MPC8560添加硬件看门狗全记录(E500核)

项目中需要添加硬件看门狗。
板子上的看门狗芯片居然没法设置time out时间，晕，当初怎么选型的，估计是为了图便宜或者...你懂的。

好，使用 MPC8560 内部看门狗来计时。

1  Watchdog for E500


1.1  Watchdog状态机 

MPC8560的core是E500，下图是E500 Watchdog Timer的状态机：

    整个状态机是由TSR（Timer State Register）寄存器的两个field bit，[ENW，WIS ]来控制的。

		Bit field	解释
		ENW	此bit若置1，代表Watchdog Timer当前是使能状态
		WIS	此bit置1，代表Watchdog Interrupt发生过

硬件会不断地周期地对[ENW,WIS]进行set操作，软件可以对[ENW,WIS]进行clear操作，软硬件结合起来维护此状态机。

简单来说就是，WDT的超时分为两种情况：

状态[1,0]时发生time out，是第一次超时，将状态置为[1,1]，并触发watchdog 中断(可配)

状态[1,1]时发生time out，是第二次超时，会发出HRESET_REQ，请求CPU硬复位（可配）

事实上，WDT的两次超时触发的动作都是可配置的，通过TCR(Timer Control Register)和MSR（Machine State Register）

第一次超时，会更新状态为[1,1]，TCR[WIE]和MSR[CE]若被set则触发中断，否则不触发中断

第二次超时，会根据TCR[WRC]来选择进行何种操作。

TCR[WRC]	解释
00	Do nothing
01	触发Machine Check中断（前提是MSR[ME]使能）
10	发出HRESET_REQ信号，请求硬复位HRESET
11	保留

 

一个参考流程如下：

1.为产生watchdog interrupt，对TCR[WIE]，MSR[CE]进行set；为使CPU硬复位，使TCR[WRC]为[1,0]

2. 当前状态[0,0]，此为CPU上电后的初始状态

3.一个周期后状态变为[1,0]，注意 [0,0] ->[1,0]什么都不做

4.一个周期后状态变为[1,1]，触发watchdog interrupt

5.watchdog interrupt hanlder对状态进行clear操作（“喂狗”），状态变为[0,0]，接下来又从步骤2开始

 

6.用户敲重启命令(如reboot)，对TCR[WIE]进行clear，使watchdoginterrupt不触发，停止“喂狗”

7.一个周期后超时[1,0]，又一个周期后超时[1,1]，又一个周期超时，CPU发出HRESET_REQ

8.外部芯片（如CPLD）收到HRESET_REQ，发HRESET给CPU

9.CPU收到HRESET，进行硬复位

1.2   Watchdog计时器

E500内部有个计数器Time Base Register。这个计数器由HID0(Hardware Implementation-Dependent Register 0)和TCR控制。

Time Base Register是由TBU（Time Base Upper）和TBL（Time Base Lower）组成，即一个64bit的值。

寄存器的相关配置bit

Bit field	解释
SEL_TBCLK	若0，Time base is based on the processor clock，erery 8 clock加1 若1，Time base is based on the TBCLK (RTC) input，RTC上升沿加1
TBEN	若1，计数器使能，Time Base Register开始累加。 若0，计时器停止累加。

当Time Base Register的某位bit由0变1，则代表发生一次time out。

而TCR的[WPEXT, WP]就是来定义这个bit的。如

WPTXT  WP

1001      00                  0b（1001 00） = 0x（24） = 36

这个36就是所谓的period值，用于触发time out的bit的位置就是 63-36+1 = 28。

当HID0[SEL_TBCLK]为1时，即选用CCB（假设为266MHz）作为计时基准时，有如下：

 

·在0.5倍timeout时间后，第28bit将被由0变1，使状态由[0,0]变为[1,0]，什么事都不发生

·在1倍timeout时间后，第28bit又由0变1，使状态由[1,0]变[1,1]，第一次超时

·在[1,1]状态下，1倍timeout时间后，第28bit由0变1，第二次超时

 

