CN110262920B - Linux系统外置看门狗间接喂狗方法、看门狗喂狗代理驱动模块、看门狗系统 - Google Patents

Linux系统外置看门狗间接喂狗方法、看门狗喂狗代理驱动模块、看门狗系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子技术领域，公开了一种Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，包括：步骤1：Linux内核层的看门狗喂狗代理驱动模块按照第一时间间隔T1控制GPIO引脚对外置看门狗进行喂狗操作；步骤2：看门狗喂狗代理驱动模块检测是否在预设的时间段内收到应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令；步骤3：看门狗喂狗代理驱动模块停止对外置看门狗进行喂狗操作；该方法在Linux系统的内核层增设一个看门狗喂狗代理驱动模块，由于Linux内核态下具有高优先级调度，即使在CPU高负载的情况下，看门狗喂狗代理驱动模块依然可以及时喂狗，可以有效避免在CPU高负载情况下导致的外置看门狗溢出而自动重启的问题。同时，本发明还提供了一种看门狗喂狗代理驱动模块、一种看门狗系统。

Description

Linux系统外置看门狗间接喂狗方法、看门狗喂狗代理驱动模 块、看门狗系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体地说是一种Linux系统外置看门狗间接喂狗方法、看门狗喂狗代理驱动模块、看门狗系统。
背景技术
为保证Linux系统的高可靠性，一般都会使用硬件看门狗。硬件看门狗能在操作系统死机情况下自动复位CPU来重启系统，常用于工业控制设备、无人值守的智能设备和基站设备等。根据CPU集成与否，硬件看门狗一般分为两类，内部看门狗和外置看门狗。
内置看门狗尽管是CPU内部集成、使用方便和溢出时间可配置，但由于其初始化需要软件参与可靠性一般；外置看门狗一般是专用的看门狗IC(如MAX705/706/813L、X25045等)或者是带看门狗功能的其他IC(如DS1232、P87LPC762等)。这类看门狗的溢出时间是硬件固定不可变的，一般不超过2秒(如MAX706为固定1.6秒，X25045为最长1.4秒，DS1232最长1.2秒)，因不需要软件参与初始化和配置，可靠性方面外置看门狗远优于内部看门狗。
使用时外置看门狗的喂狗引脚与CPU的一个GPIO相连，其溢出的复位输出与CPU的复位引脚连接。现有外置看门狗使用方式为系统喂狗程序在溢出时间到达之前直接操作GPIO周期性地变化电平进行喂狗，称为系统喂狗程序直接喂狗方法，简称直接喂狗。
由于外置看门狗的溢出时间较短且不可软件配置，在CPU高负载情况下，如进行突发的大量运算或是突发批量IO读写或是大量网络访问，Linux系统会因CPU的繁忙导致应用进程的调度在短期内变得异常迟缓。如果这种高负载持续的时间较长，会使得使用直接喂狗的Linux系统喂狗程序不能确保在外置看门狗的溢出之前进行喂狗从而导致不必要的看门狗溢出复位，影响系统的可用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，该方法在Linux系统的内核层增设一个看门狗喂狗代理驱动模块，由于Linux内核态下具有高优先级调度，即使在CPU高负载的情况下，看门狗喂狗代理驱动模块依然可以及时喂狗，可以有效避免在CPU高负载情况下导致的外置看门狗溢出而自动重启的现象。
同时，本发明还提供了一种看门狗喂狗代理驱动模块、一种看门狗系统。
本发明的具体的技术方案为：一种Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，包括依次进行的如下步骤：
步骤1：Linux内核层的看门狗喂狗代理驱动模块按照第一时间间隔T1控制GPIO引脚对外置看门狗进行喂狗操作；所述第一时间间隔T1小于外置看门狗的溢出时间；
步骤2：看门狗喂狗代理驱动模块检测是否在预设的时间段内收到应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令；若是，则进行步骤1，若否，则进行步骤3；
所述看门狗喂狗程序用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块发送喂狗指令；所述第二时间间隔T2大于或等于第一时间间隔T1且小于预设的时间段M*T1；
步骤3：看门狗喂狗代理驱动模块停止对外置看门狗进行喂狗操作；
当外置看门狗在达到溢出时间后，外置看门狗复位CPU重启系统。
在上述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法中，看门狗喂狗代理驱动模块启动时，设定变量N＝0；
所述步骤1之后还包括步骤1-1；
所述步骤1-1为：启动硬定时器，设定硬定时器的中断时间为第一时间间隔T1，并在硬定时器达到中断时间后进行步骤2。
在上述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法中，所述步骤2具体为：
