RTC驱动分析

作者: __来日方长__ | 来源:发表于2019-11-04 17:12 被阅读0次

学号：19021211263

linux中的rtc驱动位于drivers/rtc下,里面包含了许多开发平台的RTC驱动，我们这里是以S3C24xx为主,所以它的RTC驱动为rtc-s3c.c

1、入口函数s3c_rtc_init分析

进入./drivers/rtc/rtc-s3c.c，找到入口函数，如下所示：

static struct platform_driver s3c2410_rtcdrv = {
    .probe      = s3c_rtc_probe,//.probe函数
    .remove     = s3c_rtc_remove,
    .suspend    = s3c_rtc_suspend,
    .resume     = s3c_rtc_resume,
    .driver     = {
        .name   = "s3c2410-rtc",
        .owner  = THIS_MODULE,
    },
};

static char __initdata banner[] = "S3C24XX RTC, (c) 2004,2006 Simtec Electronics\n";

static int __init s3c_rtc_init(void)
{
    printk(banner);
    return platform_driver_register(&s3c2410_rtcdrv);
}

module_init(s3c_rtc_init);

这里注册了一个“s3c2410-rtc”名称的平台设备驱动

而“s3c2410-rtc”的平台设备,在./arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c里定义了,只不过这里没有注册,如下所示:

/* RTC */

static struct resource s3c_rtc_resource[] = {
    [0] = {
        .start = S3C24XX_PA_RTC,//RTC寄存器地址
        .end   = S3C24XX_PA_RTC + 0xff,
        .flags = IORESOURCE_MEM,//内存资源
    },
    [1] = {
        .start = IRQ_RTC,//RTC闹钟中断
        .end   = IRQ_RTC,
        .flags = IORESOURCE_IRQ,//IRQ资源
    },
    [2] = {
        .start = IRQ_TICK,//RTC时钟节拍中断
        .end   = IRQ_TICK,
        .flags = IORESOURCE_IRQ//IRQ资源
    }
};

struct platform_device s3c_device_rtc = {
    .name         = "s3c2410-rtc",
    .id       = -1,
    .num_resources    = ARRAY_SIZE(s3c_rtc_resource),
    .resource     = s3c_rtc_resource,
};

EXPORT_SYMBOL(s3c_device_rtc);

当内核匹配到有与它名称同名的平台设备,就会调用.probe函数,接下来我们便进入s3c2410_rtcdrv->probe函数（即s3c_rtc_probe函数）中看看,做了什么:

static int s3c_rtc_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct rtc_device *rtc;           //rtc设备结构体
    struct resource *res;
    int ret;

    s3c_rtc_tickno = platform_get_irq(pdev, 1);//获取IRQ_TICK节拍中断资源
    s3c_rtc_alarmno = platform_get_irq(pdev, 0);//获取IRQ_RTC闹钟中断资源
    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);//获取内存资源

    s3c_rtc_mem = request_mem_region(res->start,res->end-res->start+1,pdev->name);//申请内存资源

    s3c_rtc_base = ioremap(res->start, res->end - res->start + 1);//对内存进行重映射

    s3c_rtc_enable(pdev, 1);//设置硬件相关设置,使能RTC寄存器

    s3c_rtc_setfreq(s3c_rtc_freq);//设置TICONT寄存器，使能节拍中断,设置节拍计数值

    /*1.注册RTC设备*/
    rtc = rtc_device_register("s3c", &pdev->dev, &s3c_rtcops,THIS_MODULE);

    rtc->max_user_freq = 128;
    platform_set_drvdata(pdev, rtc);
    return 0;
}

显然最终会调用rtc_device_register()函数来向内核注册rtc_device设备,注册成功会返回一个已注册好的rtc_device,而s3c_rtcops是一个rtc_class_ops结构体,里面就是保存如何操作这个rtc设备的函数,比如读写RTC时间,读写闹钟时间等,注册后,会保存在rtc_device->ops里。

rtc_device_register()函数在drivers/rtc/Class.c文件内被定义。Class.c文件主要定义了RTC子系统,而内核初始化,便会进入Class.c。

