博客

RTC系统

  • Post author:
  • Post category:其他


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；


版权声明：本文为fanqipin原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。