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

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);elsedev_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。

  Thank you for your time。

2013.1.30 添加测试程序