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title: PWM与看门狗
tags: [嵌入式Linux, Linux应用编程, PWM, sysfs, 看门狗, watchdog, ioctl, IMX6ULL]
created: 2026-09-18
updated: 2026-09-18
pdf_ref: "《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南V1.6》第二十四章 PWM应用编程、第二十七章 看门狗应用编程"
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# PWM与看门狗

> 💡 **关联知识**：[[03-外设与高级IO编程/02-GPIO与LED应用编程]]、[[03-外设与高级IO编程/04-FrameBuffer与LCD应用编程]]、[[03-外设与高级IO编程/06-摄像头串口与音频]]；延伸阅读：[[嵌入式Linux驱动开发实战/05-Linux外设驱动实战/06-RTC与PWM驱动]]、[[嵌入式Linux驱动开发实战/05-Linux外设驱动实战/01-LED与蜂鸣器驱动]]

本篇讲两个外设：**PWM**（脉冲宽度调制，用于背光调光、蜂鸣器发声、电机调速）和**看门狗**（Watchdog，用于系统异常时自动复位）。二者在应用层的操作方式很不一样——PWM 通过 **sysfs 属性文件**读写，看门狗通过 **ioctl** 控制，但都属于"把内核驱动暴露的接口用好"这一类应用编程。

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## 第一部分：PWM 应用编程

## 1. PWM 基本原理

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种通过**数字信号占空比**来模拟不同输出的技术。一个 PWM 波形由三个要素描述：

| 要素 | 含义 | 单位 |
| ---- | ---- | ---- |
| 周期 `period` | 一个完整波形的时间长度 | ns（纳秒） |
| 频率 `f` | 周期的倒数，`f = 1 / period` | Hz |
| 占空比 `duty_cycle` | 一个周期内高电平的时间长度 | ns（纳秒） |
| 极性 `polarity` | 高电平有效（normal）或低电平有效（inversed） | — |

占空比比例 = `duty_cycle / period`。例如周期 `500000 ns = 500 us`，对应频率 `1 / 500us = 2 kHz`；占空比 `250000 ns` 占周期一半，即 50%。

```mermaid
flowchart LR
    subgraph 一个周期 period
        H["高电平 duty_cycle"] --> L["低电平 period - duty_cycle"]
    end
    P["period = 500000ns (500us)"] --> F["频率 f = 1/period = 2kHz"]
    H --> D["占空比 = duty_cycle/period"]
```

PWM 的典型用途：LCD 背光调光（改变占空比即改变平均亮度）、无源蜂鸣器发声（改变频率即改变音调）、电机调速等。I.MX6U 共有 **8 个 PWM 控制器（PWM1~PWM8）**，每个控制器只有 1 路 PWM 输出。

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## 2. 应用层如何操控 PWM：sysfs

与 LED 一样，PWM 通过 **sysfs** 操控。进入 `/sys/class/pwm` 目录，可以看到 8 个以 `pwmchipX`（X 为 0~7）命名的文件夹，分别对应 I.MX6U 的 8 个 PWM 控制器：

```bash
ls /sys/class/pwm
# pwmchip0  pwmchip1  ...  pwmchip7
```

进入某个控制器目录（如 `pwmchip0`），重点关注 `npwm`、`export`、`unexport`：

| 属性文件 | 读写 | 说明 |
| -------- | ---- | ---- |
| `npwm` | 只读 | 该 PWM 控制器下共有几路 PWM 输出 |
| `export` | 只写 | 导出 PWM，写入编号（从 0 开始） |
| `unexport` | 只写 | 删除已导出的 PWM，写入编号与 export 对应 |

I.MX6U 每个 PWM 控制器只有 1 路输出，因此 `npwm` 读出来是 1，导出时编号都用 0。

```bash
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/export   # 导出 PWM1
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip1/export   # 导出 PWM2
# ... pwmchip2~pwmchip5 同理，编号都是 0
```

