wdt, DW_WDT_MAX_TOP) * 1000;wdd->parent = dev;watchdog_set_drvdata(wdd, dw_wdt);watchdog_set_nowayout(wdd, nowayout);watchdog_init_timeout(wdd, 0, dev);/** If the watchdog is already running, use its already configured* timeout. Otherwise use the default or the value provided through* devicetree.*/if (dw_wdt_is_enabled(dw_wdt)) {wdd->timeout = dw_wdt_get_top(dw_wdt);set_bit(WDOG_HW_RUNNING, &wdd->status);} else {wdd->timeout = DW_WDT_DEFAULT_SECONDS;watchdog_init_timeout(wdd, 0, dev);}platform_set_drvdata(pdev, dw_wdt);watchdog_set_restart_priority(wdd, 128);ret = watchdog_register_device(wdd);if (ret)goto out_disable_pclk;return 0;out_disable_pclk:clk_disable_unprepare(dw_wdt->pclk);out_disable_clk:clk_disable_unprepare(dw_wdt->clk);return ret;
}static int dw_wdt_drv_remove(struct platform_device *pdev)
{struct dw_wdt *dw_wdt = platform_get_drvdata(pdev);watchdog_unregister_device(&dw_wdt->wdd);reset_control_assert(dw_wdt->rst);clk_disable_unprepare(dw_wdt->pclk);clk_disable_unprepare(dw_wdt->clk);return 0;
}#ifdef CONFIG_OF
static const struct of_device_id dw_wdt_of_match[] = {{ .compatible = "snps,dw-wdt", },{ /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, dw_wdt_of_match);
#endifstatic struct platform_driver dw_wdt_driver = {.probe		= dw_wdt_drv_probe,.remove		= dw_wdt_drv_remove,.driver		= {.name	= "dw_wdt",.of_match_table = of_match_ptr(dw_wdt_of_match),.pm	= &dw_wdt_pm_ops,},
};module_platform_driver(dw_wdt_driver);MODULE_AUTHOR("Jamie Iles");
MODULE_DESCRIPTION("Synopsys DesignWare Watchdog Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

四、驗證

#define	WATCHDOG_IOCTL_BASE	'W'#define	WDIOC_KEEPALIVE		_IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 5, int)
#define	WDIOC_SETTIMEOUT        _IOWR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 6, int)
extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_example_led9_MainActivity_watchdog(JNIEnv *env, jobject thiz) {int fd;// 打開設備fd = open("/dev/watchdog0", O_RDWR);if (fd == -1) {LOGD("watchdog0 無法打開設備");return -1;}int timeout = 2;if (ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, &timeout) < 0){LOGD("watchdog0 set timeout error.");return -1;}int i = 4;while (i--){if (ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL) < 0){LOGD("watchdog0 keep alive error.");return -1;}LOGD("watchdog0 keep alive success = %d", i);sleep(1);}LOGD("watchdog0 exit");close(fd);return 0;}

在這里插入圖片描述

通過測試程序能發現，在超時時間內沒有喂狗的話，系統會自動重啟。

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工作做多了有時候需要回歸本心&#xff0c;認真刷題記憶一下算法。那就用我這練習時長兩年半的代碼農民工來嘗試著快速解析LeetCode 100吧 快速解析 哈希 1. 兩數之和 - 力扣&#xff08;LeetCode&#xff09; 這題很簡單啊&#xff0c;思路也很多 1. 暴力搜索&#xff0c;…
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