RTC系统

Posted 2020-06-23 muhuacat猫窝

http://blog.csdn.net/fanqipin/article/details/8089995

 

一. RTC及驱动简介

        RTC即real time clock实时时钟，主要用于为操作系统提供可靠的时间；当系统处于断电 的情况下，RTC记录操作系统时间，并可在电池供电情况下继续正常工作，当系统正常启动后，系统可从RTC读取时间信息，来确保断电后时间运行连续性。

        目前，很多CPU中都已集成RTC系统，且有许多独立的外接RTC芯片可用于实现RTC功能；

        在内核中RTC驱动可分为两层，一层为于硬件无关的抽象层，主要用于管理RTC设备、设备节点，属性节点注册及操作；另一层为与硬件相关的RTC低层驱动层；抽象层程序在/drivers/rtc目录下，主要涉及下面几个文件：

class.c   用于管理和注册RTC设备结构、sysfs、procfs及RTC类；

rtc-dev.c 用于注册和管理RTC设备节点，为用户空间提供devfs操作接口,主要操作有rtc_read,rtc_ioctl; 

rtc-proc.c  用于管理rtc的procfs属性节点，提供一些中断状态、标志查询；

rtc-sysfs.c 用于管理rtc设备的sysfs属性，如获取RTC设备名字、日期、时间等属性信息；

interface.c 为rtc-dev.c 和RTC低层驱动提供操作接口；

        RTC系统结构示意图如图1所示；

图1 RTC系统结构图

       如图1所示，RTC 设备驱动通过rtc_device_register接口向linux系统注册RTC设备，并成生proc、sys目录下的属性文件；当用户通过/dev/rtcx设备节点或proc、sysfs接口来操作RTC设备时，都需要先通过interface接口才能访问真实的设备驱动。

二. 部分数据结构分析

1. RTC设备结构

struct rtc_device
{

struct device dev;

struct module *owner;

int id;   设备编号

char name[RTC_DEVICE_NAME_SIZE];

const struct rtc_class_ops *ops;  rtc设备低层操作接口；

struct mutex ops_lock;                     

struct cdev char_dev;    RTC字符型设备结构；

unsigned long flags;

unsigned long irq_data;    中断数据；

spinlock_t irq_lock;                  

wait_queue_head_t irq_queue;   中断数据等待队列；

struct fasync_struct *async_queue;

struct rtc_task *irq_task;

spinlock_t irq_task_lock;

int irq_freq;         中断频率；

int max_user_freq;

struct timerqueue_head timerqueue;

struct rtc_timer aie_timer;                       报警中断定时器；

struct rtc_timer uie_rtctimer;                  更新中断定时器；

struct hrtimer pie_timer; /* sub second exp, so needs hrtimer */     周期中断高精度定时器；

int pie_enabled;             周期中断使能标志；

struct work_struct irqwork;       

#ifdef CONFIG_RTC_INTF_DEV_UIE_EMUL    内部仿真update interrupt时所需；

struct work_struct uie_task;

struct timer_list uie_timer;

/* Those fields are protected by rtc->irq_lock */

unsigned int oldsecs;

unsigned int uie_irq_active:1;

unsigned int stop_uie_polling:1;

unsigned int uie_task_active:1;

unsigned int uie_timer_active:1;

#endif
};

2. RTC设备低层操作接口

struct rtc_class_ops {

int (*open)(struct device *);                           打开设备

void (*release)(struct device *);                    释放设备

int (*ioctl)(struct device *, unsigned int, unsigned long);    

int (*read_time)(struct device *, struct rtc_time *);   读取RTC时间；

int (*set_time)(struct device *, struct rtc_time *);    设置RTC时间；

int (*read_alarm)(struct device *, struct rtc_wkalrm *);  读取RTC报警时间；

int (*set_alarm)(struct device *, struct rtc_wkalrm *);   设置RTC报警时间；

int (*proc)(struct device *, struct seq_file *);                    用于提供procfs查询rtc状态接口；

int (*set_mmss)(struct device *, unsigned long secs);   设置以S为单位RTC时间接口；

int (*read_callback)(struct device *, int data);                        

int (*alarm_irq_enable)(struct device *, unsigned int enabled);  中断使能接口；

};

三.RTC低层驱动实现

        RTC低层驱动实现相对比较简单，只需要通过rtc_device_register向系统注册RTC设备，并实现RTC低层操作接口；本文以samsung s3cxx系列中自带的RTC来进行分析，驱动为/drivers/rtc/rtc-s3c.c。

