您现在的位置是：首页 > 其他

当前栏目

Linux驱动 | Linux内核 RTC时间架构

Linux 架构

2023-02-25 18:04:57 时间

一、Linux 时间操作命令：date、hwclock

Linux时间有两个: 系统时间(Wall Time)， RTC时间。

1.系统时间(WT)：

由Linux系统软件维持的时间，通过Linux命令date查看：

rk3568_r:/ 
Wed Sep 21 03:05:21 GMT 2022

获取到的就是系统时间

2.RTC时间：

这个时间来自我们设备上的RTC芯片，通过Linux命令hwclock 可以读取：

rk3568_r:/ 
Wed Sep 21 03:05:24 2022  0.000000 seconds

我们通过man查看date和hwclock的介绍：

命令说明

1）date

DESCRIPTION
       Display the current time in the given FORMAT, or set the system date.

2）hwclock

DESCRIPTION
       hwclock  is  a tool for accessing the Hardware Clock.  It can: display the Hardware
       Clock time; set the Hardware Clock to a specified time; set the Hardware Clock from
       the  System  Clock;  set  the  System Clock from the Hardware Clock; compensate for
       Hardware Clock drift; correct the System Clock timescale; set  the  kernel's  time‐
       zone,  NTP  timescale,  and  epoch  (Alpha  only);  compare the System and Hardware
       Clocks; and predict future Hardware Clock values based on its drift rate.

       Since v2.26 important changes were made to the --hctosys function and the  --direc‐
       tisa  option,  and  a  new  option  --update-drift was added.  See their respective
       descriptions below.

接下来，通过代码看下两者的关系。

二、RTC时间框架

框架如图：

从该架构可得：

Hardware：提供时间信息(time&alarm)，通过一定的接口(比如I2C)和RTC Driver进行交互
Driver：  完成硬件的访问功能，提供访问接口，以驱动的形式驻留在系统
class.c：驱动注册方式由class.c：文件提供。驱动注册成功后会构建rtc_device结构体表征的rtc设备，并把rtc芯片的操作方式存放到rtc设备的ops成员中
interface.c：文件屏蔽硬件相关的细节，向上提供统一的获取/设置时间或Alarm的接口
rtc-lib.c：文件提供通用的时间操作函数，如rtc_time_to_tm、rtc_valid_tm等
rtc-dev.c：文件在/dev/目录下创建设备节点供应用层访问，如open、read、ioctl等，访问方式填充到file_operations结构体中
hctosys.c/rtc-sys.c/rtc-proc.c：将硬件时钟写给 wall time

下面我们从底层往上层来一步步分析。

1、rtc_class_ops 填充

驱动主要工作是填充 rtc_class_ops结构体，结构体描述了RTC芯片能够提供的所有操作方式：

struct rtc_class_ops {
    int (*open)(struct device *);
    void (*release)(struct device *);
    int (*ioctl)(struct device *, unsigned int, unsigned long);
    int (*read_time)(struct device *, struct rtc_time *);
    int (*set_time)(struct device *, struct rtc_time *);
    int (*read_alarm)(struct device *, struct rtc_wkalrm *);
    int (*set_alarm)(struct device *, struct rtc_wkalrm *);
    int (*proc)(struct device *, struct seq_file *);
    int (*set_mmss)(struct device *, unsigned long secs);
    int (*read_callback)(struct device *, int data);
    int (*alarm_irq_enable)(struct device *, unsigned int enabled);
};

实现：

static const struct rtc_class_ops hym8563_rtc_ops = {
 .read_time  = hym8563_rtc_read_time,
 .set_time  = hym8563_rtc_set_time,
 .alarm_irq_enable = hym8563_rtc_alarm_irq_enable,
 .read_alarm  = hym8563_rtc_read_alarm,
 .set_alarm  = hym8563_rtc_set_alarm,
};

hym8563->rtc = devm_rtc_device_register(&client->dev, client->name,
      &hym8563_rtc_ops, THIS_MODULE);