再从Class.c中的初始化函数看：

先进入rtc_init()在创建了相关的类之后会调用rtc_dev_init()，在rtc_dev_init()中会通过alloc_chrdev_region()函数来注册字符设备：

err = alloc_chrdev_region(&rtc_devt, 0, RTC_DEV_MAX, "rtc");// RTC_DEV_MAX=16,表示只注册0~15个次设备号,设备编号保存在rtc_devt中

2、rtc_device_register()函数分析

Class.c中的alloc_chrdev_region()函数和./arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c中通过rtc_device_register()函数注册RTC设备,会有什么关系？

接下来便来看rtc_device_register(),代码如下:

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;//定义一个rtc_device结构体
    ... ...
    rtc = kzalloc(sizeof(struct rtc_device), GFP_KERNEL);      //分配rtc_device结构体为全局变量


    /*设置rtc_device*/
    rtc->id = id;
    rtc->ops = ops;//将s3c_rtcops保存在rtc_device->ops里
    rtc->owner = owner;
    rtc->max_user_freq = 64;
    rtc->dev.parent = dev;
    rtc->dev.class = rtc_class;
    rtc->dev.release = rtc_device_release;
    ... ...

    rtc_dev_prepare(rtc);   //1.做提前准备,初始化cdev结构体
    ... ...
    rtc_dev_add_device(rtc);//2.在/dev下创建rtc相关文件,将cdev添加到系统中

    rtc_sysfs_add_device(rtc);//在/sysfs下创建rtc相关文件
    rtc_proc_add_device(rtc); //在/proc下创建rtc相关文件
    ... ...
    return rtc;
}

上面的rtc_dev_prepare(rtc)和rtc_dev_add_device(rtc)主要做了以下两件事(位于./drivers/rtc/rtc-dev.c)：

rtc_dev_prepare(rtc)中：

cdev_init(&rtc->char_dev, &rtc_dev_fops);//绑定file_operations

rtc_dev_add_device(rtc)中：

cdev_add(&rtc->char_dev, rtc->dev.devt, 1);//注册rtc->char_dev字符设备,添加一个从设备到系统中

显然这里就是利用新方法注册字符设备

.probe函数总结

所以“s3c2410-rtc”平台设备驱动的.probe主要做了以下几件事：

1.设置RTC相关寄存器
2.分配rtc_device结构体
3.设置rtc_device结构体
- 3.1 通过rtc_device_register函数，将struct rtc_class_ops s3c_rtcops放入rtc_device->ops，实现对RTC读写时间等操作
4.注册rtc->char_dev字符设备，通过cdev_init函数将该字符设备的操作结构体设为：struct file_operations rtc_dev_fops

3、file_operations结构体分析

综上所述，rtc->char_dev字符设备中绑定的file_operations结构体rtc_dev_fops为：

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

3.1、open函数

当应用层open(”/dev/rtcXX”)时,就会调用rtc_dev_fops->rtc_dev_open(),我们来看看如何open的:

static int rtc_dev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    struct rtc_device *rtc = container_of(inode->i_cdev,struct rtc_device, char_dev);//获取对应的rtc_device结构体
    const struct rtc_class_ops *ops = rtc->ops;//最终等于s3c_rtcops

    file->private_data = rtc;//设置file结构体的私有成员等于rtc_device,再次执行ioctl等函数时,直接就可以提取file->private_data即可

    err = ops->open ? ops->open(rtc->dev.parent) : 0;//调用s3c_rtcops->open

    mutex_unlock(&rtc->char_lock);
    return err;
}

container_of：

#define container_of(ptr, type, member) ({              \         
const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \         
(type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
//ptr：返回的type类型的结构体首地址
//type：该结构体类型
//member：结构体中的某一个成员

