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Linux RTC 驱动实验

發(fā)布時間：2023/12/10 linux 27 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Linux RTC 驱动实验小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

RTC 也就是實時時鐘，用于記錄當前系統(tǒng)時間，對于Linux 系統(tǒng)而言時間是非常重要的，就和我們使用Windows 電腦或手機查看時間一樣，我們在使用Linux 設備的時候也需要查看時間。本章我們就來學習一下如何編寫Linux 下的RTC 驅動程序。

Linux 內核RTC 驅動簡介

RTC 設備驅動是一個標準的字符設備驅動，應用程序通過open、release、read、write 和ioctl等函數完成對RTC 設備的操作，關于RTC 硬件原理部分我們已經在裸機篇中的第二十五章進行了詳細的講解。

Linux 內核將RTC 設備抽象為rtc_device 結構體，因此RTC 設備驅動就是申請并初始化rtc_device，最后將rtc_device 注冊到Linux 內核里面，這樣Linux 內核就有一個RTC 設備的。
至于RTC 設備的操作肯定是用一個操作集合(結構體)來表示的，我們先來看一下rtc_device 結構體，此結構體定義在include/linux/rtc.h 文件中，結構體內容如下(刪除條件編譯)：

104 struct rtc_device 105 { 106 struct device dev; /* 設備*/ 107 struct module *owner; 108 109 int id; /* ID */ 110 char name[RTC_DEVICE_NAME_SIZE]; /* 名字*/ 111 112 const struct rtc_class_ops *ops; /* RTC設備底層操作函數*/ 113 struct mutex ops_lock; 114 115 struct cdev char_dev; /* 字符設備*/ 116 unsigned long flags; 117 118 unsigned long irq_data; 119 spinlock_t irq_lock; 120 wait_queue_head_t irq_queue; 121 struct fasync_struct *async_queue; 122 123 struct rtc_task *irq_task; 124 spinlock_t irq_task_lock; 125 int irq_freq; 126 int max_user_freq; 127 128 struct timerqueue_head timerqueue; 129 struct rtc_timer aie_timer; 130 struct rtc_timer uie_rtctimer; 131 struct hrtimer pie_timer; /* sub second exp, so needs hrtimer */ 132 int pie_enabled; 133 struct work_struct irqwork; 134 /* Some hardware can't support UIE mode */ 135 int uie_unsupported; ...... 147 };

我們需要重點關注的是ops 成員變量，這是一個rtc_class_ops 類型的指針變量，rtc_class_ops為RTC 設備的最底層操作函數集合，包括從RTC 設備中讀取時間、向RTC 設備寫入新的時間值等。因此，rtc_class_ops 是需要用戶根據所使用的RTC 設備編寫的，此結構體定義在include/linux/rtc.h 文件中，內容如下：

71 struct rtc_class_ops { 72 int (*open)(struct device *); 73 void (*release)(struct device *); 74 int (*ioctl)(struct device *, unsigned int, unsigned long); 75 int (*read_time)(struct device *, struct rtc_time *); 76 int (*set_time)(struct device *, struct rtc_time *); 77 int (*read_alarm)(struct device *, struct rtc_wkalrm *); 78 int (*set_alarm)(struct device *, struct rtc_wkalrm *); 79 int (*proc)(struct device *, struct seq_file *); 80 int (*set_mmss64)(struct device *, time64_t secs); 81 int (*set_mmss)(struct device *, unsigned long secs); 82 int (*read_callback)(struct device *, int data); 83 int (*alarm_irq_enable)(struct device *, unsigned int enabled); 84 };

看名字就知道rtc_class_ops 操作集合中的這些函數是做什么的了，但是我們要注意，rtc_class_ops 中的這些函數只是最底層的RTC 設備操作函數，并不是提供給應用層的file_operations 函數操作集。RTC 是個字符設備，那么肯定有字符設備的file_operations 函數操作集，Linux 內核提供了一個RTC 通用字符設備驅動文件，文件名為drivers/rtc/rtc-dev.c，rtc-dev.c 文件提供了所有RTC 設備共用的file_operations 函數操作集，如下所示：

