T113-I打造高可靠性嵌入式系统，1.12秒极限下的看门狗喂狗之法

前言：

在嵌入式系统使用中，看门狗（Watchdog）是保障系统稳定性的重要机制之一，守护着系统的稳定运行。常规实现是通过应用层参与喂狗操作，存在不稳定因素，也无法处理系统启动过程中的异常。本文将分享一种在T113-I平台上实现的uboot至kernel看门狗无缝衔接技术，且做到系统全自动喂狗，真正保障系统的高可靠性。

一、难点分析

实现从上电开始的系统全自动喂狗机制，可以确保系统在任何阶段都不会因看门狗超时而重启复位。然而，高可靠的嵌入式系统往往需要监管严苛且及时，能够在异常的第一时间产生响应，因此又需要选用超时时间极短的看门狗芯片。

喂狗间隙短，从uboot至kernel的无缝切换便成了横亘在高可靠性嵌入式系统设计中的一大难题。

二、环境说明

主控平台：眺望电子AC113I-92M-SNLI工业级核心板，基于全志T113-I处理器；

看门狗芯片：思瑞浦（3PEAK）TPV6823S-TR，其复位时间为 1.12 秒；

SDK版本：talowe-T113-I-Tina-sdk.tar.gz，

虚拟机环境：ubuntu20.04

硬件原理图：PE1为喂狗引脚

三、方案设计

针对 1.12 秒的复位时间限制，制定了如下分阶段的实现方案，确保从 uboot 到 kernel 的全过程都能及时喂狗：

阶段 1：uboot 电平翻转，验证喂狗引脚的控制能力。

阶段 2：uboot 喂狗，确保在 uboot 命令行停留时不会超时重启。

阶段 3：kernel 喂狗，保证系统进入内核后能持续喂狗。

阶段 4：uboot 到 kernel 的无缝衔接，确保系统从上电到完全启动的整个过程中，看门狗不会超时重启。

四、实现步骤

4.1uboot 电平翻转测试验证

喂狗引脚为 PE1，我们需要先验证对该引脚的电平控制能力。通过查阅《T113-i_User_Manual_V1.5.pdf》，找到 PE 相关寄存器的地址。

在brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/cmd/ 目录下新建 gpio_toggle.c 文件，编写码实现 PE1 引脚的输出模式设置和电平翻转功能

brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/cmd/gpio_toggle.c

#include#include
#defineT113_I_GPIOE_CFG00x020000C0#defineT113_I_GPIOE_CFG10x020000C4#defineT113_I_GPIOE_DAT0x020000D0#defineT113_I_GPIOE_DRV00x020000D4#defineT113_I_GPIOE_DRV10x020000D8#defineT113_I_GPIOE_PULL00x020000E4
intgpio_toggle(cmd_tbl_t*cmdtp,intflag,intargc,char*constargv[]){ printf("## test gpio Toggle...\n");
// 设置PE1为输出模式 unsignedint*PE1_CFG0 = (unsignedint*)(T113_I_GPIOE_CFG0); unsignedintPE1_CFG0_val =readl(PE1_CFG0); PE1_CFG0_val &= ~(0xf< // 电平翻转 unsignedint*PE1_DAT = (unsignedint*)(T113_I_GPIOE_DAT); unsignedintPE1_DAT_val =readl(PE1_DAT); PE1_DAT_val ^= (0x1< return0;}
U_BOOT_CMD( gpio_toggle,1,0,gpio_toggle, "talowe test gpio Toggle", "no parameters\n");

修改Makefile 和 Kconfig 文件，添加相关配置

brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/cmd/Makefile

obj-$(CONFIG_CMD_GPIO_TOGGLE) += gpio_toggle.o

brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/cmd/Kconfig

configCMD_GPIO_TOGGLEbool"GPIO toggle"help Activatethisoption to test GPIO toggle.

配置 sun8iw20p1_auto_t113_i_defconfig选项

上电后按住键盘的 s 进入 uboot 命令行，执行 gpio_toggle 指令，用万用表测试 PE1 引脚的电平，可发现执行一次指令，电平状态翻转一次，验证成功。

brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/configs/sun8iw20p1_auto_t113_i_defconfig

