本文的RTC使用I2C接口操作pcf8563，这里针对pcf8563对Linux的RTC框架进行分析。
Linux常见的驱动在driver目录下都有一个文件夹，进入kernel主目录下的drivers/rtc，发现下面包含了许多芯片的RTC驱动，我们这里是以pcf8563为主，她是我们要分析的核心。其他几个相关联的文件分别是：alarm.c、alarm-dev.c、class.c、hctosys.c、interface.c和rtc-dev.c。 class.c：向linux设备模型核心注册了一个类RTC，提供了RTC子系统的一些公共函数，让各个RTC驱动注册集成到我们的linux内核中，向驱动程序提供了注册/注销接口。 rtc-dev.c：定义了基本的设备文件操作函数，用户程序与RTC驱动的接口函数，这里定义了每个ioctl命令需要调用的函数，还有open，read等。 interface.c：提供了ioctl各个命令需要调用的函数。 rtc-sysfs.c：与sysfs有关，提供通过sys文件系统操作pcf8563。 rtc-proc.c：与proc文件系统有关，提供通过proc文件系统操作pcf8563。
hctosys.c：系统起来之后会调用到这个文件中的rtc_hctosys()函数，主要功能是系统起来的时候去读RTC硬件中的时间，然后更新我们的系统时间。
rtc.h：定义了与RTC有关的数据结构。
pcf8563.c是最底层的直接和硬件打交道的驱动文件，pcf8563.c上面一层为interface.c，为接口文件，它主要是对pcf8563.c进行封装，给上层提供统一的接口，屏蔽底层差异化。Interface.c再往上就到了rtc-dev.c.，rtc-dev.c最终生成了/dev/rtc设备节点，上层的应用程序就是通过操作此文件来进行RTC相关的设置系统时间和闹钟等操作的。
文件关系图如下：
接下来我们从最底层驱动程序（pcf8563.c）到RTC核心（class.c）来逐一分析。 看一个设备驱动，一般都从模块初始化和退出函数开始，pcf8563.c的为：static int __init pcf8563_init(void){ return i2c_add_driver(&pcf8563_driver);}static void __exit pcf8563_exit(void){ i2c_del_driver(&pcf8563_driver);} 因为pcf8563为I2C接口设备，此处就是添加或者删除I2C设备。接下来看下rtc结构体pcf8563_driver：static struct i2c_driver pcf8563_driver = { .driver = { .name = "rtc-pcf8563", }, .probe = pcf8563_probe, .remove = pcf8563_remove, .id_table = pcf8563_id,}; I2C设备结构体比较简单，主要就是探测和移除函数，首先看下探测设备函数pcf8563_probe：static int pcf8563_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id){ struct pcf8563 *pcf8563; int err = 0; dev_dbg(&client->dev, "%s\n", __func__); if (!i2c_check_functionality(client->adapter, I2C_FUNC_I2C)) return -ENODEV; pcf8563 = kzalloc(sizeof(struct pcf8563), GFP_KERNEL); if (!pcf8563) return -ENOMEM; dev_info(&client->dev, "chip found, driver version " DRV_VERSION "\n"); i2c_set_clientdata(client, pcf8563); pcf8563->rtc =rtc_device_register(pcf8563_driver.driver.name, &client->dev, &pcf8563_rtc_ops, THIS_MODULE); if (IS_ERR(pcf8563->rtc)) { err = PTR_ERR(pcf8563->rtc); goto exit_kfree; } return 0;exit_kfree: kfree(pcf8563); return err;}探测函数比较简单，比较重要的语句为红色标注部分，这里主要涉及到两个部分。1、rtc设备注册函数rtc_device_register，此函数完成rtc设备的注册，在后面会重点讲述。 2、pcf8563_rtc_ops，此结构体定义了操作pcf8563的函数，包括读时间和设置时间等，上层调用的对时间操作就是调用此处的函数，具体如下：static const struct rtc_class_ops pcf8563_rtc_ops = { .read_time = pcf8563_rtc_read_time, .set_time = pcf8563_rtc_set_time,};读时间函数pcf8563_rtc_read_time，就是通过I2C接口读取pcf8563时间寄存器里的值，具体如下：static int pcf8563_rtc_read_time(struct device *dev, struct rtc_time *tm){ return pcf8563_get_datetime(to_i2c_client(dev), tm);}static int pcf8563_get_datetime(struct i2c_client *client, struct rtc_time *tm){ struct pcf8563 *pcf8563 = i2c_get_clientdata(client); unsigned char buf[13] = { PCF8563_REG_ST1 }; struct i2c_msg msgs[] = { { client->addr, 0, 1, buf }, /* setup read ptr */ { client->addr, I2C_M_RD, 13, buf }, /* read status + date */ }; /* read registers */ if ((i2c_transfer(client->adapter, msgs, 2)) != 2) { dev_err(&client->dev, "%s: read error\n", __func__); return -EIO; } if (buf[PCF8563_REG_SC] & PCF8563_SC_LV) dev_info(&client->dev, "low voltage detected, date/time is not reliable.