[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] LINUX驱动篇连载-07 看门狗定时器

软件版本：vitis2021.1(vivado2021.1)

操作系统：WIN10 64bit

硬件平台：适用XILINX Z7/ZU系列FPGA

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1 概述

在学习了TTC定时器的基础上，本章将会学习关于看门狗相关的内容，主要进行的操作的将是系统看门狗（SWDT）。

实验目的：

• 了解看门狗的概念。
• 理解看门狗在系统中的作用。
• 掌握使用系统看门狗的方法。
  

2 系统框图

在上一章TTC定时器的系统框图部分，我们已经对系统内的定时器分布有了一定的了解，在此基础上，我们对SWDT部分进行深入的分析。

PS中有三个系统看门狗定时器（SWDT）单元。它们全都是基于ARM体系结构的系统看门狗定时器。这些看门狗之间的一个主要区别是系统接口信号不同。LPD和FPD看门狗定时器的时钟源可以来自内部参考时钟、EMIO时钟或MIO时钟，CSU_SWDT可以从本地总线或直接从PS_REF_CLK引脚获取时钟。

3 介绍

3.1 SWDT定时器

Zynq的PS的CPU0和CPU1各包含1个私有定时器以及一个私有看门狗定时器并且共享一个全局定时器。另外Zynq的PS还有TTC0以及TTC1定制控制器。每个TTC定时器里面包含三个定时器/计数器。本文所讲解的是CPU0的私有看门狗定时器中断的使用。

看门狗需要不停的“喂狗”，在这里就是不停的读预加载寄存器再写入预加载寄存器。如果不能及时喂狗，那么看门狗就会超时，并且产生一个复位输出。

本方案中只对CPU0的私有看门狗定时器进行说明。

Zynq的私有定时器和看门狗定时器具有以下共同的特性：

1-定时计数器位宽为32位，当达到0时产生中断

2-参考时钟为CPU时钟的1/2，比如CPU是666.6666M 那么定时器的参考时钟为333.3333M

3-有一个8bit预分频器，可以对参考时钟进一步分频

4-有一个可配置的预加载寄存器

5-可配置为单次模式或者自动重载模式

看门狗定时器多了以下功能：

1-当看门狗没有及时“喂狗”导致的系统复位输出

2-看门狗定时器可以设置为定时器模式或者看门狗模式

3.2 私有定看门狗时器的寄存器

在UG585中没有关于私有看门狗定时器的详细说明，我们通过SDK代码的理解补充了这部分说明。私有看门狗定时器的基地址为0xF8F00620。CPU的私有看门狗定时器一共有6个寄存器：

XSCUWDT_LOAD寄存器XSCUWDT_LOAD_OFFSET(0x00U)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUWDT_LOAD	31:0	至少 可写	0x0	私有看门狗定时器的预加载值

XSCUWDT_COUNTER寄存器XSCUWDT_COUNTER_OFFSET        (0x04U)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUWDT_COUNTER	31:0	至少 可读	0x0	私有看门狗定时器的计数器

XSCUWDT_CONTROL寄存器XSCUWDT_CONTROL_OFFSET        (0x08U)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUWDT_CONTROL	31:0	R/W	0x0	私有看门狗定时器的控制寄存器 15~8bit:预分频设置 3bit:当为看门狗模式，设置1为看门狗 2bit:当为定时器模式，设置1为中断使能 1bit:当为1自动重载使能 0bit:当为1表示看门狗使能

XSCUWDT _ISR寄存器XSCUWDT _ISR_OFFSET        (0x0CU)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUWDT_ISR	31:0	R/W	0x0	私有看门狗定时器的中断寄存器 0bit:当为1的时候表示发生中断

XSCUWDT_RST_STS寄存器XSCUWDT_RST_STS_OFFSET        (0x10U)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUWDT_RST_STS	31:0	R/W	0x0	私有看门狗定时器的复位状态寄存器 0bit:当为1代表定时器超时并且发送一个复位

XSCUWDT_DISABLE寄存器XSCUWDT_DISABLE_OFFSET        (0x14U)

Field Name	Bits	Type	Reset Value	Description
XSCUWDT_DISABLE	31:0	R/W	0x0	第一次写入0x12345678U 第二次写入0x87654321U 会设置控制寄存器的bit-3为0，这样设置为定时器模式

4 搭建工程

4.1 vivado工程的搭建

详细的vivado搭建参考第一章vivado和vitis工程搭建。如果使用的是附件中的工程生成的系统文件，或者使用的是附件中提供的相关的boot文件夹中的文件。那么，就无需改动vivado工程的设置。

4.2 上传文件至虚拟机

        将文件“watchdog”上传至虚拟机，可以使用U盘，scp，vm-tools等一系列方式实现。

5 程序分析

驱动程序已经在内核编译的时候就已经编译在linux系统中了。因此，仅在这里生成应用程序对SWDT进行验证。

5.1 应用程序分析

1.   #include <stdio.h>
   
2.   #include <sys/types.h>
   
3.   #include <sys/stat.h>
   
4.   #include <fcntl.h>
   
5.   #include <string.h>
   
6.   #include <stdlib.h>
   
7.   #include <sys/ioctl.h>
   
8.   #include <unistd.h>
   
9.   #include <linux/watchdog.h>
   
10. 
    
11. int main(int argc, char *argv[])
    
12. {
    
13.     int fd = -1, cmd = -1, timeout = 0;
    
14. 
    
