Linux時間系統之RTC時間

時間 2019-11-10

標籤 linux 時間系統 rtc 欄目 Linux 简体版

原文原文鏈接

1、概述

不知道有沒有「時間系統」的說法，咱們暫且把它做爲Linux中和時間相關的內容的統稱吧。
Linux時間有兩個，系統時間(Wall Time)，RTC時間。
系統時間(WT)：由Linux系統軟件維持的時間，好比command date：
[java] view plain copyjava

$ date
2017年 02月 25日星期六 16:58:10 CST

獲取到的就是系統時間。
RTC時間：這個時間來自咱們設備上的RTC芯片，經過command hwclock 能夠讀取：
[java] view plain copypython

# hwclock -r --> root權限才能夠運行
2017年02月25日星期六 17時01分57秒 -0.906462 seconds

咱們經過man查看hwclock的介紹：
[python] view plain copylinux

hwclock - query or set the hardware clock (RTC)

接下來，經過代碼看下二者的關係。app

2、WT時間和RTC時間

WT時間來自於RTC時間，流程是：
[python] view plain copy框架

上電-->RTC驅動加載-->從RTC同步時間到WT時間

上代碼：
[objc] view plain copyasync

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說明系統在啓動流程的後面纔會調用該函數去同步時間。關於late_initcall可見最後PS。
接下來從底層到上層進行梳理。函數

3、RTC時間框架

框架如圖：
post

注：圖中hwclock.c筆誤，實爲hctosys.cui

Hardware：提供時間信息(time&alarm)，經過必定的接口(好比I2C)和
RTC Driver：進行交互。Driver完成硬件的訪問功能，提供訪問接口，以驅動的形式駐留在系統。註冊方式由
class.c：文件提供。驅動註冊成功後會構建rtc_device結構體表徵的rtc設備，並把rtc芯片的操做方式存放到rtc設備的ops成員中
interface.c：文件屏蔽硬件相關的細節，向上提供統一的獲取/設置時間或Alarm的接口
rtc-lib.c：文件提供通用的時間操做函數，如rtc_time_to_tm、rtc_valid_tm等
rtc-dev.c：文件在/dev/目錄下建立設備節點供應用層訪問，如open、read、ioctl等，訪問方式填充到file_operations結構體中
hctosys.c/rtc-sys.c/rtc-proc.c：看名字就知道其做用

接下來從驅動一層一層看下spa

4、RTC驅動

驅動主要工做是填充rtc_class_ops結構體，結構體描述了RTC芯片可以提供的全部操做方式：
[objc] view plain copy

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);
};

實現：
[objc] view plain copy

static const struct rtc_class_ops test_rtc_ops = {
.read_time = test_rtc_read_time,
.set_time = test_rtc_set_time,
.read_alarm = test_rtc_read_alarm,
.set_alarm = test_rtc_set_alarm,
.ioctl = test_rtc_ioctl,
.proc = test_rtc_proc
};

註冊：
[objc] view plain copy

rtc_device_register(name, dev, &test_rtc_ops, THIS_MODULE);

成功的話log：

[python] view plain copy

[ 1.531114] test_rtc_init Enter.
[ 1.531126] bus: 'i2c': add driver test_rtc
[ 1.531189] test_rtc_probe Enter.
[ 1.533990] test_rtc_read_time Enter.
[ 1.534527] test_rtc_read_time Exit.
[ 1.534537] test_rtc_read_alarm Enter.
[ 1.534546] test_rtc_read_alarm Exit.
[ 1.534556] test_rtc_read_time Enter.
[ 1.535083] test_rtc_read_time Exit.
[ 1.535237] test_rtc 2-0051: rtc core: registered test_rtc as rtc0
[ 1.535250] test_rtc_probe Exit.

5、class.c和RTC驅動註冊

class.c文件在RTC驅動註冊以前開始獲得運行：
[objc] view plain copy

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);

