Linux下RTC子系统驱动 1 引入RTC CPU内部有很多定时器，像看门狗WDT，PWM定时器，高精度定时器Timer等等, 只在“启动”即“通电时”运行，断电时停止。
当然，如果时钟不能连续跟踪时间，则必须手动设置。那么当关机后就没办法自动计数统计时间了。RTC 就很好的解决了这个问题，RTC是实时时钟，用于记录当前系统时间。
2 Linux 内核 RTC 驱动框架 RTC在linux内核态也是用一个字符设备驱动去实现的。Linux 内核将 RTC 设备抽象为rtc_device结构体，定义在 include/linux/rtc.h, 进入drivers/rtc子系统目录：
1 2 3 4 5 6 7 class.c：为底层驱动提供 register 与 unregister 接口用于 RTC 设备的注册/注销。初始化 RTC 设备结构、sysfs、proc interface.c：提供用户程序与 RTC 的接口函数 dev.c：将 RTC 设备抽象为通用的字符设备，提供文件操作函数集 sysfs.c：管理 RTC 设备的 sysfs 属性，获取 RTC 设备名、日期、时间等 proc.c：管理 RTC 设备的 procfs 属性，提供中断状态和标志查询 lib.c：提供 RTC、Data 和 Time 之间的转换函数 rtc-xxx.c：各平台 RTC 设备的实际驱动
2.1 rtc子系统Makefile rtc子系统Makefile如下， 可以根据配置宏去裁剪rtc子系统。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 obj-$(CONFIG_RTC_LIB) += lib.o obj-$(CONFIG_RTC_SYSTOHC) += systohc.o obj-$(CONFIG_RTC_CLASS) += rtc-core.o obj-$(CONFIG_RTC_MC146818_LIB) += rtc-mc146818-lib.o rtc-core-y := class.o interface.o rtc-core-$(CONFIG_RTC_NVMEM) += nvmem.o rtc-core-$(CONFIG_RTC_INTF_DEV) += dev.o rtc-core-$(CONFIG_RTC_INTF_PROC) += proc.o rtc-core-$(CONFIG_RTC_INTF_SYSFS) += sysfs.o
Linux默认rtc是开启的。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Device Drivers ->Real Time Clock []Set system time from RTC on startup and resume [](rtc0) RTC used to set the system time []Set the RTC time based on NTP synchronization [](rtc0) RTC used to synchronize NTP adjustment []RTC debug support []RTC non volatile storage support []/sys/class/rtc/rtcN (sysfs) []/proc/driver/rtc (procfs for rtcN) []/dev/rtcN (character devices)
2.2 rtc数据结构 2.2.1 rtc_device 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 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; unsigned long irq_data; spinlock_t irq_lock; wait_queue_head_t irq_queue; struct fasync_struct *async_queue ; struct rtc_task *irq_task ; spinlock_t irq_task_lock; int irq_freq; int max_user_freq; struct timerqueue_head timerqueue ; struct rtc_timer aie_timer ; struct rtc_timer uie_rtctimer ; struct hrtimer pie_timer ; int pie_enabled; struct work_struct irqwork ; int uie_unsupported; };
2.2.2 rtc_class_ops 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 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 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，对接RTC硬件控制器 ，不直接对接应用。
2.2.3 rtc_dev_fops 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，r该文件提供了所有 RTC 设备共用的 file_operations 函数操作集，对接应用ioctl 。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 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, }; rtc_dev_ioctl ->rtc_read_time ->rtc->ops->read_time (rtc->dev.parent, tm);
rtc_dev_ioctl 函数对其他的命令处理都是类似的，比 如 RTC_ALM_READ 命令会通过rtc_read_alarm函数获取到闹钟值，而 rtc_read_alarm 函数经过层层调用，最终会调用rtc_class_ops中的 read_alarm 函数来获取闹钟值。上下调用关系如下：
