嵌入式Linux C应用编程——看门狗

看门狗应用编程

1. 看门狗基础概念

1.1 什么是看门狗

看门狗（Watchdog） 本质上是一个在一定时间内可以被复位的计数器，也叫做看门狗定时器（Watchdog Timer）
当看门狗启动后，计数器开始自动计数，经过一定时间如果没有被复位，计数器溢出就会对 CPU 产生一个复位信号使系统重启（俗称 "被狗咬"）
系统正常运行时，需要在看门狗允许的时间间隔内对看门狗计数器清零（俗称 "喂狗"），不让复位信号产生
如果程序跑飞，没有及时"喂狗"，系统就会"被咬"复位

1.2 看门狗的工作模式

有些看门狗也可以只产生中断信号而不会使系统复位
在产品化的嵌入式系统中，为了使系统在异常情况下能自动复位，一般都需要引入看门狗

1.3 I.MX6U 的看门狗硬件

I.MX6UL/I.MX6ULL SoC 集成了两个看门狗定时器（WDOG）：
- WDOG1：普通看门狗，支持产生中断信号以及复位 CPU
- WDOG2：用于安全目的

2. 看门狗设备节点

2.1 设备节点

Linux 系统中所注册的看门狗外设，都会在 /dev/ 目录下生成对应的设备节点
设备节点名称通常为 watchdogX（X 表示数字编号 0、1、2、3...），例如：
- /dev/watchdog0
- /dev/watchdog1
watchdog0 就是 I.MX6U 的 WDOG1 所对应的设备节点

2.2 默认看门狗设备

/dev/watchdog 代表系统默认的看门狗设备
通常 /dev/watchdog 就等于 /dev/watchdog0，代表同一个硬件外设

3. 应用层控制看门狗 — ioctl 接口

3.1 头文件

#include <linux/watchdog.h>

3.2 常用 ioctl 指令汇总

ioctl 指令	说明
`WDIOC_GETSUPPORT`	获取看门狗支持哪些功能
`WDIOC_SETOPTIONS`	用于开启或关闭看门狗
`WDIOC_KEEPALIVE`	喂狗操作
`WDIOC_SETTIMEOUT`	设置看门狗超时时间
`WDIOC_GETTIMEOUT`	获取看门狗超时时间

3.3 完整的 ioctl 指令宏定义

#define WDIOC_GETSUPPORT    _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 0, struct watchdog_info)
#define WDIOC_GETSTATUS     _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 1, int)
#define WDIOC_GETBOOTSTATUS _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 2, int)
#define WDIOC_GETTEMP       _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 3, int)
#define WDIOC_SETOPTIONS    _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 4, int)
#define WDIOC_KEEPALIVE     _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 5, int)
#define WDIOC_SETTIMEOUT    _IOWR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 6, int)
#define WDIOC_GETTIMEOUT    _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 7, int)
#define WDIOC_SETPRETIMEOUT _IOWR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 8, int)
#define WDIOC_GETPRETIMEOUT _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 9, int)
#define WDIOC_GETTIMELEFT   _IOR(WATCHDOG_IOCTL_BASE, 10, int)

4. 操作步骤详解

4.1 打开看门狗设备

int fd;

fd = open("/dev/watchdog", O_RDWR);
if (0 > fd)
    fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", "/dev/watchdog", strerror(errno));

4.2 获取设备支持功能 — `WDIOC_GETSUPPORT`

ioctl(int fd, WDIOC_GETSUPPORT, struct watchdog_info *info);

`struct watchdog_info` 结构体

struct watchdog_info {
    __u32 options;           /* 设备支持的功能/选项 */
    __u32 firmware_version;  /* 设备的固件版本号 */
    __u8  identity[32];      /* 描述性字符串 */
};

options 字段取值

宏定义	值	说明
`WDIOF_OVERHEAT`	0x0001	CPU 过热复位置位
`WDIOF_FANFAULT`	0x0002	风扇故障
`WDIOF_EXTERN1`	0x0004	外部继电器 1
`WDIOF_EXTERN2`	0x0008	外部继电器 2
`WDIOF_POWERUNDER`	0x0010	电源欠压
`WDIOF_CARDRESET`	0x0020	设备之前复位过 CPU
`WDIOF_POWEROVER`	0x0040	电源过压
`WDIOF_SETTIMEOUT`	0x0080	支持设置超时时间（秒）
`WDIOF_MAGICCLOSE`	0x0100	支持 magic close 字符
`WDIOF_PRETIMEOUT`	0x0200	支持预超时（秒）
`WDIOF_ALARMONLY`	0x0400	仅触发告警，不复位
`WDIOF_KEEPALIVEPING`	0x8000	支持喂狗操作

