嵌入式Linux之我行——S3C2440上看门狗(Watchdog)驱动开发实例讲解

共享资源 ，欢迎转载： http://hbhuanggang.cublog.cn 一、开发环境

• 主  机：VMWare--Fedora 9
• 开发板：Mini2440--64MB Nand, Kernel:2.6.30.4
• 编译器：arm-linux-gcc-4.3.2

二、相关概念 1、平台设备及平台设备驱动：
这个在前面篇幅：S3C2440上RTC时钟驱动开发实例讲解 中已经讲过了。这里只需了解一下系统为我们定义的看门狗(Watchdog)平台设备及资源情况，在arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c中，如下： de>/* Watchdog */ de> de>/*定义了Watchdog平台设备使用的资源，这些资源在驱动程序中都会用到*/
static struct resource s3c_wdt_resource[ ] = {
    [ 0] = { /*Watchdog所使用IO端口资源范围*/
        . start = S3C24XX_PA_WATCHDOG,
        . end   = S3C24XX_PA_WATCHDOG + S3C24XX_SZ_WATCHDOG - 1,
        . flags = IORESOURCE_MEM,
    } ,
    [ 1] = { /*Watchdog中断资源*/
        . start = IRQ_WDT,
        . end   = IRQ_WDT,
        . flags = IORESOURCE_IRQ,
    }
} ;
de> de>/*定义了Watchdog平台设备*/
struct platform_device s3c_device_wdt = {
    . name          = "s3c2410-wdt" , /*设备名称*/
    . id            = - 1,
    . num_resources = ARRAY_SIZE( s3c_wdt_resource) , /*资源数量*/
    . resource      = s3c_wdt_resource, /*引用上面定义的资源*/
} ;

EXPORT_SYMBOL( s3c_device_wdt) ; de> 2、混杂设备(misc设备)
misc设备是Linux定义的主设备号为10的特殊字符设备，因为不符合字符设备的范畴，所以被归纳为 misc设备，在Linux中有很多这种设备，例如：LED设备、Watchdog设备等等，系统会根据设备的次设备号来区分具体是哪个设备，通常这些次设备号被定义在include/linux/miscdevice.h中。在Linux中用miscdevice结构体来描述一个misc设备，这就意味着被定义为misc设备的驱动中就要实现该结构体中的接口函数。该结构体也定义在miscdevice.h中，如下： de>struct miscdevice {
    int minor;
    const char * name;
    const struct file_operations * fops;
    struct list_head list ;
    struct device * parent;
    struct device * this_device;
} ; de> 三、实例讲解 1、Watchdog硬件结构图分析：
我们从结构图和数据手册得知，看门狗Watchdog主要是实现系统自动复位的功能，他是利用芯片内部的定时器，定时输出连接到电路的复位端，程序在一定时间范围内对定时器清零(俗称“喂狗”)，所以程序在正常工作时，定时器总是不能溢出，也就不能产生复位信号；如果程序出现错误，不在定时周期内复位看门狗，那么定时器就会溢出而产生复位信号使系统复位。 S3C2440的Watchdog模块提供了三个寄存器来对Watchdog进行操作，他们分别是：定时器控制寄存器WTCON、定时器数据寄存器 WTDAT和定时器计数寄存器WTCNT。注意：在对定时器数据寄存器WTDAT进行操作时必须在定时器控制寄存器WTCON使能之前写入一个计数目标值，当Watchdog使能开启后，WTDAT中的值会自动被加载到计数寄存器WTCNT中，然后Watchdog从CPU内部的时钟分频和时钟除数因子得到一个工作周期，当每个周期结束时计数寄存器WTCNT中的值会1，直到递减为0时，如果还不重新往WTCNT中写入新的计数目标值(即“喂狗”)，则 Watchdog就产生复位信号使系统复位。关于这些寄存器的功能和寄存器的各个位的操作值请参考数据手册。 2、Watchdog驱动程序具体实现步骤(建立驱动文件my2440_watchdog.c)： 注意：在每步中，为了让代码逻辑更加有条理和容易理解，就没有考虑代码的顺序，比如函数要先定义后调用。如果要编译此代码，请严格按照C语言的规范来调整代码的顺序。 ①、 依然是驱动程序的最基本结构：Watchdog 驱动的初始化和卸载部分及其他，如下： de># include < linux/ kernel. h>
# include < linux/ module. h>
# include < linux/ init. h>
# include < linux/ platform_device. h> de> de> de>  de>/*Watchdog平台驱动结构体，平台驱动结构体定义在platform_device.h中，该结构体内的接口函数在第②、④步中实现*/
static struct platform_driver watchdog_driver =
{
    . probe       = watchdog_probe,    /*Watchdog探测函数，在第②步中实现*/
    . remove       = __devexit_p( watchdog_remove) , /*Watchdog移除函数, 在第④步中实现*/
    . shutdown    = watchdog_shutdown,  /*Watchdog关闭函数，在第④步中实现*/
    . suspend    = watchdog_suspend,   /*Watchdog挂起函数，在第④步中实现*/
    . resume     = watchdog_resume,    /*Watchdog恢复函数，在第④步中实现*/
    . driver     =
    {
        /*注意这里的名称一定要和系统中定义平台设备的地方一致，这样才能把平台设备与该平台设备的驱动关联起来*/
        . name   = "s3c2410-wdt" ,
        . owner  = THIS_MODULE,
    } ,
} ;

