Xilinx-ZYNQ7000系列-學習筆記（2）：私有看門狗（AWDT）的使用

一、WDT簡介

在嵌入式系統中，為了使系統在工作異常情況下能自動復位，一般都需要引入看門狗程式，用來監測程式不至於“跑飛”。
看門狗其實就是一個可以在一定時間內被複位的計數器。當看門狗啟動後，計數器開始自動計數，經過一定時間，如果沒有被複位，計數器清零就會對CPU產生一個復位訊號使系統重啟（俗稱“被狗咬”）。系統正常執行時，需要在看門狗允許的時間間隔內對計數器清零（俗稱“餵狗”），不讓復位訊號產生。
簡單的來說就是在執行程式之前給看門狗計數器賦一個初值（假設是1000），在程式開始執行時，看門狗計數器開始減少，1000->999->998……，這時候你需要進行計數器重置，假設在500的時候（時間由自己定，看你把餵狗程式加在哪裡），計數器會重新變為1000。如果不進行計數器重置使得計數器減到0，那麼看門狗程式啟動程式復位功能，系統進行復位。

二、看門狗種類

2.1 獨立看門狗

獨立看門狗有其內部自帶的時鐘驅動，即使主時鐘發生故障，它仍能夠正常工作。它的餵狗時間可以自由選擇，大多數情況下獨立看門狗用在對時間精度要求不是很高的地方。

優點：無須配置，上電即用。無法禁用，系統必須按時餵狗，系統恢復能力高。
缺點：無法靈活配置溢位時間，無法禁用，靈活性降低。

2.2 視窗看門狗

根據系統時鐘分頻得到需要的時鐘驅動，如果系統時鐘發生故障，那麼看門狗也無效。它的餵狗時間需要設定一個視窗值（小於裝載到計數器的初始值），在除了視窗值以外的時間不可以進行餵狗操作，大多數情況下視窗看門狗用在對時間精度要求較高的地方。

優點：時間精度的把握較好，可以固定在某一時間範圍內進行餵狗。
缺點：無法靈活配置溢位時間，超出視窗值的系統無法使用

2.3 私有看門狗與系統看門狗

此類看門狗一般是由CPU內部自帶，將一個晶片中的計數器作為看門狗，透過程式的初始化，寫入初值，設定溢位值，並啟動計數器，具體區別參考資料手冊

ug585-Zynq-7000-TRM.pdf

優點：可以透過程式改變溢位時間；可以隨時禁用
缺點：需要初始化；如果程式在初始化、啟動完成前跑飛或在禁用後跑飛，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。

三、看門狗的使用方法

3.1 私有看門狗與系統看門狗

每個Cortex-A9處理器都有自己私有的32位定時器和32位看門狗定時器，這兩個處理器共享一個全域性64位計數器，它們的頻率都為CPU頻率的1/2。而在系統級，有一個24位看門狗計時器和兩個16位三重計時器/計數器，系統級看門狗定時器的頻率為CPU頻率的1/4或1/6。
本文采用的是私有看門狗，下圖為系統內部兩個看門狗所處位置以及關係圖。
在這裡插入圖片描述
私有看門狗

每個CPU均具有一個私有定時器（PT）及一個私有看門狗（AWDT），且只能由各自的CPU進行操作，因此稱為私有的。私有定時器及私有看門狗的主要特點如下:
• 32位計數單元歸零時將產生中斷訊號；
• 具有一個8位的時鐘分頻器；
• 可配置成單次觸發或自動裝載模式；
• 計數器的初始值可設。
私有看門狗只能對各自CPU本身進行監視，如監視CPU程式是否跑飛，但卻無法對另一個CPU進行監視，也無法對晶片內部鎖相環等關鍵時鐘環節進行監視，亦無法向PL或晶片外部輸出復位訊號，這些功能將由系統看門狗實現。

系統看門狗

不同於私有看門狗（AWDT），系統看門狗（SWDT）可監視更多的環節（如PS部分的鎖相環等），其功能也相對複雜，現將其特點總結如下：

具有24位計數單元；
時鐘輸入可選為內部CPU時鐘、內部PL側時鐘、外部引腳提供的時鐘；
計數單元溢位時可產生的訊號有向PS發出中斷請求、向PS或PL或MIO發出復位訊號；
溢位時間可設定為 32760 - 68719476736，時脈頻率為100 MHz時對應的時間為330us-687.2s；
中斷請求訊號及復位訊號的脈寬可根據需要設定，中斷請求訊號脈寬可設為2-32個時鐘週期，復位訊號脈寬可設為2-256個時鐘週期，系統看門狗整體結構圖如下：