成功的话log：

[    0.758774] hym8563_probe()---565----
[    0.760651] rtc-hym8563 5-0051: rtc information is invalid
[    0.761666] hym8563_rtc_read_time()---115----1--
[    0.761681] hym8563_rtc_set_time()---129----1--
[    0.764235] hym8563_rtc_read_time()---115----1--
[    0.766425] hym8563_rtc_read_time()---115----1--
[    0.767439] hym8563_rtc_read_time()---115----1--
[    0.767619] rtc-hym8563 5-0051: rtc core: registered hym8563 as rtc0
[    0.768634] hym8563_rtc_read_time()---115----1--
[    0.768661] rtc-hym8563 5-0051: setting system clock to 2021-01-01 12:00:00 UTC (1609502400)

从log可得 5-0051： 5表示I2C通道5，0051表示从设备地址 rtc0 ：注册的rtc设备为rtc0。

2、class.c和RTC驱动注册

class.c文件在RTC驱动注册之前开始得到运行：

static int __init rtc_init(void)
{
    rtc_class = class_create(THIS_MODULE, "rtc");
    rtc_class->suspend = rtc_suspend;
    rtc_class->resume = rtc_resume;
    rtc_dev_init();
    rtc_sysfs_init(rtc_class);
    return 0;
}
subsys_initcall(rtc_init);

函数功能：

创建名为rtc的class
提供PM相关接口suspend/resume
rtc_dev_init()：动态申请/dev/rtcN的设备号
rtc_sysfs_init()：rtc类具有的device_attribute属性

3、RTC驱动注册函数devm_rtc_device_register()：

drivers/class.c
struct rtc_device *devm_rtc_device_register(struct device *dev,
     const char *name,
     const struct rtc_class_ops *ops,
     struct module *owner)
{
 struct rtc_device **ptr, *rtc;

 ptr = devres_alloc(devm_rtc_device_release, sizeof(*ptr), GFP_KERNEL);
 if (!ptr)
  return ERR_PTR(-ENOMEM);

 rtc = rtc_device_register(name, dev, ops, owner);
 if (!IS_ERR(rtc)) {
  *ptr = rtc;
  devres_add(dev, ptr);
 } else {
  devres_free(ptr);
 }

 return rtc;
}

rtc_device_register（）定义如下：

struct rtc_device *rtc_device_register(const char *name, struct device *dev,
                    const struct rtc_class_ops *ops,
                    struct module *owner)
{
    struct rtc_device *rtc;
    struct rtc_wkalrm alrm;
    int id, err;
    
    
    
    id = ida_simple_get(&rtc_ida, 0, 0, GFP_KERNEL);
 
    
    rtc = kzalloc(sizeof(struct rtc_device), GFP_KERNEL);
    rtc->id = id;
    rtc->ops = ops; 
    rtc->owner = owner;
    rtc->irq_freq = 1;
    rtc->max_user_freq = 64;
    rtc->dev.parent = dev;
    rtc->dev.class = rtc_class;
    rtc->dev.release = rtc_device_release;
 
    
    mutex_init(&rtc->ops_lock);
    spin_lock_init(&rtc->irq_lock);
    spin_lock_init(&rtc->irq_task_lock);
    init_waitqueue_head(&rtc->irq_queue);
 
    
    timerqueue_init_head(&rtc->timerqueue);
    INIT_WORK(&rtc->irqwork, rtc_timer_do_work);
    
    rtc_timer_init(&rtc->aie_timer, rtc_aie_update_irq, (void *)rtc);
    
    rtc_timer_init(&rtc->uie_rtctimer, rtc_uie_update_irq, (void *)rtc);
    
    hrtimer_init(&rtc->pie_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
    rtc->pie_timer.function = rtc_pie_update_irq;
    rtc->pie_enabled = 0;
 
    
    err = __rtc_read_alarm(rtc, &alrm);
 
    
    if (!err && !rtc_valid_tm(&alrm.time))
        rtc_initialize_alarm(rtc, &alrm);
 
    
    strlcpy(rtc->name, name, RTC_DEVICE_NAME_SIZE);
    
    dev_set_name(&rtc->dev, "rtc%d", id);
 
    
    
    rtc_dev_prepare(rtc);
 
    
    err = device_register(&rtc->dev);
 