448 static const struct file_operations rtc_dev_fops = { 449 .owner = THIS_MODULE, 450 .llseek = no_llseek, 451 .read = rtc_dev_read, 452 .poll = rtc_dev_poll, 453 .unlocked_ioctl = rtc_dev_ioctl, 454 .open = rtc_dev_open, 455 .release = rtc_dev_release, 456 .fasync = rtc_dev_fasync, 457 };

看到示例代碼60.1.3 是不是很熟悉了，標準的字符設備操作集。應用程序可以通過ioctl 函數來設置/讀取時間、設置/讀取鬧鐘的操作，那么對應的rtc_dev_ioctl 函數就會執(zhí)行，rtc_dev_ioctl 最終會通過操作rtc_class_ops 中的read_time、set_time 等函數來對具體RTC 設備的讀寫操作。我們簡單來看一下rtc_dev_ioctl 函數，函數內容如下(有省略)：

218 static long rtc_dev_ioctl(struct file *file, 219 unsigned int cmd, unsigned long arg) 220 { 221 int err = 0; 222 struct rtc_device *rtc = file->private_data; 223 const struct rtc_class_ops *ops = rtc->ops; 224 struct rtc_time tm; 225 struct rtc_wkalrm alarm; 226 void __user *uarg = (void __user *) arg; 227 228 err = mutex_lock_interruptible(&rtc->ops_lock); 229 if (err) 230 return err; ...... 269 switch (cmd) { ...... 333 case RTC_RD_TIME: /* 讀取時間*/ 334 mutex_unlock(&rtc->ops_lock); 335 336 err = rtc_read_time(rtc, &tm); 337 if (err < 0) 338 return err; 339 340 if (copy_to_user(uarg, &tm, sizeof(tm))) 341 err = -EFAULT; 342 return err; 343 344 case RTC_SET_TIME: /* 設置時間*/ 345 mutex_unlock(&rtc->ops_lock); 346 347 if (copy_from_user(&tm, uarg, sizeof(tm))) 348 return -EFAULT; 349 350 return rtc_set_time(rtc, &tm); ...... 401 default: 402 /* Finally try the driver's ioctl interface */ 403 if (ops->ioctl) { 404 err = ops->ioctl(rtc->dev.parent, cmd, arg); 405 if (err == -ENOIOCTLCMD) 406 err = -ENOTTY; 407 } else 408 err = -ENOTTY; 409 break; 410 } 411 412 done: 413 mutex_unlock(&rtc->ops_lock); 414 return err; 415 }

第333 行，RTC_RD_TIME 為時間讀取命令。
第336 行，如果是讀取時間命令的話就調用rtc_read_time 函數獲取當前RTC 時鐘，rtc_read_time 函數，rtc_read_time 會調用__rtc_read_time 函數，__rtc_read_time 函數內容如下：

23 static int __rtc_read_time(struct rtc_device *rtc, struct rtc_time *tm) 24 { 25 int err; 26 if (!rtc->ops) 27 err = -ENODEV; 28 else if (!rtc->ops->read_time) 29 err = -EINVAL; 30 else { 31 memset(tm, 0, sizeof(struct rtc_time)); 32 err = rtc->ops->read_time(rtc->dev.parent, tm); 33 if (err < 0) { 34 dev_dbg(&rtc->dev, "read_time: fail to read: %d\n", 35 err); 36 return err; 37 } 38 39 err = rtc_valid_tm(tm); 40 if (err < 0) 41 dev_dbg(&rtc->dev, "read_time: rtc_time isn't valid\n"); 42 } 43 return err; 44 }