static int __init watchdog_init( void )
{
    /*将Watchdog注册成平台设备驱动*/
    return platform_driver_register( & watchdog_driver) ;
}

static void __exit watchdog_exit( void )
{
    /*注销Watchdog平台设备驱动*/
    platform_driver_unregister( & watchdog_driver) ;
}

module_init( watchdog_init) ;
module_exit( watchdog_exit) ;

/*驱动程序模块参数，如果在加载驱动模块时没有设定这些参数，则这些参数将采用默认值，
  这些参数在接下来的步骤中将被一一用到，参数具体作用也将在各步骤中来说明*/
module_param( tmr_margin, int , 0) ;
module_param( tmr_atboot, int , 0) ;
module_param( nowayout,    int , 0) ;
module_param( soft_noboot, int , 0) ;

MODULE_LICENSE( "GPL" ) ;
MODULE_AUTHOR( "Huang Gang" ) ;
MODULE_DESCRIPTION( "My2440 Watchdog Driver" ) ; de>   ②、 Watchdog平台驱动结构中探测函数watchdog_probe的实现。探测就意味着在系统总线中去检测设备的存在，然后获取设备有用的相关资源信息，以便我们使用这些信息。代码如下： de># include < linux/ irq. h>
# include < asm / io. h>
# include < linux/ clk. h>
# include < linux/ ioport. h>
# include < plat/ regs- watchdog. h>
# include < linux/ miscdevice. h>

/*定义了一个用来保存watchdog的IO端口占用的IO空间和经过虚拟映射后的内存地址*/
static struct resource * wdt_mem;
static void __iomem * wdt_base;

/*保存watchdog中断号，NO_IRQ宏定义在irq.h中*/
static int wdt_irqno = NO_IRQ;

/*保存从平台时钟队列中获取watchdog的时钟*/
static struct clk * wdt_clock;

# define CONFIG_WATCHDOG_ATBOOT            ( 0)
# define CONFIG_WATCHDOG_DEFAULT_TIME    ( 15)
static int tmr_atboot = CONFIG_WATCHDOG_ATBOOT;
static int tmr_margin = CONFIG_WATCHDOG_DEFAULT_TIME;
static int soft_noboot;
static unsigned int      wdt_count; /*用于保存经计算后得到的计数寄存器WTCNT的计数值*/

/*申明并初始化一个自旋锁wdt_pie_lock，对Watchdog资源进行互斥访问*/
static DEFINE_SPINLOCK( wdt_pie_lock) ;

static int __devinit watchdog_probe( struct platform_device * pdev)
{
    int ret;
    int started = 0;
    struct resource * res; /*定义一个资源，用来保存获取的watchdog的IO资源*/

     /*在系统定义的watchdog平台设备中获取watchdog中断号
     platform_get_irq定义在platform_device.h中*/
    wdt_irqno = platform_get_irq( pdev, 0) ;
    if ( wdt_irqno < 0)
    {
         /*获取watchdog中断号不成功错误处理
         dev_err定义在device.h中，在platform_device.h中已经引用，所以这里就不需再引用了*/
        dev_err( & pdev- > dev, "no irq for watchdog/n" ) ;
        return - ENOENT;
    }

