Watchdog

概述

功能简介

看门狗(Watchdog),又称看门狗计时器(Watchdog timer),是一种硬件计时设备。一般有一个输入,叫做喂狗,一个输出到系统的复位端。当系统主程序发生错误导致未及时清除看门狗计时器的计时值时,看门狗计时器就会对系统发出复位信号,使系统从悬停状态恢复到正常运作状态。

基本概念

系统正常工作的时候,每隔一段时间输出一个信号到喂狗端,给看门狗清零,这个操作就叫做喂狗。如果超过规定的时间不喂狗,看门狗定时超时,就会给出一个复位信号到系统,使系统复位。

运作机制

在HDF框架中,Watchdog接口适配模式采用独立服务模式(如图1所示)。在这种模式下,每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问,设备管理器收到API的访问请求之后,通过提取该请求的参数,达到调用实际设备对象的相应内部方法的目的。独立服务模式可以直接借助HDF设备管理器的服务管理能力,但需要为每个设备单独配置设备节点,增加内存占用。

独立服务模式下,核心层不会统一发布一个服务供上层使用,因此这种模式下驱动要为每个控制器发布一个服务,具体表现为:

  • 驱动适配者需要实现HdfDriverEntry的Bind钩子函数以绑定服务。
  • device_info.hcs文件中deviceNode的policy字段为1或2,不能为0。

Watchdog模块各分层作用:

  • 接口层提供打开看门狗设备、获取看门狗设备状态、启动看门狗设备、设置看门狗设备超时时间、获取看门狗设备超时时间、喂狗、停止看门狗设备超时时间、关闭看门狗设备的接口。
  • 核心层主要提供看门狗控制器的添加、移除以及管理的能力,通过钩子函数与适配层交互。
  • 适配层主要是将钩子函数的功能实例化,实现具体的功能。

图 1 Watchdog独立服务模式结构图

image

开发指导

场景介绍

对于无法直接观测到的软件异常,我们可以使用看门狗进行自动检测,并在异常产生时及时重置。当驱动开发者需要将Watchdog设备适配到OpenHarmony时,需要进行Watchdog驱动适配。下文将介绍如何进行Watchdog驱动适配。

接口说明

为了保证上层在调用Watchdog接口时能够正确的操作Watchdog控制器,核心层在//drivers/hdf_core/framework/support/platform/include/watchdog/watchdog_core.h中定义了以下钩子函数,驱动适配者需要在适配层实现这些函数的具体功能,并与钩子函数挂接,从而完成适配层与核心层的交互。

WatchdogMethod定义:

struct WatchdogMethod {
    int32_t (*getStatus)(struct WatchdogCntlr *wdt, int32_t *status);
    int32_t (*setTimeout)(struct WatchdogCntlr *wdt, uint32_t seconds);
    int32_t (*getTimeout)(struct WatchdogCntlr *wdt, uint32_t *seconds);
    int32_t (*start)(struct WatchdogCntlr *wdt);
    int32_t (*stop)(struct WatchdogCntlr *wdt);
    int32_t (*feed)(struct WatchdogCntlr *wdt);
    int32_t (*getPriv)(struct WatchdogCntlr *wdt);  // 【可选】如果WatchdogCntlr中的priv成员存在,则按需实例化
    void (*releasePriv)(struct WatchdogCntlr *wdt); // 【可选】
};

表1 WatchdogMethod成员的钩子函数功能说明

成员函数 入参 出参 返回值 功能
getStatus wdt:结构体指针,核心层Watchdog控制器 status:int32_t类型指针,表示获取的看门狗的状态(打开或关闭) HDF_STATUS相关状态 获取看门狗状态
setTimeout wdt:结构体指针,核心层Watchdog控制器;seconds:设置的看门狗超时时间 HDF_STATUS相关状态 设置看门狗超时时间,单位秒,需要保证看门狗实际运行的时间符合该值
getTimeout wdt:结构体指针,核心层Watchdog控制器 seconds:uint32_t类型指针,表示获取的超时时间 HDF_STATUS相关状态 获取看门狗超时时间
start wdt:结构体指针,核心层Watchdog控制器 HDF_STATUS相关状态 启动看门狗
stop wdt:结构体指针,核心层Watchdog控制器 HDF_STATUS相关状态 停止看门狗
feed wdt:结构体指针,核心层Watchdog控制器 HDF_STATUS相关状态 喂狗
getPriv wdt:结构体指针,核心层Watchdog控制器 HDF_STATUS相关状态 获取看门狗驱动的私有数据
releasePriv wdt:结构体指针,核心层Watchdog控制器 HDF_STATUS相关状态 释放看门狗驱动的私有数据

开发步骤

Watchdog模块适配包含以下四个步骤:

  • 实例化驱动入口。
  • 配置属性文件。
  • 实例化Watchdog控制器对象。
  • 驱动调试。

开发实例

下方将基于Hi3516DV300开发板以//device_soc_hisilicon/common/platform/watchdog/watchdog_hi35xx.c驱动为示例,展示需要驱动适配者提供哪些内容来完整实现设备功能。