导出成功后会生成一个 `pwm0` 目录。

> 注意：开发板出厂系统中，**PWM1 已被用作 LCD 背光控制**，应用层不能直接控制；其它 PWM 因 I/O 资源不够也均不能使用。若要用 PWM1 测试，需要先禁用 LCD 与 backlight（见第 4 节）。

### 2.1 控制 PWM：pwm0 目录下的属性

```bash
ls /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0
# duty_cycle  enable  period  polarity
```

| 属性文件 | 读写 | 说明 |
| -------- | ---- | ---- |
| `enable` | 可读写 | 写 `1` 使能 PWM 输出，写 `0` 禁止；读可获取当前状态 |
| `polarity` | 可读写 | `normal` 普通极性、`inversed` 反转极性 |
| `period` | 可读写 | 配置 PWM 周期，单位 ns |
| `duty_cycle` | 可读写 | 配置 PWM 占空比，单位 ns |

```bash
echo 0 > enable           # 禁止 PWM 输出
echo 1 > enable           # 使能 PWM 输出（通常配置好后再使能）
echo normal > polarity    # 默认极性
echo inversed > polarity  # 极性反转
echo 10000 > period       # PWM 周期设置为 10us（10 * 1000ns）
echo 5000  > duty_cycle   # 占空比设置为 5us
```

> 很多 SoC 的 PWM 外设在硬件上并不支持极性配置，对应驱动未实现该接口，应用层自然无法通过 `polarity` 配置。ALPHA/Mini I.MX6U 出厂系统便如此。

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## 3. 编写 PWM 应用程序（pwm.c）

程序接收 3 个参数：PWM 编号、周期（ns）、占空比（ns）。先确保 PWM 已导出，再依次配置周期、占空比并使能。

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

static char pwm_path[100];

static int pwm_config(const char *attr, const char *val)
{
    char file_path[100];
    int len;
    int fd;

    sprintf(file_path, "%s/%s", pwm_path, attr);
    if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
        perror("open error");
        return fd;
    }

    len = strlen(val);
    if (len != write(fd, val, len)) {
        perror("write error");
        close(fd);
        return -1;
    }

    close(fd);  //关闭文件
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    /* 校验传参 */
    if (4 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <id> <period> <duty>\n",
                argv[0]);
        exit(-1);
    }

    /* 打印配置信息 */
    printf("PWM config: id<%s>, period<%s>, duty<%s>\n",
            argv[1], argv[2],
            argv[3]);

    /* 导出pwm */
    sprintf(pwm_path, "/sys/class/pwm/pwmchip%s/pwm0", argv[1]);

    if (access(pwm_path, F_OK)) {//如果pwm0目录不存在, 则导出

        char temp[100];
        int fd;

        sprintf(temp, "/sys/class/pwm/pwmchip%s/export", argv[1]);
        if (0 > (fd = open(temp, O_WRONLY))) {
            perror("open error");
            exit(-1);
        }

        if (1 != write(fd, "0", 1)) {//导出pwm
            perror("write error");
            close(fd);
            exit(-1);
        }

        close(fd);  //关闭文件
    }

    /* 配置PWM周期 */
    if (pwm_config("period", argv[2]))
        exit(-1);

    /* 配置占空比 */
    if (pwm_config("duty_cycle", argv[3]))
        exit(-1);

    /* 使能pwm */
    pwm_config("enable", "1");

    /* 退出程序 */
    exit(0);
}
```

逐段解释：

| 位置 | 代码 | 说明 |
| ---- | ---- | ---- |
| `pwm_config()` | 通用属性写函数 | 拼接 `pwm_path/attr` 路径，以只写方式打开并写入值，是操作 sysfs 属性的标准写法 |
| 传参校验 | `4 != argc` | 需传入 `id`、`period`、`duty` 三个参数 |
| `sprintf(pwm_path, ...)` | 构造 `pwm0` 路径 | 如 `id=0` 时为 `/sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0` |
| `access(pwm_path, F_OK)` | 判断是否已导出 | 目录不存在说明未导出，需要写 `export` |
| 写 `export` | `write(fd, "0", 1)` | 导出编号 0 的 PWM |
| `pwm_config("period", ...)` | 配置周期 | 单位 ns |
| `pwm_config("duty_cycle", ...)` | 配置占空比 | 单位 ns |
| `pwm_config("enable", "1")` | 使能输出 | 配置完成后最后一步 |

编译：