1. 设备驱动注册及卸载

        对于集成在CPU内部的RTC一般可通过注册平台驱动的方式进行注册，如果RTC为外扩芯片，则可以根据相应来的接口来选择注册方式，如I2C接口芯片DS1307通过i2c_add_driver方式进行注册；在S3C6410中RTC为集成在系统内部，所以通过平台方式注册，平台驱动结构及注册卸载函数接口如下所示：

static struct platform_driver s3c_rtc_driver ={

.probe = s3c_rtc_probe,

.remove = s3c_rtc_remove,

.suspend = s3c_rtc_suspend,

.resume = s3c_rtc_resume,

.id_table = s3c_rtc_driver_ids,  用于匹配平台设备

.driver = {

.name = "s3c-rtc",

.owner = THIS_MODULE,

},

}

static int __init s3c_rtc_init(void)

{

return platform_driver_register(&s3c_rtc_driver)

}

static void __exit s3c_rtc_exit(void)

{

platform_drvier_unregister(&s3c_rtc_driver)

}

module_init(s3c_rtc_init);

mosule_exit(s3c_rtc_exit)

        当linux系统启动后会自动将S3C RTC平台设备驱动添加到系统中，然后会遍历platform 总线上的设备通过match_table,id_table或驱动和设备名字来进行匹配设备，如果找到对应的平台设备就会调用平台驱动中的probe函数；S3C RTC平台设备结构如下所示：

static struct resource s3c_rtc_resource[] = {

[0] = {

.start  = S3C_PA_RTC,                                          RTC寄存器起始地址空间；

.end  = S3C_PA_RTC + 0xff,

.flags  = IORESOURCE_MEM,                                resource为内存类型

},

[1] = {

.start  = IRQ_RTC_ALARM,                                    RTC报警中断号

.end  = IRQ_RTC_ALARM,

.flags  = IORESOURCE_IRQ,                                     resource为中断类型

},

[2] = {

.start  = IRQ_RTC_TIC,                                            RTC TICK中断

.end  = IRQ_RTC_TIC,

.flags  = IORESOURCE_IRQ

}

};
struct platform_device s3c_device_rtc = {

.name  = "s3c64xx-rtc",

.id   = -1,

.num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_rtc_resource),

.resource = s3c_rtc_resource,

};

通过platform的match函数匹配完后就会调用平台驱动的probe函数，s3c_rtc_probe函数主要部分如下所示：

static int __devinit s3c_rtc_probe(struct platform_device *pdev)
{

struct rtc_device *rtc;

struct rtc_time rtc_tm;

struct resource *res;

int ret;

pr_debug("%s: probe=%p\n", __func__, pdev);

/* 从平台设备中获取相关的设备资源*/

s3c_rtc_tickno = platform_get_irq(pdev, 1);                         

if (s3c_rtc_tickno < 0) {

dev_err(&pdev->dev, "no irq for rtc tick\n");

return -ENOENT;

}

s3c_rtc_alarmno = platform_get_irq(pdev, 0);

if (s3c_rtc_alarmno < 0) {

dev_err(&pdev->dev, "no irq for alarm\n");

return -ENOENT;

}

/*内核中，在对内存进行操作前得先申请内存空间，通过ioremap映射完后才能使用*/

res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);

if (res == NULL) {

dev_err(&pdev->dev, "failed to get memory region resource\n");

return -ENOENT;

}

s3c_rtc_mem = request_mem_region(res->start, resource_size(res), pdev->name);

if (s3c_rtc_mem == NULL) {

dev_err(&pdev->dev, "failed to reserve memory region\n");

ret = -ENOENT;

goto err_nores;

}

s3c_rtc_base = ioremap(res->start, resource_size(res));

if (s3c_rtc_base == NULL) {

dev_err(&pdev->dev, "failed ioremap()\n");

ret = -EINVAL;

goto err_nomap;

}

/*获取并使能RTC 系统时钟信号*/

rtc_clk = clk_get(&pdev->dev, "rtc");

if (IS_ERR(rtc_clk)) {

dev_err(&pdev->dev, "failed to find rtc clock source\n");

ret = PTR_ERR(rtc_clk);

rtc_clk = NULL;

goto err_clk;

}

clk_enable(rtc_clk);