從示例代碼60.1.5 中的32 行可以看出，__rtc_read_time 函數會通過調用rtc_class_ops 中的read_time 來從RTC 設備中獲取當前時間。rtc_dev_ioctl 函數對其他的命令處理都是類似的，比如RTC_ALM_READ 命令會通過rtc_read_alarm 函數獲取到鬧鐘值，而rtc_read_alarm 函數經過層層調用，最終會調用rtc_class_ops 中的read_alarm 函數來獲取鬧鐘值。

至此，Linux 內核中RTC 驅動調用流程就很清晰了，如圖60.1.1 所示：

當rtc_class_ops 準備好以后需要將其注冊到Linux 內核中，這里我們可以使用rtc_device_register 函數完成注冊工作。此函數會申請一個rtc_device 并且初始化這個rtc_device，最后向調用者返回這個rtc_device，此函數原型如下：

struct rtc_device *rtc_device_register(const char *name, struct device *dev, const struct rtc_class_ops *ops, struct module *owner)

函數參數和返回值含義如下：
name：設備名字。
dev：設備。
ops：RTC 底層驅動函數集。
owner：驅動模塊擁有者。
返回值：注冊成功的話就返回rtc_device，錯誤的話會返回一個負值。
當卸載RTC 驅動的時候需要調用rtc_device_unregister 函數來注銷注冊的rtc_device，函數原型如下：

void rtc_device_unregister(struct rtc_device *rtc)

函數參數和返回值含義如下：
rtc：要刪除的rtc_device。
返回值：無。
還有另外一對rtc_device 注冊函數devm_rtc_device_register 和devm_rtc_device_unregister，分別為注冊和注銷rtc_device。

I.MX6U 內部RTC 驅動分析

先直接告訴大家，I.MX6U 的RTC 驅動我們不用自己編寫，因為NXP 已經寫好了。其實對于大多數的SOC 來講，內部RTC 驅動都不需要我們去編寫，半導體廠商會編寫好。但是這不代表我們就偷懶了，雖然不用編寫RTC 驅動，但是我們得看一下這些原廠是怎么編寫RTC 驅動的。

分析驅動，先從設備樹入手，打開imx6ull.dtsi，在里面找到如下snvs_rtc 設備節(jié)點，節(jié)點內容如下所示：

1 snvs_rtc: snvs-rtc-lp { 2 compatible = "fsl,sec-v4.0-mon-rtc-lp"; 3 regmap = <&snvs>; 4 offset = <0x34>; 5 interrupts = <GIC_SPI 19 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>, <GIC_SPI 20 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>; 6 };

第2 行設置兼容屬性compatible 的值為“fsl,sec-v4.0-mon-rtc-lp”，因此在Linux 內核源碼中搜索此字符串即可找到對應的驅動文件，此文件為drivers/rtc/rtc-snvs.c，在rtc-snvs.c 文件中找到如下所示內容：

380 static const struct of_device_id snvs_dt_ids[] = { 381 { .compatible = "fsl,sec-v4.0-mon-rtc-lp", }, 382 { /* sentinel */ } 383 }; 384 MODULE_DEVICE_TABLE(of, snvs_dt_ids); 385 386 static struct platform_driver snvs_rtc_driver = { 387 .driver = { 388 .name = "snvs_rtc", 389 .pm = SNVS_RTC_PM_OPS, 390 .of_match_table = snvs_dt_ids, 391 }, 392 .probe = snvs_rtc_probe, 393 }; 394 module_platform_driver(snvs_rtc_driver);

第380~383 行，設備樹ID 表，有一條compatible 屬性，值為“fsl,sec-v4.0-mon-rtc-lp”，因此imx6ull.dtsi 中的snvs_rtc 設備節(jié)點會和此驅動匹配。
第386~393 行，標準的platform 驅動框架，當設備和驅動匹配成功以后snvs_rtc_probe 函數就會執(zhí)行。我們來看一下snvs_rtc_probe 函數，函數內容如下(有省略)：

