uboot详解—看门狗

  • 1. 前言
  • 2. 看门狗的种类
  • 3. 总结


1. 前言

  uboot启动时，当将cpu运行模式设置为管理模式后，就要关闭看门狗了，那么看门狗是干什么的呢？

  狗狗是我们的好朋友，有时候，一条好狗狗能够救主人的性命，”看门狗“是cpu的“好朋友”，它也能够在cpu出状况的时候把它救活。

  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，cpu就会将这个计数器复位，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，这个复位的操作就是“喂狗”。

  看门狗就这样兢兢业业的守着它的主人cpu，当cpu出状况的时候，就不能喂狗了，看门狗饿了就知道cpu不正常工作了，然后发送复位信号让cpu重新醒过来。

  对于一些安装在户外的设备，可以很直接的体现它的价值，比如运营商在荒郊野岭安装了好多基站，如果这里的基站停止工作了，就需要派人去这个基站手动重启了，有了看门狗以后，只要过一段时间没有喂狗，看门狗就将系统重启，节省了不少人力。

2. 看门狗的种类

看门狗主要分三种：

  • 内置在cpu内部的看门狗
      此类看门狗一般是将一个芯片中的定时器来作为看门狗，通过程序的初始化，写入初值，并启动定时器。程序按时对定时器赋初值（或复位），以免它饿了。这种看门狗是可以被禁用的（只要停止这个定时器即可），好比对那只要咬你的狗来个“葵花点穴手”。大部分CPU都内置看门狗，硬件原理可参考各芯片数据手册。
    优点： 可以通过程序改变初始时间，也可以随时禁用
    缺点： 需要初始化，如果程序在初始化、启动完成前跑飞或在禁用后跑飞，看门狗就无法复位系统，这样看门狗的作用就没有了，系统恢复能力降低。

    • bios看门狗 usb看门狗_bootloader

  • 独立的看门狗芯片
      这种看门狗主要有一个用于喂狗的引脚（一般与CPU的GPIO相连）和一个复位引脚（与系统的RESET引脚相连），如果没有在一定时间内改变喂狗脚的电平，复位引脚就会改变状态复位CPU。此类看门狗一上电就开始工作，无法禁用。现在常用的芯片有：CAT705/CAT706、IMP706等等，溢出时间在1.6秒左右。 硬件原理可以参考各芯片数据手册和《基于Linux的嵌入式系统全程喂狗策略》。
    优点： 无须配置，上电即用。无法禁用，系统必须按时喂狗，系统恢复能力高。
    缺点： 无法灵活配置溢出时间，无法禁用，灵活性降低。
  • 软件看门狗
      这其实就是一个监控软件，对于硬件上出的问题它还是无能为力的，它主要对一些重要的软件进行监控。
      一些重要的程序，必须让它一直跑着；而且还要时时关心它的状态——不能让它出现死锁现象。（当然，如果一个主程序会出现死锁，肯定是设计或者编程上的失误。首要做的事是Debug。）但如果时间紧迫可以用软件看门狗，暂时应急。
      这种监控软件运行不出现界面窗口，具有一定的隐蔽性；它定时判断目标进程是否运行在当前系统中，如果没有则启动目标进程；判断目标进程是否“无响应”，如果是则终止目标进程；如果目标进程“无响应”的次数超过一定的数量，则重启整个系统。它的目的也是复位，但是它主要市复位进程，实在不行才复位CPU。

第二种和第三种看门狗，在这里不作讨论，下面将讨论怎么使用内置在cpu内部的看门狗。

因为是内置在cpu内部，所以从电路图中就找不到看门狗的连接方式了，下面是看门狗的工作原理图：

bios看门狗 usb看门狗_bios看门狗_02


从图中可以看出一下几点：

  1. 看门狗使用的输入时钟是PCLK，关于时钟的知识将在后面进行详细分析
  2. 看门狗的配置涉及到三个寄存器：控制寄存器（WTCON），数据寄存器（WTDAT），计数寄存器（WTCNT）
  4. 看门狗先将PCLK时钟进行预分频 （prescaler），分频的精度为0~255 （2的8次方-1 ，由WTCON的8-15位进行设置），预分频后再除以一个分频因子（division factor，由WTCON的4:3两位进行设置，一共有4中选择——16,32,64,128），有PCLK、prescaler和division factor三个变量以后，就可以计算出看门狗计数器递减时间间隔：

    5. bios看门狗 usb看门狗_bootloader_03

  5. t_watchdog：看门狗计数器递减时间间隔，单位秒
    PCLK：APB总线工作始终，单位HZ
    prescaler value + 1：预分频大小，因为从0开始，所以需要加一
    division_factor：分频因子，有4个档——16,32,64,128

当开发板一上电的时候，系统时钟是还没有初始化的，所以PCKL的时钟大小是和外部时钟一样的，cpu连接的外部晶振如下图：

bios看门狗 usb看门狗_bios看门狗_04


所以刚上电时，PCKL的大小12MHz,WTCON[15:8]设置为74，除数因子选择16，通过上面公式可以计算出，看门狗控制器递减时间间隔0.1毫秒。将WTCNT里的值设置为0x2710(十进制10000)，那么看门狗会每过一秒钟产生一次超时。我们来看看控制寄存器（WTCON），数据寄存器（WTDAT），计数寄存器（WTCNT）芯片手册：

bios看门狗 usb看门狗_uboot_05


从上图可以看到WTCON的默认状态：

  • [0]=1 当看门狗计时器超时的时候，开启发送reset信号的功能
  • [2]=0 超时的时候不发送中断
  • [4:3]=00 默认分频因子是1/16, division_factor=16
  • [5]=1 开启看门狗计数器，看门狗会按照WTCNT中的初始值进行递减，直到超时
  • [15:8]=0x80 换成十进制是128, prescaler=128

因为刚开机的时候，PCLK=12M, prescaler=128, division_factor=16 , 所以可以计算出 t_watchdog=1/(12M/129/16)=(129*16)/(12000000)=0.000172s=0.172ms

bios看门狗 usb看门狗_bios看门狗_06


上图是WTDAT寄存器的芯片手册，默认值是0x800, 十进制是2048

bios看门狗 usb看门狗_bios看门狗_07


上图是计数器寄存器的芯片手册，默认值也是0x800,十进制是2048

所以刚上电的时候，看门狗的超时时间是：time_out=2048*0.000172=0.352252s

0.352252s是如此的短暂，所以在开机的时候如果没有关闭看门狗，它将每隔0.352252s就发送一次reset信号重启cpu，不管uboot运行到哪个阶段，都将被看门狗终止并重启。

从上面可以得出结论，板子重启时，必须尽早关闭看门狗，以便后面的代码顺利执行。

看门狗关闭以后，需要在什么时候开启呢?我们将会在后面分析uboot和内核代码的时候进行分析。

3. 总结

  这篇文章讲了看门狗的一些内容，包括看门狗的作用，看门狗的分类，看门狗的工作原理和在arm处理器中看门狗的 配置手册，并根据手册计算了看门狗的计时间隔和计时周期，后面我们将继续根据uboot启动流程讲解中断相关的知识。

bios看门狗 usb看门狗_bios看门狗_08