常见值：

WDIOF_SETTIMEOUT — 设备支持设置超时时间
WDIOF_KEEPALIVEPING — 设备支持"喂狗"操作

使用示例

struct watchdog_info info;

if (0 > ioctl(fd, WDIOC_GETSUPPORT, &info)) {
    fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_GETSUPPORT: %s\n", strerror(errno));
    return -1;
}

printf("identity: %s\n", info.identity);
printf("version: %u\n", info.firmware_version);

if (0 == (WDIOF_KEEPALIVEPING & info.options))
    printf("设备不支持喂狗操作\n");
if (0 == (WDIOF_SETTIMEOUT & info.options))
    printf("设备不支持设置超时时间\n");

4.3 获取/设置超时时间 — `WDIOC_GETTIMEOUT` / `WDIOC_SETTIMEOUT`

获取超时时间

ioctl(int fd, WDIOC_GETTIMEOUT, int *timeout);

设置超时时间

ioctl(int fd, WDIOC_SETTIMEOUT, int *timeout);

超时时间以秒为单位
设置超时时间时，不可超过其最大值，否则 ioctl() 调用将会失败

使用示例

int timeout;

/* 获取超时时间 */
if (0 > ioctl(fd, WDIOC_GETTIMEOUT, &timeout)) {
    fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_GETTIMEOUT: %s\n", strerror(errno));
    return -1;
}
printf("current timeout: %ds\n", timeout);

/* 设置超时时间 */
timeout = 10;  // 10 秒钟
if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, &timeout)) {
    fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETTIMEOUT: %s\n", strerror(errno));
    return -1;
}

4.4 启用/禁用看门狗 — `WDIOC_SETOPTIONS`

ioctl(int fd, WDIOC_SETOPTIONS, int *option);

option 取值

宏定义	值	说明
`WDIOS_DISABLECARD`	0x0001	禁用看门狗（停止计时）
`WDIOS_ENABLECARD`	0x0002	启用看门狗（开启计时）

使用示例

int option = WDIOS_ENABLECARD;   // 启用
// int option = WDIOS_DISABLECARD;  // 禁用

if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETOPTIONS, &option)) {
    fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETOPTIONS: %s\n", strerror(errno));
    return -1;
}

注意：这是 Linux 看门狗驱动的关键特性——当调用 open() 打开看门狗设备时，看门狗计时器就会自动启动。所以正确的流程是：打开设备后，先使用 WDIOC_SETOPTIONS 设置选项为 WDIOS_DISABLECARD 来禁用看门狗，等所有设置完成之后，再使用 WDIOS_ENABLECARD 重新启用看门狗。

4.5 喂狗 — `WDIOC_KEEPALIVE`

ioctl(int fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL);

使用示例

if (0 > ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL)) {
    fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_KEEPALIVE: %s\n", strerror(errno));
}

5. 实战示例程序

5.1 完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <linux/watchdog.h>

#define  WDOG_DEV   "/dev/watchdog"

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct watchdog_info info;
    int timeout;
    int time;
    int fd;
    int op;

    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <timeout>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 打开看门狗 */
    fd = open(WDOG_DEV, O_RDWR);
    if (0 > fd) {
        fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", WDOG_DEV, strerror(errno));
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 打开之后看门狗计时器会开启，先停止它 */
    op = WDIOS_DISABLECARD;
    if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETOPTIONS, &op)) {
        fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETOPTIONS: %s\n", strerror(errno));
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    timeout = atoi(argv[1]);
    if (1 > timeout)
        timeout = 1;

    /* 设置超时时间 */
    printf("timeout: %ds\n", timeout);
    if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, &timeout)) {
        fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETTIMEOUT: %s\n", strerror(errno));
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 开启看门狗计时器 */
    op = WDIOS_ENABLECARD;
    if (0 > ioctl(fd, WDIOC_SETOPTIONS, &op)) {
        fprintf(stderr, "ioctl error: WDIOC_SETOPTIONS: %s\n", strerror(errno));
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 喂狗：在超时时间到来前 100ms 喂狗 */
    time = (timeout * 1000 - 100) * 1000;  // 微秒
    for ( ; ; ) {
        usleep(time);
        ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL);
    }
}