```bash
arm-linux-gnueabihf-gcc -o testApp pwm.c
scp testApp root@192.168.1.10:/home/root/
```

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## 4. 在开发板上测试

### 4.1 先把 PWM1 腾出来

出厂系统无法直接使用 PWM，因为 PWM1 被 LCD 背光占用。要想测试，需要对设备树做配置、禁用 LCD 和 backlight 设备（`status` 属性设置为 `disabled`），再重新编译设备树、用生成的 dtb 替换开发板启动文件中的 dtb。也可以参考《I.MX6U 嵌入式 Linux 驱动开发指南》自行配置 PWM。

这里介绍一个**不用重新编译设备树**的简单方法：重启开发板进入 u-boot 命令行模式，u-boot 启动时会把内核设备树（dtb）拷贝到内存，我们直接查看、修改内存中的那份设备树，把 LCD 和 backlight 的 `status` 改为 `disabled`。

SD/eMMC 启动方式，依次执行：

```text
setenv disable_lcd 'fdt addr ${fdt_addr}; fdt set /backlight status disable; fdt set /soc/aips-bus@02100000/lcdif@021c8000 status disable'
setenv mmcboot 'echo Booting from mmc ...; run mmcargs; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if run loadfdt; then run disable_lcd; bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi;'
```

NAND 启动方式：

```text
setenv disable_lcd 'fdt addr ${fdt_addr}; fdt set /backlight status disable; fdt set /soc/aips-bus@02100000/lcdif@021c8000 status disable'
setenv bootcmd 'nand read ${loadaddr} 0x620000 0x800000;nand read ${fdt_addr} ${fdt_offset} 0x20000; run disable_lcd; bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}'
```

然后执行 `boot` 启动内核。系统启动后 PWM1 就腾出来了，此时 LCD 被禁用。

> Tips：这种修改方式**只对本次启动生效**，因为我们改的是内存中的设备树；下一次重启会恢复原状。

### 4.2 运行并验证波形

开发板出厂系统已将 PWM1 输出绑定到 **GPIO1_IO08** 引脚（即 LCD 背光引脚），该引脚已通过扩展口引出，可用示波器测量。