     /*申请Watchdog中断服务，这里使用的是快速中断:IRQF_DISABLED。
     中断服务程序为:wdt_irq，将Watchdog平台设备pdev做参数传递过去了*/
    ret = request_irq( wdt_irqno, wdt_irq, IRQF_DISABLED, pdev- > name, pdev) ;
    if ( ret)
    {
        /*错误处理*/
        dev_err( dev, "IRQ%d error %d/n" , wdt_irqno, ret) ;
        return ret;
    }

    /*获取watchdog平台设备所使用的IO端口资源，注意这个IORESOURCE_MEM标志和watchdog平台设备定义中的一致*/
    res = platform_get_resource( pdev, IORESOURCE_MEM, 0) ;
    if ( res = = NULL )
    {
        /*错误处理*/
        dev_err( & pdev- > dev, "failed to get memory region resource/n" ) ;
        return - ENOENT;
    }

     /*从平台时钟队列中获取watchdog的时钟，这里为什么要取得这个时钟，因为看门狗定时器的工作周期是由这个
     时钟和时钟除数因子得到的。注意这里的watchdog参数要与系统中定义的时钟名称一致才能获取得到，也就是
     说，系统必须先定义得有watchdog。系统的一些时钟定义在arch/arm/plat-s3c24xx/s3c2410-clock.c中*/
    wdt_clock = clk_get( & pdev- > dev, "watchdog" ) ;
    if ( IS_ERR( wdt_clock) )
    {
        /*错误处理*/
        dev_err( & pdev- > dev, "failed to find watchdog clock source/n" ) ;
        return PTR_ERR( wdt_clock) ;
    }

    /*时钟获取后要使能后才可以使用，clk_enable定义在arch/arm/plat-s3c/clock.c中*/
    clk_enable( wdt_clock) ;

     /*申请watchdog的IO端口资源所占用的IO空间(要注意理解IO空间和内存空间的区别),
     request_mem_region定义在ioport.h中*/
    wdt_mem = request_mem_region( res- > start, res- > end - res- > start + 1, pdev- > name) ;
    if ( wdt_mem = = NULL )
    {
        /*错误处理*/
        dev_err( & pdev- > dev, "failed to reserve memory region/n" ) ;
        ret = - ENOENT;
        goto err_noclk;
    }

     /*将watchdog的IO端口占用的这段IO空间映射到内存的虚拟地址，ioremap定义在io.h中。
     注意：IO空间要映射后才能使用，以后对虚拟地址的操作就是对IO空间的操作，*/
    wdt_base = ioremap( res- > start, res- > end - res- > start + 1) ;
    if ( wdt_base = = NULL )
    {
        /*错误处理*/
        dev_err( & pdev- > dev, "failed ioremap()/n" ) ;
        ret = - EINVAL;
        goto err_noreq;
    }

    /*好了，通过上面的步骤已经将watchdog的资源都准备好了，下面就开始使用啦*/

     /*这里是计算并设置看门狗定时器时钟周期值，wdt_set_heartbeat定义在下面。符合数据手册中要求的“在看门狗定时
    器开始工作之前，一个初始值必须先写入看门狗定时器计数寄存器WTCNT中”。其实这里就是初始化看门狗定时器*/
    if ( wdt_set_heartbeat( pdev, tmr_margin) )
    {
        /*这里调用两次的意思是看能不能设置成期望的值，如果不能就设置默认的值*/
        started = wdt_set_heartbeat( pdev, CONFIG_WATCHDOG_DEFAULT_TIME) ;

        /*打印设置的值信息*/
        if ( started = = 0)
            dev_info( & pdev- > dev, "tmr_margin value out of range, default %d used/n" , CONFIG_WATCHDOG_DEFAULT_TIME) ;
        else
            dev_info( & pdev- > dev, "default timer value is out of range, cannot start/n" ) ;
    }

     /*device_init_wakeup该函数定义在pm_wakeup.h中，定义如下：
    static inline void device_init_wakeup(struct device *dev, int val){
        dev->power.can_wakeup = dev->power.should_wakeup = !!val;}
    显然这个函数是让驱动支持电源管理的,这里只要知道,can_wakeup为1时表明这个设备可以被唤醒,设备驱动为了支持
    Linux中的电源管理,有责任调用device_init_wakeup()来初始化can_wakeup，而should_wakeup则是在设备的电源状态
    发生变化的时候被device_may_wakeup()用来测试,测试它该不该变化，因此can_wakeup表明的是一种能力，
    而should_wakeup表明的是有了这种能力以后去不去做某件事。好了，我们没有必要深入研究电源管理的内容了，
    要不就扯远了，电源管路以后再讲*/
    device_init_wakeup( & pdev- > dev, 1) ;

