看门狗原理
?原文地址：https://blog.csdn.net/u012803067/article/details/59058186
最近需要在板子上加上一塊WatchDog，以確保在系統出錯時自動重啟，所以看了一些在嵌入式系統中使用看門狗的資料，現在總結如下：
一、看門狗原理
? ? 在產品化的嵌入式系統中，為了使系統在異常情況下能自動復位，一般都需要引入看門狗。
? ? 看門狗其實就是一個可以在一定時間內被復位的計數器。當看門狗啟動后，計數器開始自動計數，經過一定時間，如果沒有被復位，計數器溢出就會對CPU產生一個復位信號使系統重啟（俗稱“被狗咬”）。系統正常運行時，需要在看門狗允許的時間間隔內對看門狗計數器清零（俗稱“喂狗”），不讓復位信號產生。如果系統不出問題，程序保證按時“喂狗”，一旦程序跑飛，沒有“喂狗”，系統“被咬”復位。
? ? 這就好比你的身邊有一只時刻饑餓的狗，你不按時給它肉吃，它就會吃你的肉，你被吃了......掛了，投胎轉世，徹底重新做人了。不幸的是來世你還得喂狗-_-!!
二、看門狗的種類
? ? 在現在的嵌入式系統中主要可以分為兩種類型的看門狗：
? ??1、CPU內部自帶的看門狗：此類看門狗一般是將一個芯片中的定時器來作為看門狗，通過程序的初始化，寫入初值，設定溢出時間，并啟動定時器。程序按時對定時器賦初值（或復位），以免被咬。這種看門狗是可以被禁用的（只要停止這個定時器即可），好比對那只要咬你的狗來個“葵花點穴手”。大部分CPU都內置看門狗，硬件原理可參考各芯片數據手冊。
???優點：可以通過程序改變溢出時間；可以隨時禁用
? ?缺點：需要初始化；如果程序在初始化、啟動完成前跑飛或在禁用后跑飛，看門狗就無法復位系統，這樣看門狗的作用就沒有了，系統恢復能力降低。
???2、獨立的看門狗芯片：這種看門狗主要有一個用于喂狗的引腳（一般與CPU的GPIO相連）和一個復位引腳（與系統的RESET引腳相連），如果沒有在一定時間內改變喂狗腳的電平，復位引腳就會改變狀態復位CPU。此類看門狗一上電就開始工作，無法禁用。現在常用的芯片有：CAT705/CAT706、IMP706等等，溢出時間在1.6秒左右。 硬件原理可以參考各芯片數據手冊和《基于Linux的嵌入式系統全程喂狗策略》。
??優點：無須配置，上電即用。無法禁用，系統必須按時喂狗，系統恢復能力高。
??缺點：無法靈活配置溢出時間，無法禁用，靈活性降低。
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? ? 當然還有所謂的軟件看門狗，這其實是也是一種監控軟件。
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? ? ?一些重要的程序，必須讓它一直跑著；而且還要時時關心它的狀態——不能讓它出現死鎖現象。（當然，如果一個主程序會出現死鎖，肯定是設計或者編程上的失誤。首要做的事是Debug。）但如果時間緊迫可以用軟件看門狗，暫時應急。
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? ? 這種監控軟件運行不出現界面窗口，具有一定的隱蔽性；它定時判斷目標進程是否運行在當前系統中，如果沒有則啟動目標進程；判斷目標進程是否“無響應”，如果是則終止目標進程；如果目標進程“無響應”的次數超過一定的數量，則重啟整個系統。它的目的也是復位，但是它主要市復位進程，實在不行才復位CPU。
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? ? 這種軟件屬于監控軟件，不在本文的敘述范圍之內。
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三、看門狗的選擇
??? ?在一般的民用產品，對系統的穩定性沒有太高要求的場合，可以使用內置看門狗，可以簡化軟件開發和硬件成本。
? ? 在工控產品和對系統的穩定性有較高要求的關鍵場合，基本都選用硬件獨立看門狗，確保系統在面對嚴重錯誤時的恢復能力。增加了硬件成本，稍微加大了軟件的開發難度（必須確保在正常情況下的不斷喂狗）。
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四、在bootloader下的使用
? ?如果是CPU內置的看門狗，一般在這階段可以禁用，所有沒什么特殊的操作。
但是如果是獨立的看門狗芯片就必須喂了。或者為了保險，你在bootloader中就啟動了看門狗，也得喂了。
? ?bootloader有很多，基本原理都是一樣的，喂狗的過程也基本一樣，在這里以uboot為例講解如何喂狗。
u-boot的運行分為以下幾個階段：
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最早的簡單初始化，代碼重定位的自拷貝階段
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系統詳細初始化階段