```bash
./testApp 0 500000 250000
# PWM config: id<0>, period<500000>, duty<250000>
```

本实验测试 PWM1。用示波器检测 GPIO1_IO08 引脚，应看到周期 `500us`（即 `500000ns`）、对应频率 `2kHz`、占空比 50% 的 PWM 波形，与配置一致。

### 4.3 调试方法

| 现象 | 可能原因 | 排查手段 |
| ---- | -------- | -------- |
| `open error: No such file or directory` | 没进 u-boot 禁用 LCD/backlight，或路径/编号写错 | 确认 `ls /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0` |
| 写属性报错 | 未先导出、或写入格式不对 | 先 `echo 0 > export`，写入的值不带单位 |
| 引脚无波形 | PWM 未使能 / 被其它功能占用 | `cat enable` 应为 1；确认 PWM1 已腾出 |
| 占空比大于周期 | 参数不合法 | `duty_cycle` 必须不超过 `period` |
| 无 `pwm0` 目录 | 未导出 | 程序会自动导出，也可手动 `echo 0 > export` |

### 4.4 PWM 蜂鸣器/背光实验

> ⚠️ **来源说明**：本节不属于《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南》内容，为扩展知识。

- **背光调光**：PWM1 原本就驱动 LCD 背光，改变 `duty_cycle / period` 即可改变平均亮度。运行 `./testApp 0 500000 100000`（20% 占空比）与 `./testApp 0 500000 400000`（80% 占空比），可对比亮度差异。
- **蜂鸣器发声**：无源蜂鸣器需要外部方波驱动，**频率决定音调、占空比影响响度**。可把 PWM 输出经扩展口接到无源蜂鸣器，用 `pwm.c` 改变 `period` 产生不同音调，例如 `period=1000000ns` 对应 1kHz。有源蜂鸣器自带振荡电路，只需电平驱动即可，不需要 PWM。
- 注意：实验前同样需要按第 4.1 节腾出 PWM 通道，并确认引脚连接正确，避免与 LCD 背光功能冲突。

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## 第二部分：看门狗应用编程

## 5. 看门狗原理

在产品化的嵌入式系统中，为使系统在异常情况下能自动复位，一般都需要引入看门狗。看门狗其实就是一个**可以在一定时间内被复位（重置）的计数器**（看门狗计时器/定时器）：

- 看门狗启动后，计数器开始自动计数；
- 经过一定时间若没有被复位，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，需在看门狗允许的时间间隔内对计数器清零（俗称"喂狗"），不让复位信号产生；
- 若程序跑飞、没有按时喂狗，系统就"被咬"复位。

有些看门狗也可以只产生中断信号而不使系统复位。

```mermaid
flowchart LR
    START["看门狗启动/喂狗<br/>计数器清零"] --> COUNT["计数器递减/递增"]
    COUNT --> Q{"计时期内<br/>是否喂狗?"}
    Q -->|"是"| START
    Q -->|"否(超时溢出)"| RST["产生复位信号<br/>系统重启"]
```

I.MX6UL/I.MX6ULL SoC 集成了两个看门狗定时器（WDOG）：**WDOG1 和 WDOG2**。其中 WDOG2 用于安全目的，WDOG1 则是一个普通看门狗，支持产生中断信号以及复位 CPU。

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## 6. 看门狗设备节点

Linux 系统中注册的看门狗外设，都会在 `/dev/` 下生成设备节点，名称通常为 `watchdogX`（X 为编号 0、1、2…），如 `/dev/watchdog0`、`/dev/watchdog1`。

```bash
ls /dev/watchdog*
# /dev/watchdog  /dev/watchdog0
```

`watchdog0` 就是 I.MX6U 的 WDOG1 对应的设备节点。而 `/dev/watchdog` 名称不带数字编号，它代表**系统默认的看门狗设备**，通常指的就是 `watchdog0`——即这两个节点代表同一个硬件外设。

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## 7. 通过 ioctl 控制看门狗

应用层控制看门狗通过 `ioctl()` 实现。程序中需要包含头文件：

```c

#include <linux/watchdog.h>

```

该头文件定义了各种 `ioctl` 指令宏，每个指令表示向设备请求不同操作：

```c

#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)

```

常用指令：

| ioctl 指令 | 作用 |
| ---------- | ---- |
| `WDIOC_GETSUPPORT` | 获取看门狗支持哪些功能 |
| `WDIOC_SETOPTIONS` | 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 |

### 7.1 打开设备

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

```

### 7.2 获取设备支持的功能：WDIOC_GETSUPPORT

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

```

需要传入一个 `struct watchdog_info *`，`ioctl` 会把获取到的数据写入该对象：

```c
struct watchdog_info {
    __u32 options;          /* Options the card/driver supports */
    __u32 firmware_version; /* Firmware version of the card */
    __u8  identity[32];     /* Identity of the board */
};

```

- `options`：设备支持哪些功能或选项；
- `firmware_version`：固件版本号；
- `identity`：描述性字符串。

`options` 字段可取以下任意一个值或多值的位或：