15.     //打开看门狗
    
16.     fd = open("/dev/watchdog1", O_RDWR);
    
17.     if (fd < 0)
    
18.     {
    
19.        printf("Error: Failed to open /dev/watchdog1\n");
    
20.        return -1;
    
21.     }
    
22.     //使能看门狗
    
23.     ioctl(fd, WDIOC_SETOPTIONS, WDIOS_ENABLECARD);
    
24.     switch (atoi(argv[1]))
    
25.     {
    
26.     case 0:
    
27.        //获取超时时间
    
28.        timeout = atoi(argv[2]);
    
29.        printf("Timeout = %ds\n", timeout);
    
30.        //设置超时
    
31.        ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, &timeout);
    
32.        break;
    
33.        case 1:
    
34.        //喂狗
    
35.        ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL);
    
36.        break;
    
37.        default:
    
38.        break;
    
39.      }
    
40. 
    
41.      close(fd);
    
42.      return 0;
    
43. }

复制代码

第16行打开设备。第23行使能看门狗。

第31、35行对设备进行设置。

1:看门狗相关参数

1. #define WDIOC_GETSUPPORT _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 0, struct watchdog_info)
   
2. #define WDIOC_GETSTATUS _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 1, int)
   
3. #define WDIOC_GETBOOTSTATUS _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 2, int)
   
4. #define WDIOC_GETTEMP _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 3, int)
   
5. #define WDIOC_SETOPTIONS _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 4, int)
   
6. #define WDIOC_KEEPALIVE _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 5, int)
   
7. #define WDIOC_SETTIMEOUT _IOWR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 6, int)
   
8. #define WDIOC_GETTIMEOUT _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 7, int)
   
9. #define WDIOC_SETPRETIMEOUT _IOWR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 8, int)
   
10. #define WDIOC_GETPRETIMEOUT _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 9, int)
    
11. #define WDIOC_GETTIMELEFT _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 10, int)

复制代码

含义：设置看门狗的相关参数。

具体分析：

• WDIOC_GETSUPPORT：获取看门狗信息
• WDIOC_GETSTATUS：获取看门狗状态
• WDIOC_SETOPTIONS：看门狗选项，可以用来使能看门狗
• WDIOC_KEEPALIVE：喂狗
• WDIOC_SETTIMEOUT：设置超时值
• WDIOC_GETTIMEOUT：获取超时值
• WDIOC_SETPRETIMEOUT：设置预超时值
• WDIOC_GETPRETIMEOUT：获取预超时值
• WDIOC_GETTIMELEFT：获取剩余时间
  

2:ioctl函数

1. int ioctl(int d,int request, ...)

复制代码

含义：配合驱动层的IOCTL函数实现指令的传递。

具体分析：

• d：设备描述符
• request：指令，如某一个命令对应驱动层的某一个功能
• …：可变参数，跟命令有关，传递进入驱动层的参数或者是接收数据的缓存
• 返回值：0：成功；非0：失败
  

6 程序编译

6.1 Makefile文件分析

1. #已经编译过的内核源码路径
   
2. KERNEL_DIR = /home/uisrc/uisrc-lab-xlnx/sources/kernel
   
3. 
   
4. export ARCH=arm
   
5. export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
   
6. 
   
7. #当前路径
   
8. CURRENT_DIR = $(shell pwd)
   
9. 
   
10. APP = watchdog_test
    
11. #APP = watchdog
    
12. 
    
13. all :
    
14. #进入并调用内核源码目录中Makefile的规则, 将当前的目录中的源码编译成模块
    
15. ifneq ($(APP), )
    
16. $(CROSS_COMPILE)gcc $(APP).c -o  $(APP)
    
17. endif
    
18. 
    
19. clean :
    
20. rm $(APP)
    
21. 
    
22. #指定编译哪个文件
    
23. obj-m += $(MODULE).o

复制代码

详细内容参考第一章“在虚拟机上进行交叉编译”的相关内容。如果是自定义的文件名，在第10行和第11行，可以进行修改。

7 演示

7.1 硬件准备

SD2.0 启动 01 而模式开关为 ON OFF（7100 需要先将系统烧录进qspi，然后才能从qspi启动sd卡，“[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] LINUX基础篇连载-04 从vitis移植Ubuntu实现二次开发”）

将 PS 端串口线连接电脑，如果要使用 ssh 登录，将网口线同样连接至电脑，最后给开发板通电。每次重新上电，需要重新插拔 PS 串口，否则会登录失败。

7.2 程序准备

将驱动与程序上传至开发板，查看文件是否传输成功。

在终端输入“ls”命令。确认当前所需文件，已经被上传到当前的文件夹内了。

在管理员权限下，终端输入“chmod 777 watchdog_test”，改变应用程序的权限。

通过以上操作可以确定应用程序已经安装。

7.3 实验结果

在终端输入“./watchdog_test 0 3”，输出如下。可以看到，在启动看门狗的时候，设置的时间是3秒。3秒到了之后，watchdog就会报超时的警告。

再在终端输入“./watchdog_test 0 5”，在未超时的时间内不断的输入“./watchdog_test 0 1”来重置看门狗。时间可以看到非常明显的延长至427秒处，而watchdog开始于410秒处，显然是已经超过了设置的5秒了。之所有没有报超时，是因为我们不断的给它重置。

测试成功。