第一次超时所花时间：

       1.5 X (2^28)   / (CCB /8)      = 12.11 秒

第二次超时所处时间：

       2.5 X (2^28)   / (CCB /8)      = 20.18 秒


2  Uboot添加硬件看门狗

uboot中默认看门狗策略由两个宏CONFIG_HW_WATCHDOG和CONFIG_WATCHDOG来使能。

此策略是在代码执行中的不同阶段，添加喂狗代码。

这种喂狗方法会使代码很乱，uboot中到处都充斥的喂狗代码。另外这种方法对代码执行时间是敏感的，如果有段代码执行时间很长（如搬运code），则需要添加喂狗代码，很繁。

uboot的默认策略比较适合外部看门狗。

我们现在用的是CPU内部看门狗，直接无视上述两宏。我们要在watchdog interrupt中喂狗，即只在watchdog interrupt handler中喂狗，比较简便。

2.1  Watchdog Interrupt Handler

修改文件uboot/cpu/mpc85xx/start.S，修改默认的handler

/* STD_EXCEPTION(0x0c00, WatchdogTimer, UnknownException) */

STD_EXCEPTION(0x0c00, WatchdogTimer, WatchdogHandler)

 

修改文件uboot/cpu/mpc85xx/traps.c，实现自己的handler

void WatchdogHandle(struct pt_regs *regs){

    unsigned long msr;        //turn off all interrpt, may need it, not sure

    msr = get_msr();

    set_msr(0);

    mtspr(SPRN_TSR, mfspr(SPRN_TSR) | TSR_WIS); //喂狗

    set_msr(msr);

}

 

2.2 Watchdog 配置及开启

修改uboot/lib_ppc/board.c，添加watchdog的配置及开启例程

init_fnc_t *init_sequence[] =
{
       ………
       WatchdogCreate,         //配置例程           这两个例程越靠前越好，没有强制要求
       WatchdogStart,            //开启例程
       ……
};

 

修改uboot/common/cmd_bootm.c，添加watchdog的配置例程，开启例程和暂停例程

void WatchdogCreate(void)
{
    unsigned long register val;

    //01.no time base counting now
    mtspr(SPRN_HID0, mfspr(SPRN_HID0) & ~HID0_TBEN);

    //02.set timer period
    val = mfspr(SPRN_TCR);
    val &= ~(0xc0000000 | 0x001e0000);  // clear WP and WP_EXT
    val |= (0x00120000);               // 此处可修改为宏实现
    mtspr(SPRN_TCR, val);

    //03.set period unit
    val = mfspr(SPRN_HID0);
    val &= ~(0x00040000);
    mtspr(SPRN_HID0, val);

    //04. enable Watchdog timer interrupt
    set_msr (get_msr() | MSR_CE);

    //05: enable watchdog timer
    mtspr(SPRN_TCR, mfspr(SPRN_TCR) | TCR_WIE);

    //06: deal with sec timer out
    val = mfspr(SPRN_TCR);
    val &= ~30000000;
    val |= 0x20000000;      //reboot
    mtspr(SPRN_TCR, val);

    asm("isync");

}

void WatchdogStart(void)
{
    //01. clear time base
    mtspr(SPRN_TBWL, 0);
    mtspr(SPRN_TBWU, 0);

    //02. now time base counting...
    mtspr(SPRN_HID0, mfspr(SPRN_HID0) | HID0_TBEN);
    asm("isync");
}

 

void WatchdogStop(void){                 // just for test,need to modify and more test

    //01. clear tsr
    mtspr( SPRN_TSR, 0xf0000000);

    //02.clear watchdog timer period
    mtspr( SPRN_TCR, mfspr(SPRN_TCR) & ~(0xc0000000 | 0x001e0000) );