```c
#define WDIOF_OVERHEAT     0x0001 /* Reset due to CPU overheat */
#define WDIOF_FANFAULT     0x0002
#define WDIOF_EXTERN1      0x0004
#define WDIOF_POWERUNDER   0x0010
#define WDIOF_CARDRESET    0x0020
#define WDIOF_POWEROVER    0x0040
#define WDIOF_SETTIMEOUT   0x0080 /* Set timeout (in seconds) */
#define WDIOF_MAGICCLOSE   0x0100 /* Supports magic close char */
#define WDIOF_PRETIMEOUT   0x0200 /* Pretimeout (in seconds), get/set */
#define WDIOF_ALARMONLY    0x0400 /* Watchdog triggers alarm, not a reboot */
#define WDIOF_KEEPALIVEPING 0x8000 /* Keep alive ping reply */
```

常见的值有 `WDIOF_SETTIMEOUT`（设备支持设置超时时间）与 `WDIOF_KEEPALIVEPING`（设备支持"喂狗"，即重置计时器）。

```c
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");
```

### 7.3 获取/设置超时时间

```c
ioctl(int fd, WDIOC_GETTIMEOUT, int *timeout);   // 获取
ioctl(int fd, WDIOC_SETTIMEOUT, int *timeout);   // 设置
```

超时时间以**秒**为单位。设置时不可超过其最大值，否则 `ioctl` 调用会失败。

```c
int timeout;
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);

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

### 7.4 开启/关闭看门狗：WDIOC_SETOPTIONS

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

`option` 指向一个 `int` 变量，可取：

```c

#define WDIOS_DISABLECARD 0x0001 /* Turn off the watchdog timer */
#define WDIOS_ENABLECARD  0x0002 /* Turn on the watchdog timer */

```

```c
int option = WDIOS_ENABLECARD;  //开启
//int option = WDIOS_DISABLECARD; //停止

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

```

> **重要**：当调用 `open()` 打开看门狗设备时，即使程序中没有开启看门狗计时器，`close()` 关闭设备时看门狗也会**自动启动**。所以打开设备后，需要先用 `WDIOC_SETOPTIONS` 指令（`WDIOS_DISABLECARD`）停止计时，等所有设置完成之后再开启。

### 7.5 喂狗：WDIOC_KEEPALIVE

```c
ioctl(int fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL);

```

计时器启动后，必须在超时之前"喂狗"，否则计时器溢出将导致系统复位或产生中断：

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

```

---

## 8. 看门狗应用程序实战（watchdog_test.c）

程序打开看门狗后先停止计时，设置超时时间，再开启计时并在超时前不断喂狗。

```c

#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 */
    time = (timeout * 1000 - 100) * 1000;//喂狗时间设置us微秒、在超时时间到来前100ms喂狗
    for ( ; ; ) {

        usleep(time);
        ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, NULL);
    }
}

```

逐段解释：

| 位置 | 代码 | 说明 |
| ---- | ---- | ---- |
| 参数校验 | `2 != argc` | 需传入看门狗超时时间（秒） |
| `open(WDOG_DEV, O_RDWR)` | 打开看门狗 | 以读写方式打开 `/dev/watchdog` |
| `WDIOC_SETOPTIONS` + `WDIOS_DISABLECARD` | 先停止计时 | 因为打开设备后计时器会开启 |
| `atoi(argv[1])` | 解析超时时间 | 小于 1 秒则强制为 1 |
| `WDIOC_SETTIMEOUT` | 设置超时 | 单位秒，不能超过最大值 |
| `WDIOC_SETOPTIONS` + `WDIOS_ENABLECARD` | 开启计时 | 开始看门狗工作 |
| `time = (timeout*1000 - 100)*1000` | 计算喂狗间隔 | `usleep` 以微秒为单位，在超时前 100ms 喂狗 |
| `WDIOC_KEEPALIVE` | 循环喂狗 | 不断重置计时器，避免系统复位 |

编译：

