嵌入式驱动开发详解6（RTC）

文章目录

前言
RTC简介
RTC驱动分析
- RTC驱动框架
- RTC驱动实现
RTC应用
后续

前言

实时时钟是很常用的一个外设，通过实时时钟我们就可以知道年、月、日和时间等信息。因此在需要记录时间的场合就需要实时时钟，可以使用专用的实时时钟芯片来完成此功能，但是现在大多数的 MCU 或者 MPU 内部就已经自带了实时时钟外设模块。

RTC简介

STM32 内部有一个 RTC 外设模块，这个模块需要一个 32.768KHz 的晶振，对这个 RTC 模块进行初始化就可以得到一个实时时钟。I.MX6U 内部也有个 RTC 模块，但是不叫作“RTC”，而是叫做“SNVS”，这一点要注意！
SNVS 直译过来就是安全的非易性存储，SNVS 里面主要是一些低功耗的外设，包括一个安全的实时计数器(RTC)、一个单调计数器(monotonic counter)和一些通用的寄存器。SNVS 里面的外设在芯片掉电以后由电池供电继续运行，这个纽扣电池就是在主电源关闭以后为 SNVS 供电的。

SNVS 分为两个子模块：SNVS_HP 和 SNVS_LP，也就是高功耗域(SNVS_HP)和低功耗域 (SNVS_LP)，系统主电源断电以后SNVS_HP也会断电，但是在后备电源支持下，SNVS_LP 是不会断电的，而且SNVS_LP是和芯片复位隔离开的，因此SNVS_LP相关的寄存器的值会一直保存着。
在这里插入图片描述
①、VDD_HIGH_IN 是系统(芯片)主电源，这个电源会同时供给给 SNVS_HP 和 SNVS_LP。
②、VDD_SNVS_IN 是纽扣电池供电的电源，这个电源只会供给给 SNVS_LP，保证在系统主电源 VDD_HIGH_IN 掉电以后 SNVS_LP 会继续运行。
③、SNVS_HP 部分。
④、SNVS_LP 部分，此部分有个 SRTC，这个就是我们本章要使用的 RTC。

其实不管是 SNVS_HP 还是 SNVS_LP，其内部都有一个 SRTC，但是因为 SNVS_HP 在系统电源掉电以后就会关闭，所以我们使用的是 SNVS_LP内部的SRTC，不管是 SNVS_HP 里面的SRTC，还是 SNVS_LP 里面的 SRTC，其本质就是一个定时器，SRTC需要外界提供一个32.768KHz 的时钟，寄存器 SNVS_LPSRTCMR 和 SNVS_LPSRTCLR 保存着秒数，直接读取这两个寄存器的值就知道过了多长时间了。一般以 1970 年 1 月 1 日为起点，加上经过的秒数即可得到现在的时间和日期，原理还是很简单的。SRTC 也是带有闹钟功能的，可以在寄存器 SNVS_LPAR 中写入闹钟时间值，当时钟值和闹钟值匹配的时候就会产生闹钟中断，要使用时钟功能的话还需要进行一些设置。

RTC驱动分析

RTC驱动框架

Linux内核中的RTC设备不仅用于获取当前时间，还可以用于设置系统时间。内核提供了一套API，允许用户空间程序与RTC设备进行交互，实现时间的读取和设置。
RTC 设备驱动是一个标准的字符设备驱动，应用程序通过 open、release、read、write 和 ioctl 等函数完成对 RTC 设备的操作，如下图所示：
在这里插入图片描述
内核将 RTC 设备抽象为 rtc_device 结构体，定义在include/linux/rtc.h：

struct rtc_device
{struct device dev;struct module *owner;int id;char name[RTC_DEVICE_NAME_SIZE];const struct rtc_class_ops *ops;struct mutex ops_lock;struct cdev char_dev;unsigned long flags;…………
};

我们需要重点关注的是 ops 成员变量，这是一个 rtc_class_ops 类型的指针变量，定义在include/linux/rtc.h，rtc_class_ops 为 RTC 设备的最底层操作函数集合，包括从 RTC 设备中读取时间、向 RTC 设备写入新的时间值等。

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_mmss64)(struct device *, time64_t secs);int (*set_mmss)(struct device *, unsigned long secs);int (*read_callback)(struct device *, int data);int (*alarm_irq_enable)(struct device *, unsigned int enabled);
};

rtc_class_ops 中的这些函数只最底层的RTC设备操作函数，并不是提供给应用层的 file_operations 函数操作集。RTC 是个字符设备，那么肯定有字符设备的 file_operations 函数操作集，Linux 内核提供了一个 RTC 通用字符设备驱动文件，文件名为 drivers/rtc/rtc-dev.c，rtcdev.c 文件提供了所有 RTC 设备共用的 file_operations 函数操作集。之所以称之为通用，是因为二次开发的驱动是建立在这个通用字符设备驱动文件和linux内核的基础上开发的