/* 配置S3C RTC 控制寄存器，使能RTCEN，只有当RTCEN有效时才能配置BCD等寄存器，当系统断电前得清除RTCEN，防止对BCD寄存器进行写操作； */

s3c_rtc_enable(pdev, 1);

device_init_wakeup(&pdev->dev, 1);

/*注册RTC设备，s3c_rtcops为需要实现的低层操作接口*/

rtc = rtc_device_register("s3c", &pdev->dev, &s3c_rtcops,THIS_MODULE);

if (IS_ERR(rtc)) {

dev_err(&pdev->dev, "cannot attach rtc\n");

ret = PTR_ERR(rtc);

goto err_nortc;

}

s3c_rtc_cpu_type = platform_get_device_id(pdev)->driver_data;

/* Check RTC Time */

s3c_rtc_gettime(NULL, &rtc_tm);

if (rtc_valid_tm(&rtc_tm)) {

rtc_tm.tm_year = 100;

rtc_tm.tm_mon = 0;

rtc_tm.tm_mday = 1;

rtc_tm.tm_hour = 0;

rtc_tm.tm_min = 0;

rtc_tm.tm_sec = 0;

s3c_rtc_settime(NULL, &rtc_tm);

dev_warn(&pdev->dev, "warning: invalid RTC value so initializing it\n");

}

if (s3c_rtc_cpu_type == TYPE_S3C64XX)

rtc->max_user_freq = 32768;

else

rtc->max_user_freq = 128;

platform_set_drvdata(pdev, rtc);

/*设置时钟频率为1HZ*/

s3c_rtc_setfreq(&pdev->dev, 1);

clk_disable(rtc_clk);

return 0;

 err_nortc:

s3c_rtc_enable(pdev, 0);

clk_disable(rtc_clk);

clk_put(rtc_clk);

 err_clk:

iounmap(s3c_rtc_base)；

 err_nomap:

release_resource(s3c_rtc_mem);

 err_nores:

return ret;

}

2. RTC低层操作函数接口

static const struct rtc_class_ops s3c_rtcops = {

.open  = s3c_rtc_open,

.release  = s3c_rtc_release,

.read_time = s3c_rtc_gettime,

.set_time = s3c_rtc_settime,

.read_alarm = s3c_rtc_getalarm,

.set_alarm = s3c_rtc_setalarm,

.proc  = s3c_rtc_proc,

.alarm_irq_enable = s3c_rtc_setaie,

};

static int s3c_rtc_open(struct device *dev)
{

struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);

struct rtc_device *rtc_dev = platform_get_drvdata(pdev);

int ret;

ret = request_irq(s3c_rtc_alarmno, s3c_rtc_alarmirq,IRQF_DISABLED,  "s3c2410-rtc alarm", rtc_dev);

if (ret) {

dev_err(dev, "IRQ%d error %d\n", s3c_rtc_alarmno, ret);

return ret;

}

ret = request_irq(s3c_rtc_tickno, s3c_rtc_tickirq, IRQF_DISABLED,  "s3c2410-rtc tick", rtc_dev);

if (ret) {

dev_err(dev, "IRQ%d error %d\n", s3c_rtc_tickno, ret);

goto tick_err;

}

return ret;

 tick_err:

free_irq(s3c_rtc_alarmno, rtc_dev);

return ret;

}

static void s3c_rtc_release(struct device *dev)
{

struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);

struct rtc_device *rtc_dev = platform_get_drvdata(pdev);

free_irq(s3c_rtc_alarmno, rtc_dev);

free_irq(s3c_rtc_tickno, rtc_dev);

}

       在s3c_rtc_open()和s3c_rtc_release()用于申请和释放s3c rtc 的报警和TICK中断资源；因为中断信号线资源有限，所以最好在打开设备时申请，关闭设备时释放；

static int s3c_rtc_gettime(struct device *dev, struct rtc_time *rtc_tm)
{

unsigned int have_retried = 0;

void __iomem *base = s3c_rtc_base;

clk_enable(rtc_clk);

 retry_get_time:

/*读取年、月、日、天、小时、分、秒数据*/

rtc_tm->tm_min  = readb(base + S3C2410_RTCMIN);

rtc_tm->tm_hour = readb(base + S3C2410_RTCHOUR);

rtc_tm->tm_mday = readb(base + S3C2410_RTCDATE);

rtc_tm->tm_mon  = readb(base + S3C2410_RTCMON);

rtc_tm->tm_year = readb(base + S3C2410_RTCYEAR);

rtc_tm->tm_sec  = readb(base + S3C2410_RTCSEC);

if (rtc_tm->tm_sec == 0 && !have_retried) {

have_retried = 1;

goto retry_get_time;