步骤2-1：判断在硬定时器从启动到中断的期间是否收到应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令，若是，则将变量N清零；若否，则对变量N增加1个计数；
步骤2-2：判断变量N是否小于或等于预设值M；若是，则进行步骤1，若否，则进行步骤3；
其中预设值M、变量N均为整数，且T2大于或等于T1，M大于T2/T1；
进一步优选地，T2等于T1，那么M大于1。
在上述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法中，T2和T1取值1s，M取值10；
当然并不排斥于其他选择，如T2＝5s，T1＝1s，M取值10或20等。
在上述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法中，在步骤1之前，还包括对于第一时间间隔T1、预设值M进行自定义，同时，对变量N清零。
同时，本发明还公开了一种看门狗喂狗代理驱动模块，包括如下子模块：
喂狗子模块：用于按照第一时间间隔T1控制GPIO引脚对外置看门狗进行喂狗操作；所述第一时间间隔T1小于外置看门狗的溢出时间；
喂狗指令接收子模块：用于接收应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令；所述看门狗喂狗程序用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块发送喂狗指令；所述第二时间间隔T2大于或等于第一时间间隔T1且小于预设的时间段M*T1；
喂狗指令检测子模块：用于检测喂狗指令接收模块是否在预设的时间段内收到喂狗指令；
执行子模块：用于根据喂狗指令检测子模块的检测结果控制喂狗子模块是否继续进行喂狗操作。
同时，本发明还公开了一种看门狗系统，包括外置看门狗、Linux系统的应用层的看门狗喂狗程序、Linux系统的内核层的如上所述的看门狗喂狗代理驱动模块；
所述外置看门狗用于在达到溢出时间后复位CPU重启系统；
所述看门狗喂狗程序用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块发送喂狗指令。
在上述的看门狗系统中，所述外置看门狗为专用的看门狗IC或带看门狗功能的其他IC；
其中，专门的看门狗IC为MAX705/706/813L、X25045之一；所述的带看门狗功能的其他IC为DS1232、P87LPC762之一。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的喂狗方法等效于拉长了外置看门狗的溢出时间，既确保在发生真正的系统异常或是系统喂狗程序无法工作后，外置看门狗依然能够正常复位系统，更保证Linux系统在CPU高负载情况时也能够及时对外置看门狗进行喂狗而不会导致不必要的系统复位。即在不影响Linux系统的稳定性的同时有效提高了可用性。
本发明还提供了一种看门狗喂狗代理驱动模块、一种看门狗系统。
附图说明
图1为本发明实施例1的流程方框图；
图2为本发明实施例2的流程方框图；
图3为本发明实施例3和4的结构方框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
如图1所示，一种Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，包括依次进行的如下步骤：
步骤1：Linux内核层的看门狗喂狗代理驱动模块按照第一时间间隔T1控制GPIO引脚对外置看门狗进行喂狗操作；所述第一时间间隔T1小于外置看门狗的溢出时间；
步骤2：看门狗喂狗代理驱动模块检测是否在预设的时间段内收到应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令；若是，则进行步骤1，若否，则进行步骤3；所述预设的时间段为M倍T1的时长，即M*T1；
所述看门狗喂狗程序用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块发送喂狗指令；所述第二时间间隔T2大于等于第一时间间隔T1且小于预设的时间段M*T1；
在实际应用中可以将上述控制条件进一步简化，条件简化处理后为T2等于T1，那么M大于1；比如T2＝T1，M＝10；
步骤3：看门狗喂狗代理驱动模块停止对外置看门狗进行喂狗操作；
当外置看门狗在达到溢出时间后，外置看门狗复位CPU重启系统。
在实际应用中，预设M值应当显著大于1，否则无法起到非常明显的在CPU高负荷的情况下的避免不必要的系统复位的目的。
在本实施例中，T2＝T1＝1s，M＝10，预设M值根据用户实际高负荷的具体情况来进行选择，一般来说，选择10-60之间适用于大部分的应用场景。
当然，在实际应用中，也可以将T2设置为其他，比如T2＝5s，T1＝1s，M＝20；或T2＝10s，T1＝1s，M＝30；或T2＝15s，T1＝1s，M＝60。
一般来说，T2设置的适当的小，优选为T2＝T1，M设置为适当的大，比如M＝10、20、30，这样对于CPU是否处于高负荷状态的判断更为精确。.