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,
};

应用程序可以通过 ioctl 函数来设置/读取时间、设置/读取闹钟的操作，那么对应的 rtc_dev_ioctl 函数就会执行， rtc_dev_ioctl 最终会通过操作 rtc_class_ops 中的 read_time、set_time 等函数来对具体 RTC 设备的读写操作。具体的源码详细分析就不展示了，需要时可以自行查看。
字符设备的file_operations结构体设置好以后需要调用rtc_class_ops里的指针函数，但是rtc_class_ops的函数仅仅只是设置好了形式没有注册，因此需要将其注册到 Linux 内核中，这里我们可以使用 rtc_device_register 函数完成注册工作，rtc_device_unregister 函数来注销注册的 rtc_device。

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

还有另外一对rtc_device注册函数devm_rtc_device_register和devm_rtc_device_unregister，分别为注册和注销 rtc_device。

RTC驱动实现

一般情况下，内部 RTC 驱动都不需要我们去编写，半导体厂商会编写好，这里就只学习原厂已经写好的驱动是怎么写的，以NXP的imx6ull为例，分析驱动，先从设备树入手，打开 imx6ull.dtsi，在里面找到如下 snvs_rtc 设备节点，节点内容如下所示：

/{soc{aips1: aips-bus@2000000{snvs: snvs@020cc000 {compatible = "fsl,sec-v4.0-mon", "syscon", "simple-mfd";reg = <0x020cc000 0x4000>;snvs_rtc: snvs-rtc-lp {compatible = "fsl,sec-v4.0-mon-rtc-lp";regmap = <&snvs>;offset = <0x34>;interrupts = <GIC_SPI 19 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>, <GIC_SPI 20 		IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;};};}};
};

通过兼容属性 compatible 的值“fsl,sec-v4.0-mon-rtc-lp”可以在Linux内核源码中搜索到对应的驱动文件，此文件为 drivers/rtc/rtc-snvs.c，如下所示，可以看出该驱动对应的也是platform架构：

static const struct of_device_id snvs_dt_ids[] = {{ .compatible = "fsl,sec-v4.0-mon-rtc-lp", },{ /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, snvs_dt_ids);static struct platform_driver snvs_rtc_driver = {.driver = {.name	= "snvs_rtc",.pm	= SNVS_RTC_PM_OPS,.of_match_table = snvs_dt_ids,},.probe		= snvs_rtc_probe,
};

在.snvs_rtc_probe函数中，主要做了以下几个事件，代码就不在展示了：

platform_get_resource 函数从设备树中获取到 RTC 外设寄存器基地址
devm_ioremap_resource 完成内存映射，得到 RTC 外设寄存器物理基地址对应的虚拟地址
devm_regmap_init_mmio 函数将 RTC 的硬件寄存器转化为 regmap 形式，这样 regmap 机制的 regmap_write、regmap_read 等 API 函数才能操作寄存器。==具体有关regmap机制的说明后面会出相关笔记
从设备树中获取 RTC 的中断号
设置对应的寄存器
用 snvs_rtc_enable 函数使能 RTC
devm_request_irq 函数请求 RTC 中断
devm_rtc_device_register 函数向系统注册 rtc_devcie，此函数会设置snvs_rtc_ops操作集
最后需要原厂驱动开发人员把snvs_rtc_ops对应的函数完成：

static const struct rtc_class_ops snvs_rtc_ops = {.read_time = snvs_rtc_read_time,.set_time = snvs_rtc_set_time,.read_alarm = snvs_rtc_read_alarm,.set_alarm = snvs_rtc_set_alarm,.alarm_irq_enable = snvs_rtc_alarm_irq_enable,
};

RTC应用

如果要查看时间的话输入“date”命令即可

date

RTC 时间设置也是使用的date命令，输入“date --help”命令即可查看 date 命令如何设置系统时间，设置当前时间为 2019 年 8 月 31 日 18:13:00，因此输入如下命令：

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

“date -s”命令仅仅是将当前系统时间设置了，此时间还没有写入到 I.MX6U 内部 RTC 里面或其他的 RTC 芯片里面，因此系统重启以后时间又会丢失。我们需要将当前的时间写入到 RTC 里面，这里要用到 hwclock 命令，输入如下命令将系统时间写入到 RTC 里面：

hwclock -w //将当前系统时间写入到 RTC 里面

后续

到这里对RTC的笔记记录大致结束了，后面有新的相关的重要的内容会继续进行更新。