}

/*将读取出来的数据进行BCD转二进制操作*/

rtc_tm->tm_sec = bcd2bin(rtc_tm->tm_sec);

rtc_tm->tm_min = bcd2bin(rtc_tm->tm_min);

rtc_tm->tm_hour = bcd2bin(rtc_tm->tm_hour);

rtc_tm->tm_mday = bcd2bin(rtc_tm->tm_mday);

rtc_tm->tm_mon = bcd2bin(rtc_tm->tm_mon);

rtc_tm->tm_year = bcd2bin(rtc_tm->tm_year);

rtc_tm->tm_year += 100;

rtc_tm->tm_mon -= 1;

clk_disable(rtc_clk);

return rtc_valid_tm(rtc_tm);

}

s3c_rtc_gettime用于从S3C RTC里读出RTC 日期和时间，RTC时间1S更新一次，在读时间的过程中如果秒为0，表示从秒从59到0跳变，则需要重新读取时间，S3C RTC的时候为BCD码形式，需要进行简单的转换才能得到正确时间信息。

static int s3c_rtc_settime(struct device *dev, struct rtc_time *tm)
{

void __iomem *base = s3c_rtc_base;

int year = tm->tm_year - 100;

clk_enable(rtc_clk);

/* we get around y2k by simply not supporting it */

if (year < 0 || year >= 100) {

dev_err(dev, "rtc only supports 100 years\n");

return -EINVAL;

}

/*将时间数据转成BCD码形式后存入到相应寄存器*/

writeb(bin2bcd(tm->tm_sec),  base + S3C2410_RTCSEC);

writeb(bin2bcd(tm->tm_min),  base + S3C2410_RTCMIN);

writeb(bin2bcd(tm->tm_hour), base + S3C2410_RTCHOUR);

writeb(bin2bcd(tm->tm_mday), base + S3C2410_RTCDATE);

writeb(bin2bcd(tm->tm_mon + 1), base + S3C2410_RTCMON);

writeb(bin2bcd(year), base + S3C2410_RTCYEAR);

clk_disable(rtc_clk);

return 0;

}

s3c_rtc_settime()设置RTC时间，在应用层用hwclock -w来进行同步系统和RTC时间时会调用该函数。 

static int s3c_rtc_getalarm(struct device *dev, struct rtc_wkalrm *alrm)
{

struct rtc_time *alm_tm = &alrm->time;

void __iomem *base = s3c_rtc_base;

unsigned int alm_en;

clk_enable(rtc_clk);

alm_tm->tm_sec  = readb(base + S3C2410_ALMSEC);

alm_tm->tm_min  = readb(base + S3C2410_ALMMIN);

alm_tm->tm_hour = readb(base + S3C2410_ALMHOUR);

alm_tm->tm_mon  = readb(base + S3C2410_ALMMON);

alm_tm->tm_mday = readb(base + S3C2410_ALMDATE);

alm_tm->tm_year = readb(base + S3C2410_ALMYEAR);

alm_en = readb(base + S3C2410_RTCALM);

alrm->enabled = (alm_en & S3C2410_RTCALM_ALMEN) ? 1 : 0;

/* decode the alarm enable field */

if (alm_en & S3C2410_RTCALM_SECEN)

alm_tm->tm_sec = bcd2bin(alm_tm->tm_sec);

else

alm_tm->tm_sec = -1;

if (alm_en & S3C2410_RTCALM_MINEN)

alm_tm->tm_min = bcd2bin(alm_tm->tm_min);

else

alm_tm->tm_min = -1;

if (alm_en & S3C2410_RTCALM_HOUREN)

alm_tm->tm_hour = bcd2bin(alm_tm->tm_hour);

else

alm_tm->tm_hour = -1;

if (alm_en & S3C2410_RTCALM_DAYEN)

alm_tm->tm_mday = bcd2bin(alm_tm->tm_mday);

else

alm_tm->tm_mday = -1;

if (alm_en & S3C2410_RTCALM_MONEN) {

alm_tm->tm_mon = bcd2bin(alm_tm->tm_mon);

alm_tm->tm_mon -= 1;

} else {

alm_tm->tm_mon = -1;