完成：

一、建立名爲rtc的class

二、提供PM相關接口suspend/resume

三、rtc_dev_init()：動態申請/dev/rtcN的設備號

四、rtc_sysfs_init()：rtc類具備的device_attribute屬性

接着看RTC驅動註冊：
[objc] view plain copy

struct rtc_device *rtc_device_register(const charchar *name, struct device *dev,
const struct rtc_class_ops *ops,
struct module *owner)
{
struct rtc_device *rtc;
struct rtc_wkalrm alrm;
int id, err;
// 一、Linux支持多個RTC設備，因此須要爲每個設備分配一個ID
// 對應與/dev/rtc0，/dev/rtc1，，，/dev/rtcN
id = ida_simple_get(&rtc_ida, 0, 0, GFP_KERNEL);
// 二、建立rtc_device設備(對象)並執行初始化
rtc = kzalloc(sizeof(struct rtc_device), GFP_KERNEL);
rtc->id = id;
rtc->ops = ops; // 2.1 對應RTC驅動填充的test_rtc_ops
rtc->owner = owner;
rtc->irq_freq = 1;
rtc->max_user_freq = 64;
rtc->dev.parent = dev;
rtc->dev.class = rtc_class;// 2.2 rtc_init()建立的rtc_class
rtc->dev.release = rtc_device_release;
// 2.3 rtc設備中相關鎖、等待隊列的初始化
mutex_init(&rtc->ops_lock);
spin_lock_init(&rtc->irq_lock);
spin_lock_init(&rtc->irq_task_lock);
init_waitqueue_head(&rtc->irq_queue);
// 2.4 Init timerqueue：咱們都知道，手機等都是能夠設置多個鬧鐘的
timerqueue_init_head(&rtc->timerqueue);
INIT_WORK(&rtc->irqwork, rtc_timer_do_work);
// 2.5 Init aie timer：alarm interrupt enable，RTC鬧鐘中斷
rtc_timer_init(&rtc->aie_timer, rtc_aie_update_irq, (voidvoid *)rtc);
// 2.6 Init uie timer：update interrupt，RTC更新中斷
rtc_timer_init(&rtc->uie_rtctimer, rtc_uie_update_irq, (voidvoid *)rtc);
/* Init pie timer：periodic interrupt，RTC週期性中斷 */
hrtimer_init(&rtc->pie_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
rtc->pie_timer.function = rtc_pie_update_irq;
rtc->pie_enabled = 0;
/* Check to see if there is an ALARM already set in hw */
err = __rtc_read_alarm(rtc, &alrm);
// 三、若是RTC芯片中設置了有效的Alarm，則初始化：加入到rtc->timerqueue隊列中
if (!err && !rtc_valid_tm(&alrm.time))
rtc_initialize_alarm(rtc, &alrm);
// 四、根據name參數設置rtc的name域
strlcpy(rtc->name, name, RTC_DEVICE_NAME_SIZE);
// 五、設置rtc的dev成員中的name域
dev_set_name(&rtc->dev, "rtc%d", id);
// 六、/dev/rtc0的rtc做爲字符設備進行初始化
// rtc_dev_prepare-->cdev_init(&rtc->char_dev, &rtc_dev_fops);
rtc_dev_prepare(rtc);
// 七、添加rtc設備到系統
err = device_register(&rtc->dev);
// 八、rtc設備做爲字符設備添加到系統
// rtc_dev_add_devicec-->dev_add(&rtc->char_dev, rtc->dev.devt, 1)
// 而後就存在/dev/rtc0了
rtc_dev_add_device(rtc);
rtc_sysfs_add_device(rtc);
// 九、/proc/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後，應用層就能夠經過open/read/ioctl操做RTC設備了，對應與內核的file_operations：
[objc] view plain copy

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,
};

6、硬件抽象層

硬件抽象，即屏蔽具體的硬件細節，爲上層用戶提供統一的調用接口，使用者無需關心這些接口是怎麼實現的。
以RTC訪問爲例，抽象的實現位於interface.c文件，其實現基於class.c中建立的rtc_device設備。
實現原理，以rtc_set_time爲例：
[objc] view plain copy

int rtc_set_time(struct rtc_device *rtc, struct rtc_time *tm)
{
int err;
// 一、參數檢測
err = rtc_valid_tm(tm);
err = mutex_lock_interruptible(&rtc->ops_lock);
if (err)
return err;
// 二、調用rtc_device中ops結構體的函數指針
// ops結構體的函數指針已經在RTC驅動中被賦值
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);
/* A timer might have just expired */
schedule_work(&rtc->irqwork);
return err;
}

7、rtc在文件系統中的呈現

一、rtc在sysfs

以前曾創建過名爲rtc的class：

[python] view plain copy

rtc_class = class_create(THIS_MODULE, "rtc");

查看之：

[python] view plain copy

# ls /sys/class/rtc/
rtc0
# ls -l /sys/class/rtc/
lrwxrwxrwx root root 2014-01-02 16:51 rtc0 -> ../../devices/ff660000.i2c/i2c-2/2-0051/rtc/rtc0

咱們系統中只有一個RTC，因此編號爲rtc0。
同時發現rtc0文件爲指向/sys/devices/ff660000.i2c/i2c-2/2-0051/rtc/rtc0的符號連接，RTC芯片是I2C接口，因此rtc0掛載在I2C的總線上，總線控制器地址ff660000，控制器編號爲2，RTC芯片做爲slave端地址爲0x51。
rtc0設備屬性：

[objc] view plain copy

void __init rtc_sysfs_init(struct classclass *rtc_class)
{
rtc_class->dev_attrs = rtc_attrs;
}
static struct device_attribute rtc_attrs[] = {
__ATTR(name, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_name, NULL),
__ATTR(date, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_date, NULL),
__ATTR(time, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_time, NULL),
__ATTR(since_epoch, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_since_epoch, NULL),
__ATTR(max_user_freq, S_IRUGO | S_IWUSR, rtc_sysfs_show_max_user_freq,
rtc_sysfs_set_max_user_freq),
__ATTR(hctosys, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_hctosys, NULL),
{ },
};

查看之：

[python] view plain copy

ls -l /sys/class/rtc/rtc0/
-r--r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:51 date
-r--r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:51 dev
lrwxrwxrwx root root 2014-01-02 16:51 device -> ../../../2-0051
-r--r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:51 hctosys
-rw-r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:51 max_user_freq
-r--r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:51 name
drwxr-xr-x root root 2014-01-02 16:48 power
-r--r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:51 since_epoch
lrwxrwxrwx root root 2014-01-02 16:51 subsystem -> ../../../../../../class/rtc
-r--r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:51 time
-rw-r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:48 uevent
-rw-r--r-- root root 4096 2014-01-02 16:51 wakealarm