通过一个结构变量中一个成员的地址member找到这个结构体变量的首地址ptr。

显然最终还是调用rtc_device下的s3c_rtcops->open函数：

static const struct rtc_class_ops s3c_rtcops = {
    .open       = s3c_rtc_open,
    .release    = s3c_rtc_release,
    .ioctl      = s3c_rtc_ioctl,
    .read_time  = s3c_rtc_gettime,
    .set_time   = s3c_rtc_settime,
    .read_alarm = s3c_rtc_getalarm,
    .set_alarm  = s3c_rtc_setalarm,
    .proc           = s3c_rtc_proc,
};

即s3c_rtc_open()函数，而s3c_rtc_open()函数里主要是申请了两个中断，一个闹钟中断，一个计时中断：

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);//申请闹钟中断                      
    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);//申请计时中断   
    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;
}

3.2、ioctl函数

当我们应用层open后，使用 ioctl(int fd, unsigned long cmd, ...)时，就会调用rtc_dev_fops-> rtc_dev_ioctl ()：

static int rtc_dev_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    struct rtc_device *rtc = file->private_data;//提取rtc_device
    void __user *uarg = (void __user *) arg;
    ... ...

    switch (cmd) {
        case RTC_EPOCH_SET:
        case RTC_SET_TIME://设置时间
            if (!capable(CAP_SYS_TIME))
                return -EACCES;
            break;
        case RTC_IRQP_SET://改变中断触发速度
            ... ...
    ... ...}

    switch (cmd) {
        case RTC_ALM_READ://读闹钟时间
            err = rtc_read_alarm(rtc, &alarm);//调用s3c_rtcops-> read_alarm
            if (err < 0)
                return err;

            if (copy_to_user(uarg, &alarm.time, sizeof(tm)))//长传时间数据
                return -EFAULT;
            break;

        case RTC_ALM_SET://设置闹钟时间 , 调用s3c_rtcops-> set_alarm
            ... ...

        case RTC_RD_TIME://读RTC时间, 调用s3c_rtcops-> read_alarm
            err = rtc_read_time(rtc, &tm);
            ... ...

        case RTC_SET_TIME://写RTC时间,调用s3c_rtcops-> set_time
            ... ...

        case RTC_IRQP_SET://改变中断触发频率,调用s3c_rtcops-> irq_set_freq
            ... ...
    }

这里我们假设是读RTC时间，即会进入rtc_read_time函数：

int rtc_read_time(struct rtc_device *rtc, struct rtc_time *tm)
{
    int err;

    err = mutex_lock_interruptible(&rtc->ops_lock);
    if (err)
        return -EBUSY;

    if (!rtc->ops)
        err = -ENODEV;
    else if (!rtc->ops->read_time)
        err = -EINVAL;
    else {
        memset(tm, 0, sizeof(struct rtc_time));
        err = rtc->ops->read_time(rtc->dev.parent, tm);//最终调用该函数
    }

    mutex_unlock(&rtc->ops_lock);
    return err;
}

从上面可以看出，rtc->ops->read_time即为rtc_device结构体下的ops成员s3c_rtcops下的read_time函数，即s3c_rtc_getalarm函数

调用了半天，最终还是调用s3c_rtcops下的成员函数

继续分析s3c_rtc_getalarm函数，看看如何读出时间：

static int s3c_rtc_gettime(struct device *dev, struct rtc_time *rtc_tm)
{
    unsigned int have_retried = 0;
    void __iomem *base = s3c_rtc_base;//获取RTC相关寄存器基地址


retry_get_time:

    /*获取年,月,日,时,分,秒寄存器*/
    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);


    /*  判断秒寄存器中是0，则表示过去了一分钟，那么小时，天，月，等寄存器中的值都可能已经变化，需要重新读取这些寄存器的值*/
    if (rtc_tm->tm_sec == 0 && !have_retried) {
        have_retried = 1;
        goto retry_get_time;
    }