238 static int snvs_rtc_probe(struct platform_device *pdev) 239 { 240 struct snvs_rtc_data *data; 241 struct resource *res; 242 int ret; 243 void __iomem *mmio; 244 245 data = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*data), GFP_KERNEL); 246 if (!data) 247 return -ENOMEM; 248 249 data->regmap = syscon_regmap_lookup_by_phandle(pdev->dev.of_node, "regmap"); 250 251 if (IS_ERR(data->regmap)) { 252 dev_warn(&pdev->dev, "snvs rtc: you use old dts file,

第253 行，調用platform_get_resource 函數從設備樹中獲取到RTC 外設寄存器基地址。
第255 行，調用函數devm_ioremap_resource 完成內存映射，得到RTC 外設寄存器物理基地址對應的虛擬地址。
第259 行，Linux3.1 引入了一個全新的regmap 機制，regmap 用于提供一套方便的API 函數去操作底層硬件寄存器，以提高代碼的可重用性。snvs-rtc.c 文件會采用regmap 機制來讀寫RTC 底層硬件寄存器。這里使用devm_regmap_init_mmio 函數將RTC 的硬件寄存器轉化為regmap 形式，這樣regmap 機制的regmap_write、regmap_read 等API 函數才能操作寄存器。
第270 行，從設備樹中獲取RTC 的中斷號。
第289 行，設置RTC_ LPPGDR 寄存器值為SNVS_LPPGDR_INIT= 0x41736166，這里就是用的regmap 機制的regmap_write 函數完成對寄存器進行寫操作。
第292 行，設置RTC_LPSR 寄存器，寫入0xffffffff，LPSR 是RTC 狀態(tài)寄存器，寫1 清零，因此這一步就是清除LPSR 寄存器。
第295 行，調用snvs_rtc_enable 函數使能RTC，此函數會設置RTC_LPCR 寄存器。
第299 行，調用devm_request_irq 函數請求RTC 中斷，中斷服務函數為snvs_rtc_irq_handler，用于RTC 鬧鐘中斷。
第307 行，調用devm_rtc_device_register 函數向系統(tǒng)注冊rtc_devcie，RTC 底層驅動集為snvs_rtc_ops。snvs_rtc_ops操作集包含了讀取/設置RTC 時間，讀取/設置鬧鐘等函數。snvs_rtc_ops內容如下：

200 static const struct rtc_class_ops snvs_rtc_ops = { 201 .read_time = snvs_rtc_read_time, 202 .set_time = snvs_rtc_set_time, 203 .read_alarm = snvs_rtc_read_alarm, 204 .set_alarm = snvs_rtc_set_alarm, 205 .alarm_irq_enable = snvs_rtc_alarm_irq_enable, 206 };

我們就以第201 行的snvs_rtc_read_time 函數為例講解一下rtc_class_ops 的各個RTC 底層操作函數該如何去編寫。snvs_rtc_read_time 函數用于讀取RTC 時間值，此函數內容如下所示：

126 static int snvs_rtc_read_time(struct device *dev, struct rtc_time *tm) 127 { 128 struct snvs_rtc_data *data = dev_get_drvdata(dev); 129 unsigned long time = rtc_read_lp_counter(data); 130 131 rtc_time_to_tm(time, tm); 132 133 return 0; 134 }

第129 行，調用rtc_read_lp_counter 獲取RTC 計數值，這個時間值是秒數。
第131 行，調用rtc_time_to_tm 函數將獲取到的秒數轉換為時間值，也就是rtc_time 結構體類型，rtc_time 結構體定義如下：

20 struct rtc_time { 21 int tm_sec; 22 int tm_min; 23 int tm_hour; 24 int tm_mday; 25 int tm_mon; 26 int tm_year; 27 int tm_wday; 28 int tm_yday; 29 int tm_isdst; 30 };

