前言：

在嵌入式系統(tǒng)使用中，看門狗（Watchdog）是保障系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要機(jī)制之一，守護(hù)著系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。常規(guī)實(shí)現(xiàn)是通過(guò)應(yīng)用層參與喂狗操作，存在不穩(wěn)定因素，也無(wú)法處理系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的異常。本文將分享一種在T113-I平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的uboot至kernel看門狗無(wú)縫銜接技術(shù)，且做到系統(tǒng)全自動(dòng)喂狗，真正保障系統(tǒng)的高可靠性。

一、難點(diǎn)分析

實(shí)現(xiàn)從上電開(kāi)始的系統(tǒng)全自動(dòng)喂狗機(jī)制，可以確保系統(tǒng)在任何階段都不會(huì)因看門狗超時(shí)而重啟復(fù)位。然而，高可靠的嵌入式系統(tǒng)往往需要監(jiān)管嚴(yán)苛且及時(shí)，能夠在異常的第一時(shí)間產(chǎn)生響應(yīng)，因此又需要選用超時(shí)時(shí)間極短的看門狗芯片。

喂狗間隙短，從uboot至kernel的無(wú)縫切換便成了橫亙?cè)诟呖煽啃郧度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)中的一大難題。

二、環(huán)境說(shuō)明

主控平臺(tái)：眺望電子AC113I-92M-SNLI工業(yè)級(jí)核心板，基于全志T113-I處理器；

看門狗芯片：思瑞浦（3PEAK）TPV6823S-TR，其復(fù)位時(shí)間為 1.12 秒；

SDK版本：talowe-T113-I-Tina-sdk.tar.gz，

虛擬機(jī)環(huán)境：ubuntu20.04

硬件原理圖：PE1為喂狗引腳

三、方案設(shè)計(jì)

針對(duì) 1.12 秒的復(fù)位時(shí)間限制，制定了如下分階段的實(shí)現(xiàn)方案，確保從 uboot 到 kernel 的全過(guò)程都能及時(shí)喂狗：

階段 1：uboot 電平翻轉(zhuǎn)，驗(yàn)證喂狗引腳的控制能力。

階段 2：uboot 喂狗，確保在 uboot 命令行停留時(shí)不會(huì)超時(shí)重啟。

階段 3：kernel 喂狗，保證系統(tǒng)進(jìn)入內(nèi)核后能持續(xù)喂狗。

階段 4：uboot 到 kernel 的無(wú)縫銜接，確保系統(tǒng)從上電到完全啟動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，看門狗不會(huì)超時(shí)重啟。

四、實(shí)現(xiàn)步驟

4.1uboot 電平翻轉(zhuǎn)測(cè)試驗(yàn)證

喂狗引腳為 PE1，我們需要先驗(yàn)證對(duì)該引腳的電平控制能力。通過(guò)查閱《T113-i_User_Manual_V1.5.pdf》，找到 PE 相關(guān)寄存器的地址。

在brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/cmd/ 目錄下新建 gpio_toggle.c 文件，編寫(xiě)碼實(shí)現(xiàn) PE1 引腳的輸出模式設(shè)置和電平翻轉(zhuǎn)功能

brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/cmd/gpio_toggle.c

#include#include
#defineT113_I_GPIOE_CFG00x020000C0#defineT113_I_GPIOE_CFG10x020000C4#defineT113_I_GPIOE_DAT0x020000D0#defineT113_I_GPIOE_DRV00x020000D4#defineT113_I_GPIOE_DRV10x020000D8#defineT113_I_GPIOE_PULL00x020000E4
intgpio_toggle(cmd_tbl_t*cmdtp,intflag,intargc,char*constargv[]){ printf("## test gpio Toggle...\n");
// 設(shè)置PE1為輸出模式 unsignedint*PE1_CFG0 = (unsignedint*)(T113_I_GPIOE_CFG0); unsignedintPE1_CFG0_val =readl(PE1_CFG0); PE1_CFG0_val &= ~(0xf< // 電平翻轉(zhuǎn) unsignedint*PE1_DAT = (unsignedint*)(T113_I_GPIOE_DAT); unsignedintPE1_DAT_val =readl(PE1_DAT); PE1_DAT_val ^= (0x1< return0;}
U_BOOT_CMD( gpio_toggle,1,0,gpio_toggle, "talowe test gpio Toggle", "no parameters\n");