    
    
    
    rtc_dev_add_device(rtc);
    rtc_sysfs_add_device(rtc);
    
    rtc_proc_add_device(rtc);
 
    dev_info(dev, "rtc core: registered %s as %s\n",
            rtc->name, dev_name(&rtc->dev));
 
    return rtc;
}

有了 /dev/rtc0后，应用层就可以通过 open/read/ioctl操作RTC设备了，对应与内核的file_operations：

static const struct file_operations rtc_dev_fops = {
    .owner        = THIS_MODULE,
    .llseek        = no_llseek,
    .read        = rtc_dev_read,
    .poll        = rtc_dev_poll,
    .unlocked_ioctl    = rtc_dev_ioctl,
    .open        = rtc_dev_open,
    .release    = rtc_dev_release,
    .fasync        = rtc_dev_fasync,
};

4、硬件抽象层interface.c

硬件抽象，即屏蔽具体的硬件细节，为上层用户提供统一的调用接口，使用者无需关心这些接口是怎么实现的。以RTC访问为例，抽象的实现位于interface.c文件，其实现基于class.c中创建的rtc_device设备。实现原理，以rtc_set_time为例：

drivers/interface.c
int rtc_set_time(struct rtc_device *rtc, struct rtc_time *tm)
{
    int err;
    
    err = rtc_valid_tm(tm);
 
    err = mutex_lock_interruptible(&rtc->ops_lock);
    if (err)
        return err;
 
    
    
    if (!rtc->ops)
        err = -ENODEV;
    else if (rtc->ops->set_time)
        err = rtc->ops->set_time(rtc->dev.parent, tm);
    mutex_unlock(&rtc->ops_lock);
    
    schedule_work(&rtc->irqwork);
    return err;
}

5、rtc在sysfs文件系统中的呈现

之前曾建立过名为rtc的class：

rtc_class = class_create(THIS_MODULE, "rtc");

查看之：

# ls /sys/class/rtc/                                    
rtc0
# ls -l /sys/class/rtc/                                 
lrwxrwxrwx 1 root root 0 2021-01-01 12:00 rtc0 -> ../../devices/platform/fe5e0000.i2c/i2c-5/5-0051/rtc/rtc0

我们系统中只有一个RTC，所以编号为rtc0。

同时发现rtc0文件为指向/sys/devices/platform/fe5e0000.i2c/i2c-5/5-0051/rtc/rtc0的符号链接，

RTC芯片是I2C接口，所以rtc0挂载在I2C的总线上，总线控制器地址fe5e0000，控制器编号为5，RTC芯片作为slave端地址为0x51。

rtc0 设备属性：

drivers/rtc-sysfs.c
void __init rtc_sysfs_init(struct class *rtc_class)
{
 rtc_class->dev_attrs = rtc_attrs;
}
static struct attribute *rtc_attrs[] = {
 &dev_attr_name.attr,
 &dev_attr_date.attr,
 &dev_attr_time.attr,
 &dev_attr_since_epoch.attr,
 &dev_attr_max_user_freq.attr,
 &dev_attr_hctosys.attr,
 NULL,
};

对应文件系统中的文件节点：

rk3568_r:/sys/class/rtc # cd rtc0/
rk3568_r:/sys/class/rtc/rtc0 # ls -l
total 0
-r--r--r-- 1 root root 4096 2022-09-21 03:56 date
-r--r--r-- 1 root root 4096 2022-09-21 03:56 dev
lrwxrwxrwx 1 root root    0 2022-09-21 03:56 device -> ../../../5-0051
-r--r--r-- 1 root root 4096 2021-01-01 12:00 hctosys
-rw-r--r-- 1 root root 4096 2022-09-21 03:56 max_user_freq
-r--r--r-- 1 root root 4096 2022-09-21 03:56 name
drwxr-xr-x 2 root root    0 2021-01-01 12:00 power
-r--r--r-- 1 root root 4096 2022-09-21 03:56 since_epoch
lrwxrwxrwx 1 root root    0 2022-09-21 03:56 subsystem -> ../../../../../../../class/rtc
-r--r--r-- 1 root root 4096 2022-09-21 03:56 time
-rw-r--r-- 1 root root 4096 2021-01-01 12:00 uevent
-rw-r--r-- 1 root root 4096 2022-09-21 03:56 wakealarm
drwxr-xr-x 2 root root    0 2021-01-01 12:00 wakeup8