}

if (alm_en & S3C2410_RTCALM_YEAREN)

alm_tm->tm_year = bcd2bin(alm_tm->tm_year);

else

alm_tm->tm_year = -1;

clk_disable(rtc_clk);

return 0;

}

       s3c_rtc_getalarm()函数读 ALARM 中BCD码时间信息，并根据ALARM控制寄存器的值来进行BCD转二进制，如果ALARM控制寄存器中使能相应位，则进行BCD转换，否则相应数据填-1处理；

static int s3c_rtc_setalarm(struct device *dev, struct rtc_wkalrm *alrm)
{

struct rtc_time *tm = &alrm->time;

void __iomem *base = s3c_rtc_base;

unsigned int alrm_en;

clk_enable(rtc_clk);

alrm_en = readb(base + S3C2410_RTCALM) & S3C2410_RTCALM_ALMEN;

writeb(0x00, base + S3C2410_RTCALM);

if (tm->tm_sec < 60 && tm->tm_sec >= 0) {

alrm_en |= S3C2410_RTCALM_SECEN;

writeb(bin2bcd(tm->tm_sec), base + S3C2410_ALMSEC);

}

if (tm->tm_min < 60 && tm->tm_min >= 0) {

alrm_en |= S3C2410_RTCALM_MINEN;

writeb(bin2bcd(tm->tm_min), base + S3C2410_ALMMIN);

}

if (tm->tm_hour < 24 && tm->tm_hour >= 0) {

alrm_en |= S3C2410_RTCALM_HOUREN;

writeb(bin2bcd(tm->tm_hour), base + S3C2410_ALMHOUR);

}

writeb(alrm_en, base + S3C2410_RTCALM);

s3c_rtc_setaie(dev, alrm->enabled);

clk_disable(rtc_clk);

return 0;

}

s3c_rtc_setalarm()检查填入的报警时间是否合法，如果合法则将时间信息存入ALARM时间寄存器，并使能小时、分、秒相应ALARM使能位；当正常BCD寄存器里的时间和ALARM寄存器里的时间相等时，发生报警中断 ；中断发生后就会调用在s3c_rtc_open函数中申请alarm中断服务程序s3c_rtc_alarmirq();

static irqreturn_t s3c_rtc_alarmirq(int irq, void *id)
{

struct rtc_device *rdev = id;

clk_enable(rtc_clk);

rtc_update_irq(rdev, 1, RTC_AF | RTC_IRQF);

if (s3c_rtc_cpu_type == TYPE_S3C64XX)

writeb(S3C2410_INTP_ALM, s3c_rtc_base + S3C2410_INTP);

clk_disable(rtc_clk);

return IRQ_HANDLED;

}

s3c_rtc_alarmirq()中断服务程序主要通过rtc_update_irq来更新中断数据；

3. 使用过程中出现问题及解决方法

       在使用hwclock命令进行同步系统和硬件时间时，调试口输出“select() to /dev/rtc0 to wait for clock tick timed out.”；后来跟踪hwclock源码发现，原来在用hwclock进行显示，设置RTC硬件时间之前都会先通过进行时钟tick同步，同步方法是开启1S 一次update interrupt，每过1S RTC都会产生一次报警中断，并更新相应的中断数据，在应用层通过select来监控是否有RTC数据可读，如果有数据则会继续显示或设置硬件时间操作，否则输出

“select() to /dev/rtc0 to wait for clock tick timed out.”

linux系统中/proc/interrupt可以用来查询中断号，中断使用次数等信息，由于S3C RTC中的中断申请是在s3c_rtc_open中，所以每次使用完就会在s3c_rtc_release中释放，所以无法在/proc/interrupt中查询到rtc相应信息，为了确定是否有中断产生，把中断申请和释放移到s3c_rtc_probe和s3c_rtc_remove函数中。更新程序后发现S3C RTC中的alarm 和tick中断相应的次数都为0，说明根本就没有产生中断。后来经过测试和分析发现，原来S3C RTC中的低层操作接口在每次设置完相应的寄存器后都会关闭RTC时钟，即clk_disable(rtc_clk);而没有RTC时钟就不会产生相应ALARM 和TICK中断，所以解决的方法就是使能RTC时钟；解决方法是在打开 RTC设备时，就一直使能时钟直到关闭设备；

        后来在看源码修改历史时，发现源码中已经解决并更新了这个BUG，有兴趣的可以去看源码修改记录；