具体要根据CPU的实际应用环境和高负荷持续时间和频率来决定。
实施例2
如图2所示，一种Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，包括如下步骤：
步骤0-1：看门狗喂狗代理驱动模块启动；
步骤0-2：对于第一时间间隔T1、预设值M进行自定义，同时，对变量N清零；在本实施例中，设置第一时间间隔T1＝1s；预设值M＝10。
步骤1：按照第一时间间隔T1控制GPIO引脚对外置看门狗进行喂狗操作；
步骤1-1：启动硬定时器，设定硬定时器的中断时间为第一时间间隔T1，并在硬定时器达到中断时间后进行步骤2；硬定时器的特点在于，其位于Linux内核层，其不受CPU是否处于高负荷状态的影响，其可以精确的确认一段时间有多长。
所以本实施例的硬定时器不但可以让看门狗喂狗代理驱动模块决定什么时候去判断是否收到应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令，其还可以辅助看门狗喂狗代理驱动模块的喂狗时间点的确定。
步骤2-1：判断在硬定时器从启动到中断的期间是否收到应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令，若是，则将变量N清零；若否，则对变量N增加1个计数；
在本实施例中，看门狗喂狗程序向看门狗喂狗代理驱动模块发送喂狗指令按照第二时间间隔T2进行，在本实施例中设置T2＝T1＝1s；
步骤2-2：判断变量N是否小于或等于预设值M；若是，则进行步骤1，若否，则进行步骤3；
步骤3：看门狗喂狗代理驱动模块停止对外置看门狗进行喂狗操作；
当外置看门狗在达到溢出时间后，外置看门狗复位CPU重启系统。
实施例3
如图3所示，一种看门狗喂狗代理驱动模块1，包括如下子模块：
喂狗子模块11：用于按照第一时间间隔T1控制GPIO引脚对外置看门狗3进行喂狗操作；所述第一时间间隔T1小于外置看门狗3的溢出时间；
喂狗指令接收子模块12：用于接收应用层的看门狗喂狗程序2发送的喂狗指令；所述看门狗喂狗程序2用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块1发送喂狗指令；所述第二时间间隔T2大于或等于第一时间间隔T1且小于预设的时间段M*T1，条件简化处理后让T2等于T1，那么M大于1，比如M＝10；
喂狗指令检测子模块13：用于检测喂狗指令接收模块是否在预设的时间段内收到喂狗指令；
执行子模块14：用于根据喂狗指令检测子模块13的检测结果控制喂狗子模块11是否继续进行喂狗操作。
其工作过程为：
看门狗喂狗代理驱动模块1启动，喂狗子模块11自动，对外置看门狗3进行喂狗操作；
每次喂狗操作开始之前，通过喂狗指令检测子模块13检测喂狗指令接收模块是否在预设的时间段内收到喂狗指令，如果喂狗指令接收模块在预设的时间段内收到了喂狗指令，则执行子模块14会通知喂狗子模块11继续喂狗，如果喂狗指令接收模块在预设的时间段内没有收到喂狗指令，则执行子模块14会通知喂狗子模块11停止喂狗。
一旦喂狗子模块11停止喂狗，外置看门狗3很快达到溢出时间，外置看门狗3复位CPU重启系统。
实施例4
如图3所示，一种看门狗系统，包括外置看门狗3、Linux系统的应用层的看门狗喂狗程序2、Linux系统的内核层的如实施例3所述的看门狗喂狗代理驱动模块1；
所述外置看门狗3用于在达到溢出时间后复位CPU重启系统；
所述看门狗喂狗程序2用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块1发送喂狗指令。
本系统的工作方法为：
Linux系统启动，外置看门狗3、看门狗喂狗程序2、看门狗喂狗代理驱动模块1均启动；
看门狗喂狗代理驱动模块1通过喂狗子模块11按照第一时间间隔T1＝1s控制GPIO引脚对外置看门狗3进行喂狗操作；
外置看门狗3只要收到GPIO引脚的周期性的电平变化信号，则不复位CPU，否则复位CPU。
看门狗喂狗程序2并不直接喂狗外置看门狗3，其按照第二时间间隔T2＝T1＝1s向看门狗喂狗代理驱动模块1中的喂狗指令接收子模块12发送喂狗信号；
如果喂狗指令检测子模块13检测发现喂狗指令接收子模块12在预设的时间段M*T1(10s)内没有收到喂狗指令，则会通知执行子模块14，执行子模块14会控制喂狗指令接收子模块12停止喂狗。