```bash
arm-linux-gnueabihf-gcc -o testApp watchdog_test.c
scp testApp root@192.168.1.10:/home/root/

```

---

## 9. 在开发板上测试看门狗

把可执行文件拷贝到开发板 `/home/root`，执行测试程序，例如启动看门狗、设置超时时间为 2 秒：

```bash
./testApp 2

```

### 9.1 解决 "Device or resource busy"

第一次执行可能会报错：

```text
open error: /dev/watchdog: Device or resource busy

```

这是因为**看门狗默认已被其他功能（出厂系统的看门狗脚本）使用**。解决方法是手动关闭它：打开 `/etc/init.d/watchdog.sh` 文件，在开头加一行 `exit 0`，把整个文件（后续逻辑）跳过。

```bash
vi /etc/init.d/watchdog.sh

# 在文件开头加入：
# exit 0

```

然后重启开发板，再执行程序，看门狗计时器就已启动，程序会不断喂狗、重置计时器，保证不重启：

```bash
./testApp 2

# timeout: 2s

```

### 9.2 验证不喂狗会复位

程序运行中按 **Ctrl + C** 结束程序。结束程序意味着**停止喂狗了，但看门狗计时器并没有停止**，于是计时器会溢出、发生复位重启：

```text
./testApp 2
timeout: 2s
^C
watchdog watchdog0: watchdog did not stop!     <- 内核打印：计时器仍在计时、未停止
（随后系统复位重启）

```

内核打印的 `watchdog watchdog0: watchdog did not stop!` 表示看门狗计时器还正在计时、未被停止。

测试完毕后，把 `/etc/init.d/watchdog.sh` 文件中的 `exit 0` 去掉，让系统重新使用看门狗。

### 9.3 调试方法

| 现象 | 可能原因 | 排查手段 |
| ---- | -------- | -------- |
| `Device or resource busy` | 看门狗已被系统占用 | 在 `/etc/init.d/watchdog.sh` 开头加 `exit 0` 后重启 |
| 设置超时失败 | 超过设备支持的最大值 | 用 `WDIOC_GETTIMEOUT` 读取，或改小参数 |
| 程序退出后系统立即复位 | `close` 会自动启动看门狗，且退出后无人喂狗 | 正常现象，用于验证；测试完恢复 `watchdog.sh` |
| 设备不支持喂狗/设置超时 | 硬件/驱动不支持 | 用 `WDIOC_GETSUPPORT` 检查 `options` 位 |
| `open` 失败无权限 | 非 root 运行 | 用 `root` 执行 |

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## 10. 跨平台对比：IMX6ULL vs STM32 vs RK3568

> ⚠️ **来源说明**：本节不属于《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南》内容，为扩展知识。

| 维度 | I.MX6ULL（本教程） | STM32（裸机/RTOS） | RK3568 |
| ---- | ------------------ | ------------------ | ------ |
| PWM 接口 | sysfs `/sys/class/pwm/pwmchipN` | 定时器寄存器 / HAL_TIM_PWM | sysfs，接口一致 |
| PWM 配置 | 写 `period`/`duty_cycle`/`enable`（ns） | 配置 ARR/PSC/CCR 寄存器 | 写 `period`/`duty_cycle`/`enable`（ns） |
| 看门狗接口 | `/dev/watchdog` + `ioctl` | IWDG/WWDG 寄存器直接喂狗 | `/dev/watchdog` + `ioctl`，接口一致 |
| 看门狗喂狗 | `WDIOC_KEEPALIVE` | 写 IWDG_KR 重装载键 | `WDIOC_KEEPALIVE` |
| 交叉工具链 | `arm-linux-gnueabihf-gcc` | `arm-none-eabi-gcc` | `aarch64-linux-gnu-gcc` |

I.MX6ULL 与 RK3568 的 sysfs PWM 与 ioctl 看门狗用法基本通用；STM32 裸机没有 sysfs 与设备节点，需直接操作寄存器。