    /*将获取的寄存器值,转换为真正的时间数据*/
    BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_sec);
    BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_min);
    BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_hour);
    BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_mday);
    BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_mon);
    BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_year);

    rtc_tm->tm_year += 100;//存储器中存放的是从1900年开始的时间，所以加上100 
    rtc_tm->tm_mon -= 1;
    return 0;
}

同样, 在s3c_rtc_gettime函数下（即s3c_rtcops-> set_time()函数）,也是向相关寄存器写入RTC时间

总结

rtc_device->char_dev ：字符设备，与应用层、以及更底层的函数打交道
rtc_device->ops 　　　：更底层的操作函数，直接操作硬件相关的寄存器，被rtc_device->char_dev调用

4、修改内核

我们单板上使用ls /dev/rtc*,找不到该字符设备, 因为内核里只定义了s3c_device_rtc这个RTC平台设备,没有注册,所以平台驱动没有被匹配上,接下来我们来修改内核里的注册数组

4.1进入arch/arm/plat-s3c24xx/Common-smdk.c

如下所示,在smdk_devs[]里,添加RTC的平台设备即可,当内核启动时,就会调用该数组,将里面的platform_device统统注册一遍


static struct platform_device __initdata *smdk_devs[] = {
    &s3c_device_nand,
    &smdk_led4,
    &smdk_led5,
    &smdk_led6,
    &smdk_led7,
    &s3c_device_rtc,//加入这一行
#if defined(CONFIG_DM9000) || defined(CONFIG_DM9000_MODULE)
    &s3c_device_dm9k,
#endif    
#ifdef CONFIG_SERIAL_EXTEND_S3C24xx
    &s3c_device_8250,
#endif
#ifdef CONFIG_TOUCHSCREEN_S3C2410
    &s3c_device_ts,
#endif
};

然后将Common-smdk.c代替虚拟机的内核目录下的Common-smdk.c,重新make uImage编译内核即可

5、测试运行

启动后,如下所示, 使用ls /dev/rtc*,就找到了rtc0这个字符设备

# ls /dev/rtc*
/dev/rtc0
#

5.1、设置RTC时间

在linux里有两个时钟:

硬件时钟(2440里寄存器的时钟)、系统时钟(内核中的时钟)

所以有两个不同的命令: date命令、hwclock命令

5.2、date命令

输入date查看系统时钟:

# date
wed Nov  3 14:50:24 UTC 2021

如果觉得不方便也可以指定格式显示日期，需要在字符串前面加”+”

如下所示,输入了 date "+ %Y/%m/%d %H:%M:%S"

# date
wed Nov 3 14:54:30 UTC 2021
#
#
# data "+ %Y/%m/%d %H:%M:%S"
 2021/11/03 14:54:33

%M:表示秒
%m:表示月
%Y:表示年,当只需要最后两位数字,输入%y即可

date命令设置时间格式如下:

date 月日时分年.秒

如下所示,输入date 111515292017.20，即可设置好系统时钟

# date 111515292017.20
wed Nov 15 15:29:20 UTC 2017
#

5.3、hwclock命令

常用参数如下所示

-r, --show 读取并打印硬件时钟（read hardware clock and print result ）
-s, --hctosys 将硬件时钟同步到系统时钟（set the system time from the hardware clock ）
-w, --systohc 将系统时钟同步到硬件时钟（set the hardware clock to the current system time ）

如下所示,使用hwclock -w，即可同步硬件时钟

# hwclock -r
Wed Nov  3 15:20:46 2021 0.000000 seconds 未同步之前的时间
# hwclock -w
# hwclock -r
Wed Nov 15 15:30:06 2017 0.000000 seconds 同步后的时间
#

然后重启后,使用date命令,看到时间正常

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RTC驱动分析

1、入口函数s3c_rtc_init分析

2、rtc_device_register()函数分析

.probe函数总结

3、file_operations结构体分析

3.1、open函数

3.2、ioctl函数

总结

4、修改内核

5、测试运行

5.1、设置RTC时间

5.2、date命令

5.3、hwclock命令

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