uboot详解——cpu内部，外部和软件看门狗

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。

看门狗主要分三种：

1、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。

2、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。

3、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：

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）

3.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：

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：

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：

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

上图是WTDAT寄存器的芯片手册，默认值是0x800, 十进制是2048

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。

下面将使用一个例子演示对看门狗的操作。

Makefile

[plain]  view plain  copy

1. watch_dog.bin:watch_dog.S    
2.     arm-linux-gcc -g -c -o watch_dog.o watch_dog.S    
3.     arm-linux-ld -Ttext 0x000 -g watch_dog.o -o watch_dog_elf    
4.     arm-linux-objcopy -O binary -S watch_dog_elf watch_dog.bin    
5.     
6. clean:    
7.     rm -rf watch_dog.bin *.o watch_dog_elf   

watch_dog.S

[plain]  view plain  copy

1. @ 关闭看门狗实验  
2. .text  
3. .global _start  
4. _start:  
5.   ldr r0, = 0x53000000                       @ WTCON寄存器地址加载到r0  
6.   
7.   mov r1, #0                                 @ r1 = 0  
8.   
9.   str r1, [r0]                               @ 将r1里的值存到r0里地址里  

通过分析前面的寄存器的设置位可知，只要设置WTCON[5]为0即可，上述代码里，直接将整个WTCON寄存器里的位设置为0。

[plain]  view plain  copy

1. @开启看门狗实验：  
2. @watch_dog.S  
3.   
4.  .text  
5.  .global _start  
6.  _start:  
7.         @ 设置看门狗控制寄存器  
8.   
9.   
10.          ldr r0, =0x53000000                           @ 加载WTCON寄存器地址  
11.   
12.          @ 0x4a21 = [15:8]=74, [5]=1, [0]=1  
13.   
14.          ldr r1, =0x4a21                               @ 将0x4a21保存到r1里  
15.   
16.          str r1, [r0]                                  @ 将r1里的值存入r0指向的地址  
17.   
18.          @ 设置看门狗计数寄存器，该寄存器的值在上电后被加载, 1秒超时  
19.   
20.          ldr r2, =0x53000008                           @ 加载WTCNT寄存器地址  
21.   
22.          ldr r3, =0x2710                               @ 将0x2710保存到r1里  
23.   
24.          str r3, [r2]                                  @ 将r3里的值存入r2指向的地址  
25.   
26.   
27.          bl led_on                                     @ 调用led_on代码  
28.   
29.    
30.   
31. loop:  
32.   
33.          b loop                                        @ 死循环  
34.   
35. led_on:  
36.         ldr r0,=0x56000010    
37.     mov r1,#0x15400    
38.     str r1,[r0]    
39.               
40.     ldr r0,=0x56000014    
41.     mov r1,#0x100    
42.     str r1,[r0]    
43.     mov pc,lr    

程序开始定义两个常量地址，分别是WTCON,WTCNT的地址，ENRTY后面是程序的正文部分，首先通过ldr指令加载WTCON的地址到r0里，将0x4a21这个数加载到r1里，0x4a21是我们通过设置WTCON [15:8]=74 [7:6]=0，[5]=1,[4:1]=0, [0]=1得到的16进制数，将其值存入到r0地址里，这样WTCON里就是我们设置各位的值，然后同样道理再将0x2710存到WTCNT数据寄存器里，设置数据寄存器的值为0x2710。

为了看到看门狗的重启效果，我们加入了一个小程序，用来点亮led灯，将上述代码在linux下编译完后，烧写到NORFLASH里可以看到每过1秒钟，开发板的led灯就闪一下。

知识扩展

开启了看门狗之后，控制器会定时的复位，为了防止不停的复位，就要进行“喂狗”操作，喂狗操作相对比较简单，只要在WTCNT里的计数减为0之前，将其值重置一个非0的数值即可，看下面的函数：feed_dog（该代码仅供读者参考，光盘源码中没有给出具体例子）

[plain]  view plain  copy

1. @ 喂狗程序  
2.   
3. .text  
4. .global _start  
5.   
6. feed_dog:  
7.   
8.            ldr r0, =WTCNT  
9.   
10.            ldr r1, =0x2710  
11.   
12.            str r1, [r0]  
13.   
14.            mov pc, lr  

喂狗程序对喂狗的时机必须要合适，否则在定时器还没来得及发生中断调用watchdog已经超时了，也将引起系统复位重启，通常系统里会开启另外一个时钟来为整个系统服务，它会定时的“告知”系统，在看门狗定时器超时之前，自动的调用喂狗程序。

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，最后用了一些例子演示了看门狗的操作过程。后面我们将继续根据uboot启动流程讲解中断相关的知识。

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