2.3 rtc子系统初始化 rtc子系统初始化，主要分配rtc_class类，以及rtc设备的rtc_devt为设备号：
1 2 3 4 rtc_init ->class_create--创建rtc_class类。 ->rtc_dev_init ->alloc_chrdev_region--为rtc设备分配子设备号范围0 ~15 。主设备号随机分配。最终结果放入rtc_devt。
系统启动时会将RTC时间设置到系统时间：
1 2 3 4 rtc_hctosys ->rtc_read_time ->rtc_tm_to_time64 ->do_settimeofday64
2.4 rtc设备操作API 对rtc设备的操作主要有：alarm读取和设置、rtc time读取和设置、中断配置, 对应drivers\rtc\interface.c，头文件对应include/linux/rtc.h。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 extern int rtc_read_time (struct rtc_device *rtc, struct rtc_time *tm) extern int rtc_set_time (struct rtc_device *rtc, struct rtc_time *tm) extern int rtc_set_ntp_time (struct timespec64 now, unsigned long *target_nsec) int __rtc_read_alarm(struct rtc_device *rtc, struct rtc_wkalrm *alarm);extern int rtc_read_alarm (struct rtc_device *rtc,struct rtc_wkalrm *alrm) extern int rtc_set_alarm (struct rtc_device *rtc,struct rtc_wkalrm *alrm) extern int rtc_initialize_alarm (struct rtc_device *rtc,struct rtc_wkalrm *alrm) extern void rtc_update_irq (struct rtc_device *rtc, unsigned long num, unsigned long events) extern int rtc_irq_set_state (struct rtc_device *rtc, int enabled) extern int rtc_irq_set_freq (struct rtc_device *rtc, int freq) extern int rtc_update_irq_enable (struct rtc_device *rtc, unsigned int enabled) extern int rtc_alarm_irq_enable (struct rtc_device *rtc, unsigned int enabled)
2.5 注册RTC设备 devm_rtc_device_register或者rtc_register_device注册rtc设备到rtc子系统。
1 2 3 4 5 6 7 8 struct rtc_device *devm_rtc_device_register (struct device *dev, const char *name, const struct rtc_class_ops *ops, struct module *owner); int __rtc_register_device(struct module *owner, struct rtc_device *rtc);void rtc_device_unregister (struct rtc_device *rtc)
3 RTC驱动实例 以nxp的imx6ull芯片为例，打开imx6ull.dtsi，找到snvs_rtc设备节点。
3.1 设备树节点 1 2 3 4 5 6 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>; };
对应驱动文件 drivers/rtc/rtc-snvs.c。
3.2 驱动probe 3.2.1 snvs_rtc_probe
Linux3.1 引入了一个全新的 regmap 机制(Linux下regmap模型驱动 - fuzidage - 博客园 (cnblogs.com) )，devm_regmap_init_mmio。regmap 用于提供一套方便的 API 函 数去操作底层硬件寄存器，以提高代码的可重用性。snvs-rtc.c 文件会采用 regmap 机制来读写 RTC 底层硬件寄存器。这里使用 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。
获取中断号，时钟，使能时钟。
设置 RTC_ LPPGDR 寄存器值为 SNVS_LPPGDR_INIT= 0x41736166，这里就是用的 regmap 机制的 regmap_write 函数完成对寄存器进行写操作。
RTC_LPSR 寄存器，写入 0xffffffff，LPSR 是 RTC 状态寄存器，写 1 清零， 因此这一步就是清除 LPSR 寄存器。
调用snvs_rtc_enable函数使能 RTC，此函数会设置 RTC_LPCR 寄存器。
devm_request_irq函数请求RTC中断，中断服务函数为snvs_rtc_irq_handler， 用于 RTC 闹钟中断。
设置rtc_class_ops，并且调用rtc_register_device注册rtc子系统。
3.2.2 rtc_class_ops实例 1 2 3 4 5 6 7 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, };
3.2.2.1 snvs_rtc_read_time 获取rtc时间的细节详见 IMX6ULL裸机-RTC定时器 。