最后我們來看一下rtc_read_lp_counter 函數，此函數用于讀取RTC 計數值，函數內容如下(有省略)：

50 static u32 rtc_read_lp_counter(struct snvs_rtc_data *data) 51 { 52 u64 read1, read2; 53 u32 val; 54 55 do { 56 regmap_read(data->regmap, data->offset + SNVS_LPSRTCMR, &val); 57 read1 = val; 58 read1 <<= 32; 59 regmap_read(data->regmap, data->offset + SNVS_LPSRTCLR, &val); 60 read1 |= val; 61 62 regmap_read(data->regmap, data->offset + SNVS_LPSRTCMR, &val); 63 read2 = val; 64 read2 <<= 32; 65 regmap_read(data->regmap, data->offset + SNVS_LPSRTCLR, &val); 66 read2 |= val; 67 /* 68 * when CPU/BUS are running at low speed, there is chance that 69 * we never get same value during two consecutive read, so here 70 * we only compare the second value. 71 */ 72 } while ((read1 >> CNTR_TO_SECS_SH) != (read2 >> CNTR_TO_SECS_SH)); 73 74 /* Convert 47-bit counter to 32-bit raw second count */ 75 return (u32) (read1 >> CNTR_TO_SECS_SH); 76 }

第56~72 行，讀取RTC_LPSRTCMR 和RTC_LPSRTCLR 這兩個寄存器，得到RTC 的計數值，單位為秒，這個秒數就是當前時間。這里讀取了兩次RTC 計數值，因為要讀取兩個寄存器，因此可能存在讀取第二個寄存器的時候時間數據更新了，導致時間不匹配，因此這里連續(xù)讀兩次，如果兩次的時間值相等那么就表示時間數據有效。

第75 行，返回時間值，注意這里將前面讀取到的RTC 計數值右移了15 位。

這個就是snvs_rtc_read_time 函數讀取RTC 時間值的過程，至于其他的底層操作函數大家自行分析即可，都是大同小異的，這里就不再分析了。關于I.MX6U 內部RTC 驅動源碼就講解到這里。

RTC 時間查看與設置

1、時間RTC 查看
RTC 是用來計時的，因此最基本的就是查看時間，Linux 內核啟動的時候可以看到系統(tǒng)時鐘設置信息，如圖60.3.1 所示：

從圖60.3.1 中可以看出，Linux 內核在啟動的時候將snvs_rtc 設置為rtc0，大家的啟動信息可能會和圖60.3.1 中的不同，但是內容基本上都是一樣的。

如果要查看時間的話輸入“date”命令即可，結果如圖60.3.2 所示：

從圖60.3.2 可以看出，當前時間為1970 年1 月1 日00:06:11，很明顯是時間不對，我們需要重新設置RTC 時間。

2、設置RTC 時間
RTC 時間設置也是使用的date 命令，輸入“date --help”命令即可查看date 命令如何設置系統(tǒng)時間，結果如圖60.3.3 所示

現在我要設置當前時間為2019 年8 月31 日18:13:00，因此輸入如下命令：

date -s "2019-08-31 18:13:00"

設置完成以后再次使用date 命令查看一下當前時間就會發(fā)現時間改過來了，如圖60.3.4 所示：

大家注意我們使用“date -s”命令僅僅是將當前系統(tǒng)時間設置了，此時間還沒有寫入到I.MX6U 內部RTC 里面或其他的RTC 芯片里面，因此系統(tǒng)重啟以后時間又會丟失。我們需要將當前的時間寫入到RTC 里面，這里要用到hwclock 命令，輸入如下命令將系統(tǒng)時間寫入到RTC里面：

hwclock -w //將當前系統(tǒng)時間寫入到RTC 里面

時間寫入到RTC 里面以后就不怕系統(tǒng)重啟以后時間丟失了，如果I.MX6U-ALPHA 開發(fā)板底板接了紐扣電池，那么開發(fā)板即使斷電了時間也不會丟失。大家可以嘗試一下不斷電重啟和斷電重啟這兩種情況下開發(fā)板時間會不會丟失。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux RTC 驱动实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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