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## 11. 面试精选

> ⚠️ **来源说明**：本节不属于《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南》内容，为扩展知识。

### Q1：PWM 的周期、频率、占空比是什么关系？如何用 sysfs 配置？

**答**：周期是波形一个完整循环的时间长度，频率是周期的倒数（`f = 1/period`），占空比是一个周期内高电平的时间长度，占空比比例 = `duty_cycle / period`。在 sysfs 中，先 `echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchipN/export` 导出，再向 `pwm0/period` 与 `pwm0/duty_cycle` 写入纳秒值，最后 `echo 1 > pwm0/enable` 使能。例如 `period=500000`、`duty_cycle=250000` 表示 2kHz、50%。

### Q2：sysfs 操作 PWM 的完整流程是怎样的？

**答**：进入 `/sys/class/pwm/pwmchipN`，用 `npwm` 查看路数；向 `export` 写入编号（I.MX6U 为 0）导出，生成 `pwm0` 目录；在 `pwm0` 下配置 `period`、`duty_cycle`（纳秒），可选配置 `polarity`；最后写 `enable=1` 使能；用完向 `unexport` 写入编号删除。程序中通常先 `access()` 判断是否已导出，未导出则先写 `export`。

### Q3：看门狗的工作原理是什么？为什么 open 之后要先关闭它？

**答**：看门狗是一个可在一定时间内被复位的计数器，启动后自动计数；若在超时前未被复位（喂狗），计数器溢出就会对 CPU 产生复位信号使系统重启。系统正常时程序按时喂狗，程序跑飞则不喂狗、系统自动复位，从而提高可靠性。至于 `open` 之后要先关闭：因为打开看门狗设备后即使程序没开启计时器，`close()` 关闭设备时看门狗也会自动启动，所以打开后应先用 `WDIOC_SETOPTIONS` + `WDIOS_DISABLECARD` 停止计时，待一切设置完成后再开启，避免在配置过程中意外触发。

### Q4：看门狗常用的 ioctl 指令有哪些，各起什么作用？

**答**：`WDIOC_GETSUPPORT` 获取设备支持的功能（如是否支持设置超时、是否支持喂狗）；`WDIOC_SETOPTIONS` 配合 `WDIOS_ENABLECARD`/`WDIOS_DISABLECARD` 开启或关闭看门狗计时器；`WDIOC_SETTIMEOUT`/`WDIOC_GETTIMEOUT` 设置/获取超时时间（秒）；`WDIOC_KEEPALIVE` 执行喂狗、重置计时器。这些指令都需要先用 `open("/dev/watchdog", O_RDWR)` 得到文件描述符。

### Q5：如何验证看门狗确实会复位系统？为什么执行程序会提示 `Device or resource busy`？

**答**：启动看门狗并设置超时（如 2 秒），程序正常运行时会不断喂狗。按 Ctrl+C 结束程序，即停止喂狗，但看门狗计时器仍在计时，超时后就会复位系统；内核会打印 `watchdog watchdog0: watchdog did not stop!`。提示 `Device or resource busy` 是因为看门狗默认已被系统功能（`/etc/init.d/watchdog.sh`）占用，可在该脚本开头加 `exit 0` 并重启开发板后再测试，测试完记得去掉。

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## 延伸阅读

- PWM 驱动原理：[[嵌入式Linux驱动开发实战/05-Linux外设驱动实战/06-RTC与PWM驱动]]
- 蜂鸣器/LED 驱动：[[嵌入式Linux驱动开发实战/05-Linux外设驱动实战/01-LED与蜂鸣器驱动]]
- 本库相关：[[03-外设与高级IO编程/02-GPIO与LED应用编程]]、[[03-外设与高级IO编程/04-FrameBuffer与LCD应用编程]]、[[03-外设与高级IO编程/06-摄像头串口与音频]]

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**内容来源**：《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南》第二十四章 PWM应用编程、第二十七章 看门狗应用编程；例程源码 `24_pwm/pwm.c`、`27_watchdog/watchdog_test.c`