5.2 程序逻辑说明

打开看门狗设备 — 获取文件描述符 fd
先禁用看门狗 — 使用 WDIOC_SETOPTIONS 设置选项为 WDIOS_DISABLECARD 来禁用看门狗（因为打开设备时它会自动启用）
获取超时时间参数 — 通过命令行参数 argv[1] 传入
设置超时时间 — 使用 WDIOC_SETTIMEOUT 指令
启用看门狗 — 使用 WDIOC_SETOPTIONS 设置选项为 WDIOS_ENABLECARD 来启用看门狗
循环喂狗 — 在超时时间到来前（预留 100ms）调用 WDIOC_KEEPALIVE 喂狗，不断重置计时器

6. 开发板测试

6.1 编译

使用交叉编译工具链编译示例代码：

arm-linux-gnueabihf-gcc -o watchdog_test watchdog_test.c

6.2 常见问题：Device or resource busy

如果执行程序报错 open error: /dev/watchdog: Device or resource busy，说明看门狗默认已被其他功能使用。

解决方法：

打开 /etc/init.d/watchdog.sh 文件
在文件开头添加 exit 0，将整个文件注释掉
开发板重新启动

6.3 测试运行

# 启动看门狗，设置超时时间为 2 秒
./watchdog_test 2

6.4 观察现象

程序运行后会不断喂狗，系统正常运行
按 Ctrl + C 终止进程后，停止喂狗
看门狗计时器超时，系统复位重启
内核会打印：watchdog watchdog0: watchdog did not stop!

6.5 测试完毕后恢复

将 /etc/init.d/watchdog.sh 文件中的 exit 0 去掉，让系统重新使用看门狗。

7. 总结

步骤	操作	ioctl 指令	说明
1	打开设备	`open()`	打开 `/dev/watchdog` 或 `/dev/watchdog0`
2	禁用看门狗	`WDIOC_SETOPTIONS` + `WDIOS_DISABLECARD`	打开设备时看门狗已自动启用，先禁用以便配置
3	设置超时	`WDIOC_SETTIMEOUT`	设置超时时间（秒）
4	启用看门狗	`WDIOC_SETOPTIONS` + `WDIOS_ENABLECARD`	配置完成后重新启用
5	喂狗	`WDIOC_KEEPALIVE`	在超时前重置计数器

核心思路：看门狗的目的是保证系统在异常情况下能自动复位。正常工作时程序周期性喂狗，一旦程序跑飞停止喂狗，看门狗超时就会复位系统，从而恢复系统的正常运行。

posted @ 2026-07-23 15:29 Javenwww 阅读(38) 评论(0) 收藏举报

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看门狗应用编程

1. 看门狗基础概念

1.1 什么是看门狗

1.2 看门狗的工作模式

1.3 I.MX6U 的看门狗硬件

2. 看门狗设备节点

2.1 设备节点

2.2 默认看门狗设备

3. 应用层控制看门狗 — ioctl 接口

3.1 头文件

3.2 常用 ioctl 指令汇总

3.3 完整的 ioctl 指令宏定义

4. 操作步骤详解

4.1 打开看门狗设备

4.2 获取设备支持功能 — WDIOC_GETSUPPORT

struct watchdog_info 结构体

options 字段取值

使用示例

4.3 获取/设置超时时间 — WDIOC_GETTIMEOUT / WDIOC_SETTIMEOUT

获取超时时间

设置超时时间

使用示例

4.4 启用/禁用看门狗 — WDIOC_SETOPTIONS

option 取值

使用示例

4.5 喂狗 — WDIOC_KEEPALIVE

使用示例

5. 实战示例程序

5.1 完整代码

5.2 程序逻辑说明

6. 开发板测试

6.1 编译

6.2 常见问题：Device or resource busy

6.3 测试运行

6.4 观察现象

6.5 测试完毕后恢复

7. 总结

公告

4.2 获取设备支持功能 — `WDIOC_GETSUPPORT`

`struct watchdog_info` 结构体

4.3 获取/设置超时时间 — `WDIOC_GETTIMEOUT` / `WDIOC_SETTIMEOUT`

4.4 启用/禁用看门狗 — `WDIOC_SETOPTIONS`

4.5 喂狗 — `WDIOC_KEEPALIVE`