Linux - 驱动开发 - watchdog - SMP机制下多核确活

说明

• 理论上：不管IC是单核还是多核，只要watchdog有被循环feed，就不会触发超时重启，因此watchdog在SMP机制下的多核环境显得比较宽松，只要任意核存活（喂狗）就不会重启设备。

实际情况

• 有客户反馈，多核环境下（SMP机制管理）有核hang住了，但是设备没有重启。
• 在SMP机制管理的8核arm平台上实测现象：

1. 有核crash（特意使核上跑的程序crash），SMP能检测到，并且所有核都会被stop，watchdog能重启设备。
2. 有核hang住（特意使核上跑的程序hang住），设备会非常卡，smp机制中的调度会每隔一段时间打印一次timeout，但是由于主核正常，喂狗正常，不会触发watchdog重启系统，如下：

[  433.562934] rcu: INFO: rcu_sched detected stalls on CPUs/tasks:
[  433.568883] rcu: 	1-...0: (16 ticks this GP) idle=e3a/0/0x3 softirq=98/98 fqs=10498 
[  433.576660] 	(detected by 0, t=21007 jiffies, g=-935, q=16)
[  433.582255] Task dump for CPU 1:
[  433.585495] task:swapper/1       state:R  running task     stack:15152 pid:    0 ppid:     1 flags:0x0000000a
[  433.595460] Call trace:
[  433.597917]  __switch_to+0xb8/0xe8
[  433.601332]  0xffffff8100130c00

• 根据一些测试现象推测：有核卡住，设备非常卡是因为smp调度时，调度过程是阻塞的（但是有超时），smp调度过程就会卡住很久，只有超时后，其它进程才能得到调度，将触发smp调度的操作放到wdt驱动的喂狗函数中，这样就会触发watchdog重启系统，smp调度阻塞住喂狗了。

结论

• IC生产，无法确保每个核都是一样稳定，如果多核IC中有少数核稳定性稍微差点，可能会出现部分核hang住，因此需要watchdog来检测这种情况并重启。

实现

• 同构多核使用SMP机制管理下，kenerl启动之前只有主核在运行，kernel启动过程中再由kernel bringup其它核，因此kernel运行前的固件（uboot等），不需要做检测。

SMP机制下多核确活机制（严格模式）

• 在多核SMP管理环境下，确认多核是否alive，只要任意核hang住，重启设备。

思路

• 通过SMP机制发送核间中断给每个核，每个核收到中断后，将一个全局CPU 位图变量打上标志，表示核正在运行。
• 发送核间中断，让每个核执行同一个函数：

// 每个核都会运行该函数
static void cpu_alive(void *passed_regs)
{
    ...
}

smp_call_function(cpu_alive, NULL, 0);
smp_wmb();

• 第一版做法：每次喂狗前，发送SMP调度请求，等待所有核运行完成。

static cpumask_t cpus_alive = CPU_MASK_NONE;

#ifdef CONFIG_SMP
static void cpu_alive(void *passed_regs)
{
    int cpu = smp_processor_id();

    pr_debug("cpu[%d] setmask \n", cpu);
    cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_alive);
}
#endif

// watchdog驱动喂狗函数
static int dw_wdt_ping(struct watchdog_device *wdd)
{       
    struct dw_wdt *dw_wdt = to_dw_wdt(wdd);
    
#ifdef CONFIG_SMP
    unsigned int msecs;
    unsigned int ncpus;

    cpus_alive = CPU_MASK_NONE;

    ncpus = num_online_cpus() - 1;
    
    pr_debug("Sending IPI to other cpus...\n");
    smp_call_function(cpu_alive, NULL, 0);
    smp_wmb();

    // 阻塞1s 等待所有核执行完成
    msecs = 1000; // 1s
    while ((cpumask_weight(&cpus_alive) < ncpus) && (--msecs > 0)) {
        cpu_relax();
        mdelay(1);
    }

    if (cpumask_weight(&cpus_alive) >= ncpus)
#endif
        writel(WDOG_COUNTER_RESTART_KICK_VALUE, dw_wdt->regs
               + WDOG_COUNTER_RESTART_REG_OFFSET);

    return 0;
}

• 问题

1. 阻塞1s，等待所有核执行完成，如果存在核执行超时了，会导致误判。
2. 如果将阻塞时间拉长，喂狗时间和wdt timeout时间需要空出该时间。

• 新版本：每次喂狗前，检查上一次喂狗后发送SMP调度请求后的CPU 位图数据，喂狗，再发送一次SMP调度请求。

static cpumask_t cpus_alive = CPU_MASK_NONE;

#ifdef CONFIG_SMP
static void cpu_alive(void *passed_regs)
{       
    int cpu = smp_processor_id();
    
    pr_debug("cpu[%d] setmask \n", cpu);
    cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_alive);
}
#endif

static int dw_wdt_ping(struct watchdog_device *wdd)
{
    struct dw_wdt *dw_wdt = to_dw_wdt(wdd);
    static int isFirst = 1;

#ifdef CONFIG_SMP
    unsigned int ncpus;

    ncpus = num_online_cpus() - 1;

    if ((isFirst == 1) || cpumask_weight(&cpus_alive) >= ncpus) {
#endif
        writel(WDOG_COUNTER_RESTART_KICK_VALUE, dw_wdt->regs +
                WDOG_COUNTER_RESTART_REG_OFFSET);

#ifdef CONFIG_SMP
        isFirst = 0;
        cpus_alive = CPU_MASK_NONE;
        smp_call_function(cpu_alive, NULL, 0);
        smp_wmb();
    }
#endif

    return 0;
}

• 好处：等待所有核执行SMP请求和间隔喂狗并行起来了，不必像串行一样，多花一个等待时间。