     /*把看门狗设备又注册成为misc设备，misc_register定义在miscdevice.h中
     wdt_miscdev结构体定义及内部接口函数在第③步中讲*/
    ret = misc_register( & wdt_miscdev) ;
    if ( ret)
    {
        /*错误处理*/
        dev_err( & pdev- > dev, "cannot register miscdev on minor=%d (%d)/n" , WATCHDOG_MINOR, ret) ;
        goto err_nomap;
    }

    /*函数wdt_start_or_stop定义在下面*/
    if ( tmr_atboot & & started = = 0)
    {
        wdt_start_or_stop( 1) ; /*参数1表示启动看门狗定时器*/
    }
    else if ( ! tmr_atboot)
    {
        wdt_start_or_stop( 0) ; /*参数0表示停止看门狗定时器*/
    }

    return 0;
 
//以下是上面错误处理的跳转点

err_noclk:
    clk_disable( wdt_clock) ;
    clk_put( wdt_clock) ;

err_noreq:
    release_resource( wdt_mem) ;
    kfree( wdt_mem) ;

err_nomap:
    iounmap( wdt_base) ;

    return ret;
}

/*看门狗定时器中断服务程序*/
static irqreturn_t wdt_irq( int irq, void * argv)
{
    /*主要要做的事情是在看门狗定时器计数寄存器值递减到0之前重新写入新值(即：“喂狗”)*/
    wdt_keepalive( ) ;

    return IRQ_HANDLED;
}

/*看门狗定时器“喂狗”*/
static void wdt_keepalive( void )
{
    spin_lock( & wdt_lock) ; /*获取自旋锁保护临界区资源*/

    writel( wdt_count, wdt_base + S3C2410_WTCNT) ; /*往计数寄存器WTCNT重新写入计数值*/

    spin_unlock( & wdt_lock) ; /*释放自旋锁，即解锁*/
}

/*计算并设置看门狗定时器时钟周期值并初始化看门狗定时器*/
static int wdt_set_heartbeat( struct platform_device * pdev, int timeout)
{
    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;
    count = timeout * freq;

    if ( count > = 0x10000)
    {     
        for ( divisor = 1; divisor < = 0x100; divisor+ + )
        {
            if ( ( count / divisor) < 0x10000)
                break ;
        }

        if ( ( count / divisor) > = 0x10000)
        {
            dev_err( & pdev- > dev, "timeout %d too big/n" , timeout) ;
            return - EINVAL;
        }
    }

    tmr_margin = timeout;

    count / = divisor;
    wdt_count = count ;

    wtcon = readl( wdt_base + S3C2410_WTCON) ; /* wtcon=1000000000100001 这是控制寄存器的默认值，看数据手册得到*/
    wtcon & = ~ S3C2410_WTCON_PRESCALE_MASK; /* wtcon=1000000000100001 & ~1111111100000000 = 0000000000100001 */
     /*S3C2410_WTCON_PRESCALE宏是将divisor-1的值向左位移8位，也就是说该值的右8位都为0，则计算如下：
     wtcon=0000000000100001 | (xxxxxxxx)00000000 = (xxxxxxxx)00100001*/
    wtcon | = S3C2410_WTCON_PRESCALE( divisor- 1) ;

    /*设置看门狗定时器数据寄存器WTDAT的值，然后WTDAT的值会自动加载到WTCNT中*/
    writel( count , wdt_base + S3C2410_WTDAT) ;

     /*根据数据手册和上面计算的wtcon值可得，下面是设置看门狗定时控制寄存器WTCON为：
     看门狗定时器输出使能有效、一个保留位默认0、中断使能无效、时钟除数因子为16、
     看门狗定时器使能有效、两个保留位默认00、预定标器值为xxxxxxxx的内容。*/
    writel( wtcon, wdt_base + S3C2410_WTCON) ;

    return 0;
}

/*根据标志flag的值来启动或者停止看门狗定时器，1表示启动,0表示停止*/
static void wdt_start_or_stop( int flag)
{
    unsigned long wtcon;