6、rtc在proc文件系统中的呈现

之前曾rtc0设备加入到了/proc

drivers/class.c
rtc_device_register()
{
 --->rtc_proc_add_device(rtc);
}
void rtc_proc_add_device(struct rtc_device *rtc)
{
 if (is_rtc_hctosys(rtc))
  proc_create_data("driver/rtc", 0, NULL, &rtc_proc_fops, rtc);
}

查看之：

# cat /proc/driver/rtc                                       
rtc_time        : 03:59:11
rtc_date        : 2022-09-21
alrm_time       : 12:00:00
alrm_date       : 2021-01-02
alarm_IRQ       : no
alrm_pending    : no
update IRQ enabled      : no
periodic IRQ enabled    : no
periodic IRQ frequency  : 1
max user IRQ frequency  : 64
24hr            : yes

信息来源：

rtc_proc_fops
 -->rtc_proc_open
  -->rtc_proc_show

三、WT时间和RTC时间同步问题

1.WT时间来自于RTC时间，流程是：

上电-->RTC驱动加载-->从RTC同步时间到WT时间

对应驱动代码：

hctosys.c (drivers\rtc)
static int __init rtc_hctosys(void)
{
 ......
    struct timespec tv = {
        .tv_nsec = NSEC_PER_SEC >> 1,
    };
    
    err = rtc_read_time(rtc, &tm);
    err = do_settimeofday(&tv);
    dev_info(rtc->dev.parent,
        "setting system clock to "
        "%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d UTC (%u)\n",
        tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday,
        tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec,
        (unsigned int) tv.tv_sec);
    ......
}
late_initcall(rtc_hctosys);

late_initcall说明系统在启动流程的后面才会调用该函数去同步时间。

2.瑞芯微时间操作

在瑞芯微的系统中，安卓部分程序其实最终也是依赖**/sys/class/rtc/rtc0** 下的文件节点实现时间管理功能的。

安卓程序会通过AlarmImpl::getTime、AlarmImpl::setTime()方法来获得和设置RTC时间：

frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_AlarmManagerService.cpp

122 int AlarmImpl::getTime(int type, struct itimerspec *spec)
123 {
124     if (static_cast<size_t>(type) > ANDROID_ALARM_TYPE_COUNT) {
125         errno = EINVAL;
126         return -1;
127     }
128 
129     return timerfd_gettime(fds[type], spec);
130 }
131 
132 int AlarmImpl::setTime(struct timeval *tv)
133 {
134     struct rtc_time rtc;
135     struct tm tm, *gmtime_res;
136     int fd;
137     int res;
138 
139     res = settimeofday(tv, NULL);
140     if (res < 0) {
141         ALOGV("settimeofday() failed: %s\n", strerror(errno));
142         return -1;
143     }
144 
145     if (rtc_id < 0) {
146         ALOGV("Not setting RTC because wall clock RTC was not found");
147         errno = ENODEV;
148         return -1;
149     }
150 
151     android::String8 rtc_dev = String8::format("/dev/rtc%d", rtc_id);
152     fd = open(rtc_dev.string(), O_RDWR);
153     if (fd < 0) {
154         ALOGV("Unable to open %s: %s\n", rtc_dev.string(), strerror(errno));
155         return res;
156     }
157 
158     gmtime_res = gmtime_r(&tv->tv_sec, &tm);
159     if (!gmtime_res) {
160         ALOGV("gmtime_r() failed: %s\n", strerror(errno));
161         res = -1;
162         goto done;
163     }
164 
165     memset(&rtc, 0, sizeof(rtc));
166     rtc.tm_sec = tm.tm_sec;
167     rtc.tm_min = tm.tm_min;
168     rtc.tm_hour = tm.tm_hour;
169     rtc.tm_mday = tm.tm_mday;
170     rtc.tm_mon = tm.tm_mon;
171     rtc.tm_year = tm.tm_year;
172     rtc.tm_wday = tm.tm_wday;
173     rtc.tm_yday = tm.tm_yday;
174     rtc.tm_isdst = tm.tm_isdst;
175     res = ioctl(fd, RTC_SET_TIME, &rtc);                                                                                                                                                                                                                  
176     if (res < 0)
177         ALOGV("RTC_SET_TIME ioctl failed: %s\n", strerror(errno));
178 done:
179     close(fd);
180     return res;
181 }