SNVS_SRTCMR[14:0]代表SRTC计数器的高15位SNVS_SRTCLR[31:15]代表SRTC计数器的低17位SNVS_HPCOMR[31], NPSWA_EN位，非特权软件访问控制位，如果非特权软件要访问 SNVS 的话此位必须为 1。SNVS_LPCR[0], SRTC_ENV位，使能 RTC 计数器。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 #define SNVS_LPREGISTER_OFFSET 0x34 #define SNVS_LPCR 0x04 #define SNVS_LPSR 0x18 #define SNVS_LPSRTCMR 0x1c #define SNVS_LPSRTCLR 0x20 #define SNVS_LPTAR 0x24 #define SNVS_LPPGDR 0x30 #define SNVS_LPCR_SRTC_ENV (1 << 0) #define SNVS_LPCR_LPTA_EN (1 << 1) #define SNVS_LPCR_LPWUI_EN (1 << 3) #define SNVS_LPSR_LPTA (1 << 0) #define SNVS_LPPGDR_INIT 0x41736166 #define CNTR_TO_SECS_SH 15 static int snvs_rtc_read_time (struct device *dev, struct rtc_time *tm) { struct snvs_rtc_data *data = unsigned long time; int ret; if (data->clk) { ret = clk_enable(data->clk); if (ret) return ret; } time = rtc_read_lp_counter(data); rtc_time64_to_tm(time, tm); if (data->clk) clk_disable(data->clk); return 0 ; }
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 static u64 rtc_read_lpsrt (struct snvs_rtc_data *data) { u32 msb, lsb; regmap_read(data->regmap, data->offset + SNVS_LPSRTCMR, &msb); regmap_read(data->regmap, data->offset + SNVS_LPSRTCLR, &lsb); return (u64)msb << 32 | lsb; } static u32 rtc_read_lp_counter (struct snvs_rtc_data *data) { u64 read1, read2; unsigned int timeout = 100 ; read1 = rtc_read_lpsrt(data); do { read2 = read1; read1 = rtc_read_lpsrt(data); } while (read1 != read2 && --timeout); if (!timeout) dev_err(&data->rtc->dev, "Timeout trying to get valid LPSRT Counter read\n" ); return (u32) (read1 >> CNTR_TO_SECS_SH); }
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 void rtc_time64_to_tm (time64_t time, struct rtc_time *tm) unsigned int month, year, secs; int days; days = div_s64_rem (time, 86400 , &secs); tm->tm_wday = (days + 4 ) % 7 ; year = 1970 + days / 365 ; days -= (year - 1970 ) * 365 + LEAPS_THRU_END_OF (year - 1 ) - LEAPS_THRU_END_OF (1970 - 1 ); while (days < 0 ) { year -= 1 ; days += 365 + is_leap_year (year); } tm->tm_year = year - 1900 ; tm->tm_yday = days + 1 ; for (month = 0 ; month < 11 ; month++) { int newdays; newdays = days - rtc_month_days (month, year); if (newdays < 0 ) break ; days = newdays; } tm->tm_mon = month; tm->tm_mday = days + 1 ; tm->tm_hour = secs / 3600 ; secs -= tm->tm_hour * 3600 ; tm->tm_min = secs / 60 ; tm->tm_sec = secs - tm->tm_min * 60 ; tm->tm_isdst = 0 ; }
rtc_read_lpsrt函数RTC定时器寄存器，得到64位原始数据。让后将其转换成按秒计算单位。可以看到就是设置读取RTC寄存器信息。调用drivers\rtc\lib.c的rtc_time64_to_tm将秒数转换成rtc_time, 也就是年月日单位。
3.2.2.2 snvs_rtc_set_time 设置时钟，和snvs_rtc_read_time同理，也是寄存器操作，就不展开细节分析。
3.3 应用测试 3.3.1 读取rtc时间 1 2 [root@imx6ull]~# date Thu Jan 1 08:00:13 CST 1970
3.3.2 设置rtc时间
现在我要设置当前时间为 2023 年 8 月 31 日 18:13:00。date -s "2023-08-31 18:13:00"
1 2 [root@imx6ull]~ Thu Aug 31 18:13:00 CST 2023
注意我们使用“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