CONFIG_CMD_GPIO_TOGGLE=y

编译后烧写uboot固件进行测试

在uboot命令行进行测试，上电一直按住键盘的s进入uboot命令行，执行以下指令

=> gpio_toggle

会有以下信息输出，用万用表测试PE1引脚的电平，发现执行一次翻转一次电平状态

至此完成验证寄存器翻转电平方案成功，接下来进入下一步。

4.2uboot PE1引脚自动喂狗实现

实现 uboot 自带的 hw_watchdog 接口，编写代码完成 PE1 引脚的初始化（设置为输出模式）和喂狗操作（电平翻转）。

#include#include#include
#defineT113_I_GPIOE_CFG0 0x020000C0#defineT113_I_GPIOE_CFG1 0x020000C4#defineT113_I_GPIOE_DAT 0x020000D0#defineT113_I_GPIOE_DRV0 0x020000D4#defineT113_I_GPIOE_DRV1 0x020000D8#defineT113_I_GPIOE_PULL0 0x020000E4
voidhw_watchdog_reset(void){ if(get_boot_work_mode()) return;
unsignedint*PE1_DAT = (unsignedint*)(T113_I_GPIOE_DAT); unsignedintPE1_DAT_val =readl(PE1_DAT); PE1_DAT_val ^= (0x1<voidhw_watchdog_init(void){ // 设置PE1为输出模式 unsignedint*PE1_CFG0 = (unsignedint*)(T113_I_GPIOE_CFG0); unsignedintPE1_CFG0_val =readl(PE1_CFG0); PE1_CFG0_val &= ~(0xf< // 设置PE1驱动等级（默认为1，可以不用） // unsigned int *PE1_DRV0 = (unsigned int *)(T113_I_GPIOE_DRV0); // unsigned int PE1_DRV0_val = readl(PE1_DRV0); // PE1_DRV0_val &= ~(0x3 << 4*1);? ? // PE1_DRV0_val |= (0x10 << 4*1);? ? // writel(PE1_DRV0_val, PE1_DRV0);
// 设置PE1电平，由于硬件电路该引脚为高阻，所以一开始先翻转下 // unsigned int *PE1_DAT = (unsigned int *)(T113_I_GPIOE_DAT); // unsigned int PE1_DAT_val = readl(PE1_DAT); // PE1_DAT_val ^= (0x1 << 1);? ? // writel(PE1_DAT_val, PE1_DAT);? ? // PE1_DAT_val ^= (0x1 << 1);? ? // writel(PE1_DAT_val, PE1_DAT);
// // 默认为无上下拉，符合需求不用管
hw_watchdog_reset();}

在以下文件新增

1obj-$(CONFIG_T113_I_WATCHDOG_REG) += t113_I_watchdog_reg.o

config T113_I_WATCHDOG_REGbool"T113_I hw watchdog"depends on ARCH_SUNXIselectHW_WATCHDOGhelp Say Y here toenablethe T113_I hw watchdog driver.

在相关配置文件中添加该看门狗驱动的配置选项，然后修改全志板级文件 board.c，在板级初始化过程中调用 hw_watchdog_init () 函数，新增PE1的初始化调用，开启 uboot 阶段的喂狗功能。

diff --git a/brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/board/sunxi/board.c b/brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/board/sunxi/board.cindex 0019f45..4233b22 100644--- a/brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/board/sunxi/board.c+++ b/brandy/brandy-2.0/u-boot-2018/board/sunxi/board.c@@ -54,6 +54,9 @@#endif#include #include +#ifdef CONFIG_T113_I_WATCHDOG_REG+#include +#endif

int __attribute__((weak)) sunxi_set_sramc_mode(void)@@ -219,6 +222,9 @@int board_init(void)
sunxi_plat_init();
+#ifdef CONFIG_T113_I_WATCHDOG_REG+hw_watchdog_init();+#endifint work_mode = get_boot_work_mode();
ret = axp_gpio_init();

验证：开启看门狗电路设计预留的硬件拨码开关，上电后进入 uboot 命令行，系统不会因超时重启，说明 uboot 喂狗实现成功。

4.3kernel PE1 引脚自动喂狗实现

在内核中开启 CONFIG_GPIO_WATCHDOG 选项

CONFIG_GPIO_WATCHDOG=y

设备树中新增看门狗配置

watchdog: watchdog {compatible ="linux,wdt-gpio";gpios = <&pio PE 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;hw_algo ="toggle";hw_margin_ms = <1000>; #always-running ="true"; };

验证：进入系统后，开启看门狗电路设计预留的硬件拨码开关，系统不会重启，表明 kernel 喂狗功能正常。

4.4uboot 到 kernel 的衔接

关键一步，经测试在kernel启动的0.2秒左右看门狗会出现超时，为避免 kernel 启动初期因打印信息过多导致喂狗不及时，需要修改打印等级。减少启动过程中的打印输出，确保kernel能及时接管喂狗任务，实现uboot到kernel的无缝衔接。

在 device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfg 文件中，将 loglevel 从8修改为5或6。

diff--git a/device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfg b/device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfgindex bc1d41d..52d32d2100755---a/device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfg+++b/device/config/chips/t113_i/configs/evb1_auto/buildroot/env.cfg@@-8,7+8,7@@ mmc_root=/dev/mmcblk0p5mtd_name=sysrootfstype=ubifs,rwinit=/init-loglevel=8+loglevel=5cma=16Mmac=wifi_mac=

五、总结

通过以上步骤，我们成功在T113-I平台上实现了从 uboot 到 kernel 的看门狗无缝衔接，系统能够全自动喂狗，无需应用层干预，极大地提高了系统的稳定性和可靠性。相信这一方案对于需要高稳定性的嵌入式项目具有重要的应用价值，十分适用于对系统稳定性要求极高的工业控制、物联网设备。