3.2 配置WDT程式

由於私有看門狗屬於PS端，所以在vivado環境中不需要對block塊進行設定。

PS :如果需要使用系統看門狗的話，使用PL時鐘則需要寫分頻verilog語句，使用MIO處則需要在block的ZYNQ硬體中選擇SWDT。

私有看門狗程式碼如下： hefei/

#include "xparameters.h"#include "xscuwdt.h"#include "xil_printf.h"#include <sleep.h>#include "stdio.h"#define WDT_DEVICE_ID		XPAR_SCUWDT_0_DEVICE_IDint watchdog(XScuWdt * WdtInstancePtr, u16 DeviceId,float number);XScuWdt Watchdog;		/* Cortex SCU Private WatchDog Timer Instance */int main(void){
	int Status;
	int Count = 0;
	Status = watchdog(&Watchdog, WDT_DEVICE_ID,10);
	if (Status != XST_SUCCESS) {
		xil_printf("start the watchdog timer fail!\r\n");
		return XST_FAILURE;
	}
	while (Count < 5) {
		sleep(1);
		Count++;
		printf("the second is %d \n",Count);
		//XScuWdt_RestartWdt(WdtInstancePtr);
	}
	xil_printf("the watchdog timer will restart the system \r\n");
	return XST_SUCCESS;}int watchdog(XScuWdt * WdtInstancePtr, u16 DeviceId,float number){
	int Status;
	XScuWdt_Config *ConfigPtr;
	u32 result;
	/*
	 * Initialize the SCU Private Wdt driver so that it is ready to use.
	 */
	 xil_printf("start the watchdog time``r successful! \r\n");
	ConfigPtr = XScuWdt_LookupConfig(DeviceId);
	/*
	 * This is where the virtual address would be used, this example
	 * uses physical address.
	 */
	Status = XScuWdt_CfgInitialize(WdtInstancePtr, ConfigPtr,
					ConfigPtr->BaseAddr);
	if (Status != XST_SUCCESS) {
		return XST_FAILURE;
	}
	/*
	 * Put the watchdog timer in watchdog mode.
	 */
	XScuWdt_SetWdMode(WdtInstancePtr);
	/*
	 * Load the watchdog counter register.
	 */
	result = (unsigned long)(333333333*number);
	XScuWdt_LoadWdt(WdtInstancePtr,result);
	/*
	 * Start the ScuWdt device.
	 */
	XScuWdt_Start(WdtInstancePtr);
	return XST_SUCCESS;}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071

程式碼解析：

#include “xscuwdt.h”，呼叫系統看門狗的標頭檔案，其中包括看門狗的一些初始值配置、啟動、餵狗等函式，在使用看門狗前請務必呼叫此檔案。
XScuWdt_LookupConfig，用來配置WDT的裝置ID號，ID號在#include "xparameters.h"中可以找到。
XScuWdt_CfgInitialize，初始化WDT計數器。
XScuWdt_SetWdMode，透過設定看門狗控制暫存器的WD模式位，將看門狗定時器置於看門狗模式。
XScuWdt_LoadWdt，給WDT計數器裝初值，這裡我對此函式進行了封裝。已知CPU的時脈頻率為666.6666Mhz，即WDT的時脈頻率為333.33Mhz，可得倒數計時1s計數器需要配置的初值為333_333_333，對計數器賦的初值可以直接寫在number變數中（本文賦值為10s）。
XScuWdt_Start，開啟看門狗計數器。
XScuWdt_RestartWdt，計數器重置函式，俗稱“餵狗”，需要寫在看門狗復位程式之前的位置，確保系統不會進行復位。

下面的程式是對wdt進行測試：

	while (Count < 5) {
		sleep(1);
		Count++;
		printf("the second is %d \n",Count);
		XScuWdt_RestartWdt(WdtInstancePtr);
	}1234567

做法一：給計數器賦初值為10s，在迴圈中啟動餵狗程式，程式會在5S後跳出迴圈，之後在10s後由於沒有餵狗功能，系統復位。
做法二：同樣給計數器賦初值為10s，禁用餵狗程式，程式會直接在10s後進行系統復位。

做法一的系統在15s後進行復位，而做法二的系統卻在10s後進行復位，這告訴我們， XScuWdt_RestartWdt函式成功地“拖延”了系統復位5s，也就是說每迴圈一次，都給計數器重新賦值為10s，一共迴圈了5次正好5s，看門狗程式成功實現。

四、總結

透過學習watch dog timer程式，我學習到了計數器、系統復位等知識，並且能夠區分看門狗之間的區別，通常看門狗程式運用於要求較高的程式中，避免程式跑飛。使用看門狗時一定要清楚系統執行所需的時間，保證系統執行時間<看門狗復位時間，否則會發生系統還沒有執行完就復位的情況，餵狗的時間節點一定要把握好，確保看門狗能夠發揮出最大作用。

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