    spin_lock( & wdt_pie_lock) ; /*获取自旋锁保护临界区资源*/

    /*停止看门狗定时器，以下各寄存器的位操作请参照数据手册*/
    wtcon = readl( wdt_base + S3C2410_WTCON) ;
    wtcon & = ~ ( S3C2410_WTCON_ENABLE | S3C2410_WTCON_RSTEN) ;
    writel( wtcon, wdt_base + S3C2410_WTCON) ;

    if ( ! flag)
    {
        wtcon = readl( wdt_base + S3C2410_WTCON) ;
        wtcon | = S3C2410_WTCON_ENABLE | S3C2410_WTCON_DIV128;

        if ( soft_noboot)
        {
            wtcon | = S3C2410_WTCON_INTEN;
            wtcon & = ~ S3C2410_WTCON_RSTEN;
        }
        else
        {
            wtcon & = ~ S3C2410_WTCON_INTEN;
            wtcon | = S3C2410_WTCON_RSTEN;
        }

        writel( wdt_count, wdt_base + S3C2410_WTDAT) ;
        writel( wdt_count, wdt_base + S3C2410_WTCNT) ;
        writel( wtcon, wdt_base + S3C2410_WTCON) ;
    }

    spin_unlock( & wdt_pie_lock) ; /*释放自旋锁，即解锁*/
} de>   ③ 、 实现misc设备中对设备文件的操作，代码如下： de># include < linux/ fs. h>
# include < linux/ interrupt. h>
# include < linux/ watchdog. h>

/*申明并初始化一个信号量open_clock，对Watchdog资源进行互斥访问，注意：这里的信号量和第②步中的
  自旋锁的区别，虽然都是达到资源互斥访问的目的，但信号量是进程级的，也就是说信号量是用在多个进程
  中对同一资源的互斥访问，下面的使用会在wdt_open和wdt_release两个进程中对Watchdog资源进行互斥访问。
  对于自旋锁和信号量的具体区别，请在网上找，这里不再多说了*/
static DECLARE_MUTEX( open_clock) ;

/*用来表示Linux内核配置选项中配不配置CONFIG_WATCHDOG_NOWAYOUT项，WATCHDOG_NOWAYOUT定义在watchdog.h中*/
static int nowayout    = WATCHDOG_NOWAYOUT;

typedef enum close_state
{
    CLOSE_STATE_NOT,
    CLOSE_STATE_ALLOW = 0x4021
} close_state_t;
static close_state_t allow_close; /*用于记录看门狗定时器的当前的操作状态*/

/*misc设备结构体实现*/
static struct miscdevice wdt_miscdev = {
    . minor        = WATCHDOG_MINOR, /*WATCHDOG_MINOR次设备号定义在miscdevice.h中为130*/
    . name        = "watchdog" ,      /*设备名称*/
    . fops        = & wdt_fops,      /*实现字符设备的相关操作*/
} ;

/*字符设备的相关操作实现*/
static const struct file_operations wdt_fops = {
    . owner        = THIS_MODULE,
    . open         = wdt_open,
    . release    = wdt_release,
    . write         = wdt_write,
    . ioctl        = wdt_ioctl,
    . llseek        = no_llseek, /*定义为不可定位，即屏蔽seek操作，no_llseek定义在fs.h中*/
} ;

/*看门狗设备驱动的打开接口函数*/
static int wdt_open( struct inode * inode, struct file * file )
{
    /*试着获取信号量(即：加锁)，如果获取不成功，说明其他进程此时占用了，就返回忙*/
    if ( down_trylock( & open_clock) )
    {
        return - EBUSY;
    }

    if ( nowayout)
    {
        /*如果内核配置了CONFIG_WATCHDOG_NOWAYOUT项，则使模块使用计数加1*/
        __module_get( THIS_MODULE) ;
    }

    /*开始记录看门狗定时器的当前操作状态为：无状态*/
    allow_close = CLOSE_STATE_NOT;

    /*启动看门狗定时器*/
    wdt_start_or_stop( 1) ;

    /*表示返回的这个设备文件是不可以被seek操作的，nonseekable_open定义在fs.h中*/
    return nonseekable_open( inode, file ) ;
}

/*看门狗设备驱动的关闭接口函数*/
static int wdt_release( struct inode * inode, struct file * file )
{
    /*如果判断到当前操作状态是可以关闭看门狗定时器时就关闭，否则就是“喂狗”状态*/
    if ( allow_close = = CLOSE_STATE_ALLOW)
    {
        wdt_start_or_stop( 0) ;