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控制臺階段（如果使用了自動啟動，則跳過）
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OS內核拷貝（可能帶有解壓過程），跳入操作系統
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（待完善）
五、在Linux下使用
? ? ?在bootloader加載了內核之后，系統就開始由Linux內核接管。而喂狗的工作自然也開始由內核來承擔。在bootloader將控制權給內核之后，時間上可以分為以下幾個部分：
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內核自解壓階段（壓縮內核才有：zImage或bzImage）
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內核啟動到看門狗驅動加載之前
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看門狗驅動加載后到根文件系統啟動前
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根文件系統啟動后到看門狗守護進程啟動前
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看門狗守護進程啟動后
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? ? 對于使用CPU內置的看門狗，在1～4階段，看門狗一般都沒有啟動，無需喂狗。只有在看門狗守護進程啟動后，由守護進程打開看門狗，并根據配置文件監控其他進程的狀態來開始喂狗。如果被監控進程出現不可修復的問題，守護進程停止喂狗，CPU復位。
? ? 對于獨立的看門狗芯片，系統一上電就必須不斷喂狗，接過bootloader的接力棒繼續喂狗。
? ? 首先在第1階段，內核的自解壓一般時間較長，必須在自解壓的循環過程中加入喂狗代碼（可能還要是匯編形式的）。一旦在這過程中跑飛，就不會喂狗，CPU復位。
? ?在第2階段，這段時間一般不會很長，可以不用喂狗。但是這也和你的內核有關，如果在這個階段正好有比較耗時的模塊啟動的話，你可以在這個模塊的初始化函數或者比較耗時的循環和等待中添加喂狗代碼。具體在哪些模塊中加，要嘗試啟動幾次就知道了，靠實驗和經驗。
? ?在看門狗驅動加載時，一般會在模塊初始化代碼中喂一次狗。
? ?在第3階段，和第2階段類似，如果在這個階段正好有比較耗時的模塊啟動的話，你可以在這個模塊的初始化函數或者比較耗時的循環和等待中添加喂狗代碼。但是在根文集系統掛載時，根據文件系統的性質和大小，可能需要在文件系統代碼中添加喂狗指令。
? ?第4階段是一個比較耗時的階段，一般會在系統啟動腳本中添加一些簡單的喂狗的shell命令，例如：“echo V > /dev/watchdog”，加的位置根據系統的啟動過程而異。
? ?在第5階段，一切都由看門狗守護進程來實現喂狗了。
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內核看門狗的框架分析
（待續）
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其實對于看門狗在Linux系統中的使用還有一種形式是雙狗：
在內核中用內核線程硬件的看門狗，這個硬件看門狗的作用在于保證內核宕機時可以復位。
在內核產生軟件看門狗，用守護進程或者需要監控的進程去喂狗，這個看門狗保證關鍵進程可以復位。
推薦參考資料：
? ? 看門狗驅動：
? ? ?linux/drivers/watchdog ：其中包含所有看門狗驅動：
? ? ? watchdog_core.c、watchdog_dev.c和watchdog_dev.h是內核看門狗的框架核心，看門狗的驅動當然最好是在這個框架下編寫比較好。但是好像其中的驅動并不都只這樣。、
? ? ?linux/Documentation/watchdog/watchdog-kernel-api.txt 內核看門狗框架API說明文檔
? ???內核看門狗驅動官網????
? ?《ARM-Linux驅動--Watch Dog Timer(看門狗)驅動分析》（沒有使用內核看門狗框架）
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看門狗守護進程：
? ? 源碼下載：http://www.ibiblio.org/pub/Linux/system/daemons/watchdog/
總結
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