\n"); dev_dbg(&client->dev, "%s: raw data is st1=%02x, st2=%02x, sec=%02x, min=%02x, hr=%02x, " "mday=%02x, wday=%02x, mon=%02x, year=%02x\n", __func__, buf[0], buf[1], buf[2], buf[3], buf[4], buf[5], buf[6], buf[7], buf[8]); tm->tm_sec = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_SC] & 0x7F); tm->tm_min = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_MN] & 0x7F); tm->tm_hour = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_HR] & 0x3F); /* rtc hr 0-23 */ tm->tm_mday = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_DM] & 0x3F); tm->tm_wday = buf[PCF8563_REG_DW] & 0x07; tm->tm_mon = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_MO] & 0x1F) – 1; /* rtc mn 1-12 */ tm->tm_year = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_YR]); if (tm->tm_year < 70) tm->tm_year += 100; /* assume we are in 1970…2069 */ /* detect the polarity heuristically. see note above. */ pcf8563->c_polarity = (buf[PCF8563_REG_MO] & PCF8563_MO_C) ? (tm->tm_year >= 100) : (tm->tm_year < 100); dev_dbg(&client->dev, "%s: tm is secs=%d, mins=%d, hours=%d, " "mday=%d, mon=%d, year=%d, wday=%d\n", __func__, tm->tm_sec, tm->tm_min, tm->tm_hour, tm->tm_mday, tm->tm_mon, tm->tm_year, tm->tm_wday); /* the clock can give out invalid datetime, but we cannot return * -EINVAL otherwise hwclock will refuse to set the time on bootup. */ if (rtc_valid_tm(tm) < 0) dev_err(&client->dev, "retrieved date/time is not valid.\n"); return 0;} 设置时间函数pcf8563_rtc_set_time，就是通过I2C接口写pcf8563时间寄存器里的值，具体如下：static int pcf8563_rtc_set_time(struct device *dev, struct rtc_time *tm){ return pcf8563_set_datetime(to_i2c_client(dev), tm);}static int pcf8563_set_datetime(struct i2c_client *client, struct rtc_time *tm){ struct pcf8563 *pcf8563 = i2c_get_clientdata(client); int i, err; unsigned char buf[9]; dev_dbg(&client->dev, "%s: secs=%d, mins=%d, hours=%d, " "mday=%d, mon=%d, year=%d, wday=%d\n", __func__, tm->tm_sec, tm->tm_min, tm->tm_hour, tm->tm_mday, tm->tm_mon, tm->tm_year, tm->tm_wday); /* hours, minutes and seconds */ buf[PCF8563_REG_SC] = bin2bcd(tm->tm_sec); buf[PCF8563_REG_MN] = bin2bcd(tm->tm_min); buf[PCF8563_REG_HR] = bin2bcd(tm->tm_hour); buf[PCF8563_REG_DM] = bin2bcd(tm->tm_mday); /* month, 1 – 12 */ buf[PCF8563_REG_MO] = bin2bcd(tm->tm_mon + 1); /* year and century */ buf[PCF8563_REG_YR] = bin2bcd(tm->tm_year % 100); if (pcf8563->c_polarity ? (tm->tm_year >= 100) : (tm->tm_year < 100)) buf[PCF8563_REG_MO] |= PCF8563_MO_C; buf[PCF8563_REG_DW] = tm->tm_wday & 0x07; /* write register’s data */ for (i = 0; i < 7; i++) { unsigned char data[2] = { PCF8563_REG_SC + i, buf[PCF8563_REG_SC + i] }; err = i2c_master_send(client, data, sizeof(data)); if (err != sizeof(data)) { dev_err(&client->dev, "%s: err=%d addr=%02x, data=%02x\n", __func__, err, data[0], data[1]); return -EIO; } }; return 0;}class.c： 接下来讲述最重要的rtc注册函数rtc_device_register，在class.c中：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; struct rtc_wkalrm alrm; int id, err; if (idr_pre_get(&rtc_idr, GFP_KERNEL) == 0) { err = -ENOMEM; goto exit; } mutex_lock(&idr_lock); err = idr_get_new(&rtc_idr, NULL, &id); mutex_unlock(&idr_lock); if (err < 0) goto exit; id = id & MAX_ID_MASK; rtc = kzalloc(sizeof(struct rtc_device), GFP_KERNEL); //申请rtc_device结构体 if (rtc == NULL) { err = -ENOMEM; goto exit_idr; } rtc->id = id; rtc->ops = ops; rtc->owner = owner; rtc->irq_freq = 1; rtc->max_user_freq = 64; rtc->dev.parent = dev; rtc->dev.class = rtc_class; rtc->dev.release = rtc_device_release;//rtc释放函数，在后面讲述 mutex_init(&rtc->ops_lock); spin_lock_init(&rtc->irq_lock); spin_lock_init(&rtc->irq_task_lock); init_waitqueue_head(&rtc->irq_queue); /* Init timerqueue */ timerqueue_init_head(&rtc->timerqueue); INIT_WORK(&rtc->irqwork, rtc_timer_do_work); /* Init aie timer */ rtc_timer_init(&rtc->aie_timer, rtc_aie_update_irq, (void *)rtc); /* Init uie timer */ rtc_timer_init(&rtc->uie_rtctimer, rtc_uie_update_irq, (void *)rtc); /* Init pie timer */ 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); if (!err && !rtc_valid_tm(&alrm.time)) rtc_initialize_alarm(rtc, &alrm); strlcpy(rtc->name, name, RTC_DEVICE_NAME_SIZE); dev_set_name(&rtc->dev, "rtc%d", id); rtc_dev_prepare(rtc); //rtc-dev.c中的设备结构初始化，第二部分讲述 err = device_register(&rtc->dev); if (err) { put_device(&rtc->dev); goto exit_kfree; } rtc_dev_add_device(rtc);//rtc-dev.c中的增加设备，第二部分讲述 rtc_sysfs_add_device(rtc);//rtc-sysfs.c中创建/sys文件，第三部分讲述 rtc_proc_add_device(rtc);//rtc-proc.c中的增加proc，第三部分讲述 dev_info(dev, "rtc core: registered %s as %s\n", rtc->name, dev_name(&rtc->dev)); return rtc;exit_kfree: kfree(rtc);exit_idr: mutex_lock(&idr_lock); idr_remove(&rtc_idr, id); mutex_unlock(&idr_lock);exit: dev_err(dev, "rtc core: unable to register %s, err = %d\n", name, err); return ERR_PTR(err);}（1）处理一个idr结构，idr在linux内核中指的就是整数ID管理机制，从本质上来说，idr是一种将整数ID号和特定指针关联在一起的机制。这个机制最早是在2003年2月加入内核的，当时是作为POSIX定时器的一个补丁。现在在内核的很多地方都可以找到idr的身影。这里从内核中获取一个idr结构，并与id相关联。（2）分配了一个rtc_device的结构–rtc，并且初始化了相关的成员：id, rtc_class_ops等等。（3）首先调用rtc_dev_prepare（在rtc-dev.c中定义）。因为RTC设备本质来讲还是字符设备，所以这里初始化了字符设备相关的结构：设备号以及文件操作。然后调用device_register将设备注册到linux设备模型核心。这样在模块加载的时候，udev daemon就会自动为我们创建设备文件rtc(n)。（4）先后调用rtc_dev_add_device，rtc_sysfs_add_device，rtc_proc_add_device三个函数。 rtc_dev_add_device注册字符设备，rtc_sysfs_add_device只是为设备添加了一个闹钟属性，rtc_proc_add_device创建proc文件系统接口。