修改Makefile 和 Kconfig 文件，添加相關(guān)配置

brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/cmd/Makefile

obj-$(CONFIG_CMD_GPIO_TOGGLE) += gpio_toggle.o

brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/cmd/Kconfig

configCMD_GPIO_TOGGLEbool"GPIO toggle"help Activatethisoption to test GPIO toggle.

配置 sun8iw20p1_auto_t113_i_defconfig選項(xiàng)

上電后按住鍵盤(pán)的 s 進(jìn)入 uboot 命令行，執(zhí)行 gpio_toggle 指令，用萬(wàn)用表測(cè)試 PE1 引腳的電平，可發(fā)現(xiàn)執(zhí)行一次指令，電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，驗(yàn)證成功。

brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/configs/sun8iw20p1_auto_t113_i_defconfig

CONFIG_CMD_GPIO_TOGGLE=y

編譯后燒寫(xiě)uboot固件進(jìn)行測(cè)試

在uboot命令行進(jìn)行測(cè)試，上電一直按住鍵盤(pán)的s進(jìn)入uboot命令行，執(zhí)行以下指令

=> gpio_toggle

會(huì)有以下信息輸出，用萬(wàn)用表測(cè)試PE1引腳的電平，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行一次翻轉(zhuǎn)一次電平狀態(tài)

至此完成驗(yàn)證寄存器翻轉(zhuǎn)電平方案成功，接下來(lái)進(jìn)入下一步。

4.2uboot PE1引腳自動(dòng)喂狗實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn) uboot 自帶的 hw_watchdog 接口，編寫(xiě)代碼完成 PE1 引腳的初始化（設(shè)置為輸出模式）和喂狗操作（電平翻轉(zhuǎn)）。

#include#include#include
#defineT113_I_GPIOE_CFG0 0x020000C0#defineT113_I_GPIOE_CFG1 0x020000C4#defineT113_I_GPIOE_DAT 0x020000D0#defineT113_I_GPIOE_DRV0 0x020000D4#defineT113_I_GPIOE_DRV1 0x020000D8#defineT113_I_GPIOE_PULL0 0x020000E4
voidhw_watchdog_reset(void){ if(get_boot_work_mode()) return;
unsignedint*PE1_DAT = (unsignedint*)(T113_I_GPIOE_DAT); unsignedintPE1_DAT_val =readl(PE1_DAT); PE1_DAT_val ^= (0x1<voidhw_watchdog_init(void){ // 設(shè)置PE1為輸出模式 unsignedint*PE1_CFG0 = (unsignedint*)(T113_I_GPIOE_CFG0); unsignedintPE1_CFG0_val =readl(PE1_CFG0); PE1_CFG0_val &= ~(0xf< // 設(shè)置PE1驅(qū)動(dòng)等級(jí)（默認(rèn)為1，可以不用） // unsigned int *PE1_DRV0 = (unsigned int *)(T113_I_GPIOE_DRV0); // unsigned int PE1_DRV0_val = readl(PE1_DRV0); // PE1_DRV0_val &= ~(0x3 << 4*1);? ? // PE1_DRV0_val |= (0x10 << 4*1);? ? // writel(PE1_DRV0_val, PE1_DRV0);
// 設(shè)置PE1電平，由于硬件電路該引腳為高阻，所以一開(kāi)始先翻轉(zhuǎn)下 // unsigned int *PE1_DAT = (unsigned int *)(T113_I_GPIOE_DAT); // unsigned int PE1_DAT_val = readl(PE1_DAT); // PE1_DAT_val ^= (0x1 << 1);? ? // writel(PE1_DAT_val, PE1_DAT);? ? // PE1_DAT_val ^= (0x1 << 1);? ? // writel(PE1_DAT_val, PE1_DAT);
// // 默認(rèn)為無(wú)上下拉，符合需求不用管
hw_watchdog_reset();}

在以下文件新增

1obj-$(CONFIG_T113_I_WATCHDOG_REG) += t113_I_watchdog_reg.o

config T113_I_WATCHDOG_REGbool"T113_I hw watchdog"depends on ARCH_SUNXIselectHW_WATCHDOGhelp Say Y here toenablethe T113_I hw watchdog driver.

