Linux 驱动之 RTC

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概述

RTC 和系统时钟有不同的用途。前者是硬件时钟，以非易失方式维护绝对时间和日期，而后者是内核维护的软件时钟，用于实现 gettimeofday（2）和 time（2）系统调用，以及在文件上设置时间戳等。系统时钟报告从起点开始的秒和微秒，起点定义为 POSIX 纪元：1970-01-0100:00：00 +0000(UTC)。

数据结构

rtc 数据结构如下：原图

  • rtc_device： 内核中使用 rtc_device 结构体来抽象一个 rtc 设备，rtc_device 结构体屏蔽了不同 RTC 硬件之间的差异，通过 rtc_class_ops 结构体为上层提供了访问硬件设备的统一接口

  • rtc_class_ops： 该结构体提供了对底层差异的抽象，rtc_device 用于描述一个 rtc 设备，而访问该设备的方法对于不同的设备是不同的，rtc_class_ops 用于抽象对 rtc 设备的访问，对上屏蔽了底层操作的差异。编写一个 rtc 设备驱动就是构造一个 rtc_device 结构体并注册进系统，rtc 的访问方法就是 rtc_class_ops 结构体

  • rtc_time： 这是一个描述时间的结构体

  • rtc_timer： 用于对 rtc 设备的管理

实现

rtc 实现的整体框架如下：原图

  • 在 rtc 设备驱动模型的最上层，针对 procfs 文件、sysfs 属性文件、字符设备文件相关的处理接口，分别抽象出 rtc-dev 相关接口、rtc-sysfs 相关接口、rtc-procfs 相关接口，分别存储在 rtc-dev.c、rtc-sysfs.c、rtc-proc.c 这三个文件中。
  • 在 rtc-dev.c、rtc-sysfs.c、rtc-proc.c 中定义了这三类文件的操作接口（open、read、write、close…）。
  • 上述三类文件的操作接口（open、read、write、close…），会借助 rtc interface 接口，调用各设备的操作接口，rtc interface 接口可以理解为调用设备驱动的桥梁； 针对 rtc 设备驱动，均需要实现 rtc class ops 中的方法，以便被 rtc 上层接口调用，从而完成与 rtc 设备的通信操作。
  • 应用程序通过系统调用接口、vfs 相关接口、设备文件系统的 inode 的操作接口、sysfs 文件系统的 inode 的操作接口、procfs 文件系统的 inode 的操作接口，方才进入 rtc 设备驱动模型的处理接口中。

实现流程如下：原图

devm_rtc_device_register 函数就是注册一个 rtc 设备的 api。注册流程如下：

  • devm_rtc_allocate_device 分配并设置 rtc_device 结构体。
  • devm_rtc_register_device 注册 rtc_device 结构体。这里是/linux/drivers/rtc/dev.c 文件里提供的 cdev 的 file_operations 结构体，该结构体函数指针提供了对 interface 的访问。
  • 在/linux/drivers/rtc/interface.c 文件里向上为/linux/drivers/rtc/dev.c 提供接口，向下提供访问 rtc_class_ops 的接口。
  • rtc_class_ops 由具体的 rtc 设备在注册的时候提供。

sysfs 接口

在 Linux 系统上，从用户空间正确管理 RTC 需要关注两个内核选项。这两个选项是 CONFIG_RTC_HCTOSYS 和 CONFIG_RTC_HCTOSYS_DEVICE。 要使用 CONFIG_RTC_HCTOSYS 应在内核构建过程中包含代码文件 driversrtc/hctosys.c，它在启动和恢复时从 RTC 设置系统时间。一旦启用此选项，就将使用从指定 RTC 设备读取的值设置系统时间。RTC 设备应该在 CONFIG_RTC_HCTOSYSDEVICE 中指定：

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CONFIG_RTC_HCTOSYS=y
CONFIG_RTC_HCTOSYS_DEVICE="rtcO"

负责在 sysfs 中实例化 RTC 属性的内核代码在内核源码树的 drivers/rtc/rtc_sysfs.c 中定义。一旦注册，RTC 设备就将在/sys/class/rtc 下创建 rtc 目录，该目录包含一组只读属性，其中重要的属性如下。

  • date: 该文件打印 RTC 接口的当前日期：

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    $ cat /sys/class/rtc/rtc0/date
    2017-8-28

  • time: 打印此 RTC 的当前时间：

    1
    2
    $ cat /sys/class/rtc/rtc0/time
    14:54:20

  • hctosys: 该属性指出 RTC 设备是否是 CONFIG_RTC_HCTOSYS_DEVICE 中指定的设备，也就是在启动和恢复时是否使用该 RTC 设置系统时间。其值为 1 表示真，0 表示假：
    1
    2
    $ cat /sys/class/rtc/rtc0/hctosys
    1

  • dev: 此属性显示设备的主设备号和次设备号。数据格式为主设备号：次设备号：

    1
    2
    $ cat /sys/class/rtc/rtc0/dev
    251:0

  • since_epoch: 该属性将显示从 UNIX 纪元（自 1970 年 1 月 1 日起）以来的秒数：

    1
    2
    $ cat /sys/class/rtc/rtc0/since epoch
    1503931738

hwclock 工具

硬件时钟（hwclock）工具用于访问 RTC 设备。man hwclock 命令可能比本节讨论的所有内容都更有意义。尽管如此，下面还是编写一些命令，以从系统时钟设置 hwclockRTC:

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$ sudo ntpd -q              #确保系统时钟是从网络时间设置的
$ sudo hwclock --systohc    #从系统时钟设置 RTC
$ sudo hwclock --show       #设置 RTC
Sat May 17 17:36:50 2017 -0.671045 seconds

上面的例子假定主机具有网络连接，可以访问 NTP 服务器。也可以手动设置系统时间：

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$ sudo date -s '2017-08-28 17:14:00'+s' #手动设置系统时钟
$ sudo hwclock 一 systohc                #在系统时间上同步 RTC 芯片

如果没有给出参数，hwclock 假定 RTC 设备文件是/dev/rtc，它实际上是真正 RTC 设备的符号链接：

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ls -l /dev/rtc
lrwxrwxrwx 1 root root 4 aout 27 17:50 /dev/rtc -> rtc0

参考文献

https://www.cnblogs.com/053179hu/p/14130300.html
https://blog.csdn.net/lickylin/article/details/103841941?spm=1001.2014.3001.5501