  1. 实例化驱动入口。

    驱动入口必须为HdfDriverEntry(在 hdf_device_desc.h 中定义)类型的全局变量,且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总,形成一个类似数组的段地址空间,方便上层调用。 一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数,再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时,HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

    Watchdog驱动入口开发参考:

    struct HdfDriverEntry g_watchdogDriverEntry = {
        .moduleVersion = 1,
        .Bind = Hi35xxWatchdogBind,               // 见Bind参考
        .Init = Hi35xxWatchdogInit,               // 见Init参考
        .Release = Hi35xxWatchdogRelease,         // 见Release参考
        .moduleName = "HDF_PLATFORM_WATCHDOG",    // 【必要且与HCS文件中里面的moduleName匹配】
    };
    HDF_INIT(g_watchdogDriverEntry);              // 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
    
  2. 配置属性文件。

    完成驱动入口注册之后,需要在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。deviceNode信息与驱动入口注册相关。本例以一个Watchdog控制器为例,如有多个器件信息,则需要在device_info文件增加对应的deviceNode描述。器件属性值与核心层WatchdogCntlr成员的默认值或限制范围有密切关系,比如Watchdog设备号,需要在watchdog_config.hcs文件中增加对应的器件属性。

    • device_info.hcs 配置参考:

      在//vendor/hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/device_info/device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。

      root {
          device_info {
              match_attr = "hdf_manager";
              device_watchdog :: device {                                 // 设备节点
                  device0 :: deviceNode {                                 // 驱动的DeviceNode节点
                      policy = 2;                                         // policy字段是驱动服务发布的策略,如果需要面向用户态,则为2
                      priority = 20;                                      // 驱动启动优先级
                      permission = 0644;                                  // 驱动创建设备节点权限
                      moduleName = "HDF_PLATFORM_WATCHDOG";               // 【必要】用于指定驱动名称,该字段的值必须和驱动入口结构的moduleName值一致
                      serviceName = "HDF_PLATFORM_WATCHDOG_0";            // 【必要】驱动对外发布服务的名称,必须唯一。
                      deviceMatchAttr = "hisilicon_hi35xx_watchdog_0";    // 【必要】用于配置控制器私有数据,必须和驱动私有数据配置表watchdog_config.hcs中的match_attr值保持一致。
                  } 
              }
          }
      } 
      
    • watchdog_config.hcs 配置参考:

      在//device/soc/hisilicon/hi3516dv300/sdk_liteos/hdf_config/watchdog/watchdog_config.hcs文件配置器件属性,其中配置参数如下:

      root {
          platform {
              template watchdog_controller {                     // 【必要】配置模板,如果下面节点使用时继承该模板,则节点中未声明的字段会使用该模板中的默认值
                  id = 0;                                        // watchdog ID号
                  match_attr = "";
                  regBase = 0x12050000;                          // 【必要】地址映射需要,物理基地址
                  regStep = 0x1000;                              // 【必要】地址映射需要,寄存器偏移步进
              }
              controller_0x12050000 :: watchdog_controller {     // 【必要】是作为设备驱动私有数据匹配的关键字
                  match_attr = "hisilicon_hi35xx_watchdog_0";    // 【必要】必须和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
              }
                                                                 // 如果存在多个watchdog设备时【必须】添加节点,否则不用
              ...
          }
      }
      

      需要注意的是,新增watchdog_config.hcs配置文件后,必须在产品对应的hdf.hcs文件中将其包含如下语句所示,否则配置文件无法生效。

      #include "../../../../device/soc/hisilicon/hi3516dv300/sdk_liteos/hdf_config/watchdog/watchdog_config.hcs" // 配置文件相对路径
      
  3. 实例化Watchdog控制器对象。

    完成驱动入口注册之后,下一步就是以核心层WatchdogCntlr对象的初始化为核心,包括驱动适配者自定义结构体(传递参数和数据),实例化WatchdogCntlr成员WatchdogMethod(让用户可以通过接口来调用驱动底层函数),实现HdfDriverEntry成员函数(Bind,Init,Release)。

    • 驱动适配者自定义结构体参考。

      从驱动的角度看,驱动适配者自定义结构体是参数和数据的载体,而且watchdog_config.hcs文件中的数值会被HDF读入通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员,其中一些重要数值也会传递给核心层WatchdogCntlr对象,例如watchdog设备ID号。

      struct Hi35xxWatchdog {
          struct WatchdogCntlr wdt;           // 【必要】是核心层控制对象,具体描述见下面
          OsalSpinlock lock;                  // 【必要】驱动适配者需要基于此锁变量对watchdog设备实现对应的加锁解锁
          volatile unsigned char *regBase;    // 【必要】地址映射需要,寄存器基地址
          uint32_t phyBase;                   // 【必要】地址映射需要,物理基址
          uint32_t regStep;                   // 【必要】地址映射需要,寄存器偏移步进
      };
      
      struct WatchdogCntlr {                  // WatchdogCntlr是核心层控制器结构体,其中的成员在Init函数中会被赋值。
          struct IDeviceIoService service;    // 驱动服务
          struct HdfDeviceObject *device;     // 驱动设备对象
          OsalSpinlock lock;                  // 自旋锁
          struct WatchdogMethod *ops;         // 钩子函数
          int16_t wdtId;                      // watchdog设备ID号
          void *priv;                         // 私有数据
      };
      