在相關(guān)配置文件中添加該看門狗驅(qū)動(dòng)的配置選項(xiàng)，然后修改全志板級(jí)文件 board.c，在板級(jí)初始化過(guò)程中調(diào)用 hw_watchdog_init () 函數(shù)，新增PE1的初始化調(diào)用，開(kāi)啟 uboot 階段的喂狗功能。

diff --git a/brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/board/sunxi/board.c b/brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/board/sunxi/board.cindex 0019f45..4233b22 100644--- a/brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/board/sunxi/board.c+++ b/brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/board/sunxi/board.c@@ -54,6 +54,9 @@#endif#include #include +#ifdef CONFIG_T113_I_WATCHDOG_REG+#include +#endif

int __attribute__((weak)) sunxi_set_sramc_mode(void)@@ -219,6 +222,9 @@int board_init(void)
sunxi_plat_init();
+#ifdef CONFIG_T113_I_WATCHDOG_REG+hw_watchdog_init();+#endifint work_mode = get_boot_work_mode();
ret = axp_gpio_init();

驗(yàn)證：開(kāi)啟看門狗電路設(shè)計(jì)預(yù)留的硬件撥碼開(kāi)關(guān)，上電后進(jìn)入 uboot 命令行，系統(tǒng)不會(huì)因超時(shí)重啟，說(shuō)明 uboot 喂狗實(shí)現(xiàn)成功。

4.3kernel PE1 引腳自動(dòng)喂狗實(shí)現(xiàn)

在內(nèi)核中開(kāi)啟 CONFIG_GPIO_WATCHDOG 選項(xiàng)

CONFIG_GPIO_WATCHDOG=y

設(shè)備樹(shù)中新增看門狗配置

watchdog: watchdog {compatible ="linux,wdt-gpio";gpios = <&pio PE 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;hw_algo ="toggle";hw_margin_ms = <1000>; #always-running ="true"; };

驗(yàn)證：進(jìn)入系統(tǒng)后，開(kāi)啟看門狗電路設(shè)計(jì)預(yù)留的硬件撥碼開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)不會(huì)重啟，表明 kernel 喂狗功能正常。

4.4uboot 到 kernel 的銜接

關(guān)鍵一步，經(jīng)測(cè)試在kernel啟動(dòng)的0.2秒左右看門狗會(huì)出現(xiàn)超時(shí)，為避免 kernel 啟動(dòng)初期因打印信息過(guò)多導(dǎo)致喂狗不及時(shí)，需要修改打印等級(jí)。減少啟動(dòng)過(guò)程中的打印輸出，確保kernel能及時(shí)接管喂狗任務(wù)，實(shí)現(xiàn)uboot到kernel的無(wú)縫銜接。

在 device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfg 文件中，將 loglevel 從8修改為5或6。

diff--git a/device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfg b/device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfgindex bc1d41d..52d32d2100755---a/device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfg+++b/device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfg@@-8,7+8,7@@ mmc_root=/dev/mmcblk0p5mtd_name=sysrootfstype=ubifs,rwinit=/init-loglevel=8+loglevel=5cma=16Mmac=wifi_mac=

五、總結(jié)

通過(guò)以上步驟，我們成功在T113-I平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了從 uboot 到 kernel 的看門狗無(wú)縫銜接，系統(tǒng)能夠全自動(dòng)喂狗，無(wú)需應(yīng)用層干預(yù)，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。相信這一方案對(duì)于需要高穩(wěn)定性的嵌入式項(xiàng)目具有重要的應(yīng)用價(jià)值，十分適用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求極高的工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。