void rtc_dev_add_device(struct rtc_device *rtc){ if (cdev_add(&rtc->char_dev, rtc->dev.devt, 1)) printk(KERN_WARNING "%s: failed to add char device %d:%d\n", rtc->name, MAJOR(rtc_devt), rtc->id); else pr_debug("%s: dev (%d:%d)\n", rtc->name, MAJOR(rtc_devt), rtc->id);}void rtc_sysfs_add_device(struct rtc_device *rtc){ int err; /* not all RTCs support both alarms and wakeup */ if (!rtc_does_wakealarm(rtc)) return; err = device_create_file(&rtc->dev, &dev_attr_wakealarm); if (err) dev_err(rtc->dev.parent, "failed to create alarm attribute, %d\n", err);} 初始化函数rtc_init()为：static int __init rtc_init(void){ rtc_class = class_create(THIS_MODULE, "rtc"); //创建rtc设备类 if (IS_ERR(rtc_class)) { printk(KERN_ERR "%s: couldn’t create class\n", __FILE__); return PTR_ERR(rtc_class); } rtc_class->suspend = rtc_suspend; //挂起函数，后面讲述 rtc_class->resume = rtc_resume; //恢复函数，后面讲述 rtc_dev_init(); //分配设备号，rtc-dev.c，后面讲述 rtc_sysfs_init(rtc_class); //创建sys,rtc-sysfs.c后面讲述 return 0;}rtc_init 首先调用class_create创建了一个类–rtc。我们知道类是一个设备的高层视图，他抽象出了底层的实现细节。类的作用就是向用户空间提供设备的信息，驱动程序不需要直接处理类。然后初始化类结构的相应成员，rtc_suspend，rtc_resume这两个函数也是在class.c中实现的。接下来调用rtc_dev_init()，这个函数为RTC设备动态分配设备号，保存在rtc_devt中。最后调用 rtc_sysfs_init，初始化rtc_class的属性。subsys_initcall(rtc_init); 由subsys_initcall(rtc_init);知道，此函数在系统开始运行的时候即被执行。static int rtc_suspend(struct device *dev, pm_message_t mesg){ struct rtc_device *rtc = to_rtc_device(dev); struct rtc_time tm; if (strcmp(dev_name(&rtc->dev), CONFIG_RTC_HCTOSYS_DEVICE) != 0) return 0; rtc_read_time(rtc, &tm); ktime_get_ts(&oldts); rtc_tm_to_time(&tm, &oldtime); return 0;}static int rtc_resume(struct device *dev){ struct rtc_device *rtc = to_rtc_device(dev); struct rtc_time tm; time_t newtime; struct timespec time; struct timespec newts; if (strcmp(dev_name(&rtc->dev), CONFIG_RTC_HCTOSYS_DEVICE) != 0) return 0; ktime_get_ts(&newts); rtc_read_time(rtc, &tm); if (rtc_valid_tm(&tm) != 0) { pr_debug("%s: bogus resume time\n", dev_name(&rtc->dev)); return 0; } rtc_tm_to_time(&tm, &newtime); if (newtime <= oldtime) { if (newtime < oldtime) pr_debug("%s: time travel!\n", dev_name(&rtc->dev)); return 0; } /* calculate the RTC time delta */ set_normalized_timespec(&time, newtime – oldtime, 0); /* subtract kernel time between rtc_suspend to rtc_resume */ time = timespec_sub(time, timespec_sub(newts, oldts)); timekeeping_inject_sleeptime(&time); return 0;}void __init rtc_dev_init(void){ int err; err = alloc_chrdev_region(&rtc_devt, 0, RTC_DEV_MAX, "rtc"); if (err < 0) printk(KERN_ERR "%s: failed to allocate char dev region\n", __FILE__);} 在rtc_device_register函数中有一个rtc释放函数rtc_device_release：static void rtc_device_release(struct device *dev){ struct rtc_device *rtc = to_rtc_device(dev); mutex_lock(&idr_lock); idr_remove(&rtc_idr, rtc->id); mutex_unlock(&idr_lock); kfree(rtc);} 退出函数：static void __exit rtc_exit(void){ rtc_dev_exit(); class_destroy(rtc_class); idr_destroy(&rtc_idr);}module_exit(rtc_exit);
接受失败也等于给了自己从零开始的机会，接受失败更是一种智者的宣言和呐喊;