    • WatchdogCntlr成员钩子函数结构体WatchdogMethod的实例化,其他成员在Init和Bind函数中初始化。

      static struct WatchdogMethod g_method = {      // 钩子函数实例化
          .getStatus = Hi35xxWatchdogGetStatus,      // 获取看门狗状态
          .start = Hi35xxWatchdogStart,              // 启动看门狗
          .stop = Hi35xxWatchdogStop,                // 停止看门狗
          .setTimeout = Hi35xxWatchdogSetTimeout,    // 设置看门狗超时时间
          .getTimeout = Hi35xxWatchdogGetTimeout,    // 获取看门狗超时时间
          .feed = Hi35xxWatchdogFeed,                // 喂狗
      };
      
    • Init函数和Bind函数开发参考:

      入参:

      HdfDeviceObject:HDF框架给每一个驱动创建的设备对象,用来保存设备相关的私有数据和服务接口。

      返回值:

      HDF_STATUS相关状态 (下表为部分展示,如需使用其他状态,可见//drivers/hdf_core/framework/include/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS的定义)。

      表2 Init函数和Bind函数返回值和描述

状态(值) 问题描述
HDF_ERR_INVALID_OBJECT 控制器对象非法
HDF_ERR_MALLOC_FAIL 内存分配失败
HDF_ERR_IO I/O 错误
HDF_SUCCESS 初始化成功
HDF_FAILURE 初始化失败
  函数说明:

  初始化自定义结构体对象,初始化WatchdogCntlr成员,调用核心层WatchdogCntlrAdd函数,完成看门狗控制器的添加。

  ```c
  // 一般而言,Init函数需要根据入参(HdfDeviceObject对象)的属性值初始化Hi35xxWatchdog结构体的成员,
  // 但watchdog_hi35xx.c示例中是在bind函数中实现的
  static int32_t Hi35xxWatchdogInit(struct HdfDeviceObject *device)
  {
      (void)device;
      return HDF_SUCCESS;
  }

  static int32_t Hi35xxWatchdogBind(struct HdfDeviceObject *device)
  {
      int32_t ret;
      struct Hi35xxWatchdog *hwdt = NULL;
      ...
      hwdt = (struct Hi35xxWatchdog *)OsalMemCalloc(sizeof(*hwdt)); //Hi35xxWatchdog 结构体指针的内存申请
      ...
      hwdt->regBase = OsalIoRemap(hwdt->phyBase, hwdt->regStep);    //地址映射
      ...
      hwdt->wdt.priv = (void *)device->property;                    // 【必要】此处是将设备属性的内容赋值给priv成员,但后续没有调用 priv 成员,
                                                                    // 如果需要用到priv成员,需要额外实例化WatchdogMethod的getPriv和releasePriv成员函数
      hwdt->wdt.ops = &g_method;                                    // 【必要】WatchdogMethod实例化对象的挂载
      hwdt->wdt.device = device;                                    // 【必要】这是为了方便HdfDeviceObject与WatchdogcCntlr相互转化
      ret = WatchdogCntlrAdd(&hwdt->wdt);                           // 【必要】调用此函数初始化核心层结构体,返回成功信号后驱动才完全接入平台核心层
      if (ret != HDF_SUCCESS) {                                     // 不成功的话,需要去除映射并释放Init函数申请的资源
          OsalIoUnmap((void *)hwdt->regBase);
          OsalMemFree(hwdt);
          return ret;
      }    
      return HDF_SUCCESS;
  }
  ```
  • Release函数开发参考:

    入参:

    HdfDeviceObject:HDF框架给每一个驱动创建的设备对象,用来保存设备相关的私有数据和服务接口。

    返回值:

    无。

    函数说明:

    该函数需要在驱动入口结构体中赋值给Release,当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时,可以调用Release释放驱动资源。该函数中需包含释放内存和删除控制器等操作。

    static void Hi35xxWatchdogRelease(struct HdfDeviceObject *device)
    {
        struct WatchdogCntlr *wdt = NULL;
        struct Hi35xxWatchdog *hwdt = NULL;
        ...
        wdt = WatchdogCntlrFromDevice(device);    // 【必要】通过device获取WatchdogCntlr
        ...
        if (wdt == NULL) {
            return;
        }
        WatchdogCntlrRemove(wdt);                 // 【必要】调用WatchdogCntlrRemove函数来释放WatchdogCntlr对象的内容
        hwdt = (struct Hi35xxWatchdog *)wdt;      // 这里将WatchdogCntlr转化为Hi35xxWatchdog
        if (hwdt->regBase != NULL) {              // 【必要】解除地址映射
            OsalIoUnmap((void *)hwdt->regBase);
            hwdt->regBase = NULL;
        }
        OsalMemFree(hwdt);                        // 【必要】释放驱动适配者自定义对象占用的内存
    }
    
  1. 驱动调试。

    【可选】针对新增驱动程序,建议验证驱动基本功能,例如挂载后的信息反馈,数据传输的成功与否等。