系统上电后，会先读取文件hctosys中的值，来决定是否将RTC时间写入到wall time：

255 static const char rtc_sysfs[] = "/sys/class/rtc";
256 
257 static bool rtc_is_hctosys(unsigned int rtc_id)
258 {
259     android::String8 hctosys_path = String8::format("%s/rtc%u/hctosys",
260             rtc_sysfs, rtc_id);
261     FILE *file = fopen(hctosys_path.string(), "re");
262     if (!file) {
263         ALOGE("failed to open %s: %s", hctosys_path.string(), strerror(errno));
264         return false;
265     }
266 
267     unsigned int hctosys;
268     bool ret = false;
269     int err = fscanf(file, "%u", &hctosys);
270     if (err == EOF)
271         ALOGE("failed to read from %s: %s", hctosys_path.string(),
272                 strerror(errno));
273     else if (err == 0)
274         ALOGE("%s did not have expected contents", hctosys_path.string());
275     else
276         ret = hctosys;
277 
278     fclose(file);
279     return ret;
280 }

269行，就是读取文件hctosys中的值，值为1则允许rtc时间写入到wall time，为0或者其他错误则不允许。

因为rtc只要有纽扣电池供电，就会有计时功能，

这是就是为什么，我们的设备关机并重启后，仍然能够显示正确的时间的原因。

【注意目录/sys/class/rtc/下文件是需要有访问权限的】

瑞芯微对文件权限的控制由以下文件提供：

device/rockchip/common/sepolicy/vendor/genfs_contexts

只需要按照对应的格式增加对应文件信息即可。

猜你喜欢

最长无重复子串
写技术博客的一些心得分享
Java 多线程（七）：线程池
Java 多线程（五）：锁（三）
Java 多线程（四）：锁（二）
Java 多线程（三）：锁（一）
Java 多线程（二）：并发编程的三大特性
线性时间非比较类排序
Java 多线程（一）：基础
合并k个已排序的链表
HDFS 高可用分布式环境搭建
合并两个有序数组
连续子数组的最大和
HDFS 分布式环境搭建
容器盛水问题
大数加法
HDFS 伪分布式环境搭建
设计LRU缓存结构
两数之和
使用单调栈来解决的一些问题

zl程序教程

当前栏目

Linux驱动 | Linux内核 RTC时间架构

一、Linux 时间操作命令：date、hwclock

1.系统时间(WT)：

2.RTC时间：

命令说明

二、RTC时间框架

1、rtc_class_ops 填充

2、class.c和RTC驱动注册

3、RTC驱动注册函数devm_rtc_device_register()：

4、硬件抽象层interface.c

5、rtc在sysfs文件系统中的呈现

6、rtc在proc文件系统中的呈现

三、WT时间和RTC时间同步问题

1.WT时间来自于RTC时间，流程是：

2.瑞芯微时间操作

相关文章

当前栏目

Linux驱动 | Linux内核 RTC时间架构

一、Linux 时间操作命令 ：date、hwclock

1.系统时间(WT)：

2.RTC时间：

命令说明

二、RTC时间框架

1、rtc_class_ops 填充

2、class.c和RTC驱动注册

3、RTC驱动注册函数devm_rtc_device_register()：

4、硬件抽象层interface.c

5、rtc在sysfs文件系统中的呈现

6、rtc在proc文件系统中的呈现

三、WT时间和RTC时间同步问题

1.WT时间来自于RTC时间，流程是：

2.瑞芯微时间操作

相关文章

一、Linux 时间操作命令：date、hwclock