    //03.disable watchdog timer
    mtspr(SPRN_TCR, mfspr(SPRN_TCR) & ~(TCR_WIE) );

}

2.3  reset命令的实现

现在我们可以用wathdog来实现重启命令reset。

修改文件 uboot/cpu/mpc85xx/cpu.c

int do_reset (cmd_tbl_t *cmdtp, bd_t *bd, int flag, int argc, char *argv[])
{
#if 0   // leon del for HRESET
    /*
     * Initiate hard reset in debug control register DBCR0
     * Make sure MSR[DE] = 1
     */
    unsigned long val;
    val = mfspr(DBCR0);
    val |= 0x70000000;
    mtspr(DBCR0,val);
#endif

    //leon add: just disable first time out，second time out will reset send HRESET_REQ
    mtspr(SPRN_TCR, mfspr(SPRN_TCR) & ~TCR_WIE);
    return 1;
}

2.4  FLASH操作关闭看门狗 （？？）


打开看门狗的话，对Flash进行写操作时，会使uboot崩溃。具体原因还没找到，一个比较靠谱的猜想是watchdog interrpt handler代码执行还会去flash中读指令。可是当你敲erase bank 1命令的时候，代码早就搬运到RAM中了啊，无解。。。望牛人指点，感激不尽。

所以，当对flash进行写操作指令前，首先要敲自己加的命令，如timer_stop，来关闭watchdog。
写操作完成后，敲命令timer_start，来启动watchdog。

命令timer_stop中再去调函数WatchdogStop().命令timer_start中调用WatchdogCreate()和WatchdogStart()
具体命令如何添加，参考uboot添加命令，最快最简山寨法


3  Linux添加硬件看门狗

Linux中watchdog机制是靠uboot传来的wdt和wdt_period启动参数来使能的。

wdt为1就使能watchdog机制，0就禁止；

wdt_perid就是上面所说的period值了。

WDT的配置和开启是在wdt驱动里实现的，入口函数是booke_wdt_init()

Linux的watchdog interrupt handler函数WatchdogException()会自旋直至CPU硬复位。

那我们在Decrementer Interrupt handler中喂狗，即在do_timer()中喂狗。

修改文件linux-2.6.24/kernel/timer.c

extern int stop_feed;

void do_timer(unsigned long ticks)
{
    if( likely(stop_feed == 0) )
        mtspr(SPRN_TSR, mfspr(SPRN_TSR) | TSR_WIS);     //喂狗

    jiffies_64 += ticks;
    update_times(ticks);
}

 

相应的reboot命令的实现就简单多了，文件linux-2.6.24/arch/ppc/syslib/ppc85xx_setup.c

void mpc85xx_restart(char *cmd){
    local_irq_disable();
    myabort();
}

int stop_feed = 0;
void myabort (void){
   stop_feed = 1;
}

修改到此结束。 

当我们敲reboot命令后，do_timer()中停止喂狗，watchdog timer first time out后，会执行Watchdog interrupt handler函数 WatchdogException()，then spin until second timeout occur，then reboot。

//文件linux-2.6.24/arch/ppc/kernel/head_fsl_booke.S

CRITICAL_EXCEPTION(0x3200, WatchdogTimer, WatchdogException)

 

//文件linux-2.6.24/arch/ppc/kernel/traps.c

void WatchdogException(struct pt_regs *regs)
{
    printk (KERN_EMERG "PowerPC Book-E Watchdog Exception\n");
    WatchdogHandler(regs);
}


/*
 * Default handler for a Watchdog exception,
 * spins until a reboot occurs  这句和CRITICAL_EXCEPTION宏有关
 */
void __attribute__ ((weak)) WatchdogHandler(struct pt_regs *regs)
{
    /* Generic WatchdogHandler, implement your own */
    mtspr(SPRN_TCR, mfspr(SPRN_TCR)&(~TCR_WIE)); //
    return;
}