如果喂狗指令检测子模块13检测发现喂狗指令接收子模块12在预设的时间段(10s)内任意时间点收到了喂狗指令，则会通知执行子模块14，执行子模块14会控制喂狗指令接收子模块12继续喂狗。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，其特征在于，包括依次进行的如下步骤：
步骤1：Linux内核层的看门狗喂狗代理驱动模块按照第一时间间隔T1控制GPIO引脚对外置看门狗进行喂狗操作；所述第一时间间隔T1小于外置看门狗的溢出时间；
步骤2：看门狗喂狗代理驱动模块检测是否在预设的时间段内收到应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令；若是，则进行步骤1，若否，则进行步骤3；
所述预设的时间段为M倍T1的时长，即M*T1；
所述看门狗喂狗程序用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块发送喂狗指令；所述第二时间间隔T2大于或等于第一时间间隔T1且小于预设的时间段M*T1；
步骤3：看门狗喂狗代理驱动模块停止对外置看门狗进行喂狗操作；
当外置看门狗在达到溢出时间后，外置看门狗复位CPU重启系统。
2.根据权利要求1所述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，其特征在于，看门狗喂狗代理驱动模块启动时，设定变量N=0；
所述步骤1之后还包括步骤1-1；
所述步骤1-1为：启动硬定时器，设定硬定时器的中断时间为第一时间间隔T1，并在硬定时器达到中断时间后进行步骤2。
3.根据权利要求2所述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
步骤2-1：判断在硬定时器从启动到中断的期间是否收到应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令，若是，则将变量N清零；若否，则对变量N增加1个计数；
步骤2-2：判断变量N是否小于或等于预设值M；若是，则进行步骤1，若否，则进行步骤3。
4.根据权利要求2或3所述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，其特征在于，预设值M、变量N均为整数，M大于T2/T1。
5.根据权利要求4所述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，其特征在于，T2=T1，M＞1。
6.根据权利要求2所述的Linux系统外置看门狗间接喂狗方法，其特征在于，在步骤1之前，还包括对于第一时间间隔T1、预设值M进行自定义，同时，对变量N清零。
7.一种看门狗系统，其特征在于，包括外置看门狗、Linux系统的应用层的看门狗喂狗程序、Linux系统的内核层的看门狗喂狗代理驱动模块；
所述看门狗喂狗代理驱动模块包括如下子模块：
喂狗子模块：用于按照第一时间间隔T1控制GPIO引脚对外置看门狗进行喂狗操作；所述第一时间间隔T1小于外置看门狗的溢出时间；
喂狗指令接收子模块：用于接收应用层的看门狗喂狗程序发送的喂狗指令；所述看门狗喂狗程序用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块发送喂狗指令；
喂狗指令检测子模块：用于检测喂狗指令接收模块是否在预设的时间段内收到喂狗指令；
所述预设的时间段为M*T1；所述第二时间间隔T2大于或等于第一时间间隔T1且小于预设的时间段M*T1；
执行子模块：用于根据喂狗指令检测子模块的检测结果控制喂狗子模块是否继续进行喂狗操作；
所述外置看门狗用于在达到溢出时间后复位CPU重启系统；
所述看门狗喂狗程序用于按照第二时间间隔T2向看门狗喂狗代理驱动模块发送喂狗指令。
8.根据权利要求7所述的看门狗系统，其特征在于，所述外置看门狗为专用的看门狗IC或带看门狗功能的其他IC；
其中，专门的看门狗IC为MAX705/706/813L、X25045之一；所述的带看门狗功能的其他IC为DS1232或P87LPC762。
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Patentee after: Guangzhou lubangtong Internet of things Technology Co.,Ltd.

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