虽然目前的工作是在linux应用开发上，偏重于业务逻辑，但我还是希望自己能够更加明白操作系统本身的实现，计划之后在周末和闲暇时间抽出一定的时间来继续学习linux设备驱动，同时学习学习多媒体的知识。

　　今天来学习linux设备驱动中的RTC（Real-Time Clock）子系统，RTC设备就是一些提供系统时间的设备，它们一般自备电池，系统断电后还能计算时间，以便设备开机运行时提供给系统。此外，它们还能提供timer的功能，比如设置一个闹钟，设置周期性的闹钟等。因此，RTC设备从功能上来说，包括提供时间、设置时间、设置闹钟等。该部分的代码位于drivers/rtc/目录下，该目录下的文件如下图所示。类似其它子系统的结构，这些文件可以大致分为两类，一类是RTC子系统框架本身，另一类是针对具体平台或具体设备基于RTC驱动框架实现的驱动程序，前者是我们需要学习的部分，后者是工程中实现设备驱动的参考。

 

 　　我们也可以从Makefile中看到这些文件的关系，如下图所示。不难看出实现RTC驱动框架的的是rtc-lib.c、class.c、interface.c、rtc-dev.c、rtc-proc.c、rtc-sysfs.c和hctosys.c，其余的都是具体的设备驱动文件，接下来就是逐个分析下实现框架的源代码就好了。

　　RTC驱动框架中如何表示一个RTC设备，也就是rtc设备的结构体定义，如下图所示。首先rtc设备肯定是struct device的子类；系统中有多个RTC设备的时候，每个设备要有自己的ID和name；接下来的rtc_class_ops是一个非常关键的变量，它包含了设置时间、读取时间、设置闹钟，读取闹钟等回调函数，设备驱动中就是通过这些接口屏蔽硬件差异的，这会是实现设备驱动的关键部分；其它还有跟timer相关的变量、同步与互斥用到的变量等等，这些等分析具体代码的时候再说。

 

 　　说到底RTC设备是一种字符设备，我们就先看看在字符设备这方面，RTC子系统是如何处理的吧，这部分的逻辑在rtc-dev.c中实现，可以预见，这个文件中肯定有对rtc_device中cdev类型变量的处理。rtc-dev.c实现的功能主要包括两大类，第一类是RTC字符设备的设备号申请，第二类是实现file_operations中的各个接口。申请字符设备号的工作非常简单，直接调用alloc_chrdev_region()就可以了，这一步是在初始化函数rtc_dev_init()中实现的，如下图所示。

 

 　　其中RTC_DEV_MAX是次设备号，这里被定义为16，一般来说，一个系统中的RTC设备不会达到这么多的。这里还是有个疑问的，字符设备的主设备号其实是一些“规定”的，大家约定好了各类字符设备的主设备号，比如RTC主设备号是10，但是目前这里使用的是alloc_chrdev_region()，去动态获取一个别人未用的主设备号，就不一定是“规定”好的了，当然这并不影响其它的内容分析。

　　void rtc_dev_add_device(struct rtc_device *rtc)其实就是调用了cdev_add(&rtc->chr_dev, rtc->dev.devt, 1)，void rtc_dev_del_device(struct rtc_device *rtc)其实就是调用cdev_del(&rtc->chr_dev)，到这里可以看到，rtc-dev.c确实是在处理字符设备的事情。这里看到cdev_add/del操作，但是cdev_init在哪里？在rtc_dev_prepare(struct rtc_device *rtc)中，当设备驱动准备号rtc_ops之后就需要调用rtc-dev.c中的这个接口，它做的事情也比较少，如下图所示，其实就是计算了设备号，调用了cdev_init()而已。虽然事情少，但是引出了rtc-dev.c中第二类工作，就是file_oerations结构中的各种接口，read、write、poll、ioctl等等，这部分内容较多，下面逐个展开。

 

 　　rtc-dev.c中file_perations操作如下所示。

 

 　　先看rtc_dev_open接口，代码如下所示，根据inode中的chr_dev指针，得到对应的rtc_device，这个rtc_device肯定是某个驱动程序注册的，然后将当前file的private_data设置为当前打开的rtc设备。作为框架代码，它不会去执行具体的逻辑，因此最后调用rtc_class_ops->open回调函数，这也是由对应的设备驱动程序提供的，看名字应该就是做一些初始化操作。

 

 　　代码中涉及到两处bit互斥操作，其中test_and_set_bit的实现如下所示，流程很简单，通过spinlock实现互斥访问，读出原来的值，将对应bit置位后再返回原来的值，清除bit的操作是类似的。这里就是在open中互斥地将BUSY标志置位了，别人再打开相同的文件就会报错了。相应地，BUSY的标志会在release中被清除。

 

 　　release回调函数如下所示，这部分代码看注释就差不多了，涉及到的ioctl接口后面会分析。注释中出现了几个英文缩写，UIE，PIE，AIE，开始看代码的时候也没看懂是什么意思，这里解析一下，三者间的详细区别还未搞清楚。

PIE - Periodical Interrupt Enable，用户设置的周期发生的事件

AIE - Alarm Interrupt Enable，一次性的闹钟

UIE - Update Interrupt Enable，update这个词太泛了，不能准确理解。

 　　rtc_dev_read实现的并不是读取RTC时间，目前并没有RTC应用层开发的经验，到这里还不知道这个接口的具体用途，从程序中看是一个unsigned int的值，rtc->irq_data。这里的处理流程非常经典，其实这个流程也可以用在write中。

add_wait_queue();
do {
    ready = readable();
    if (ready) {
        copy_to_user();
        return n;    
    } else {
        if (f_flags & O_NONBLOCK) {
            return -EAGAIN;
        } else {
        　　__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
        　　schedule();
　　　　　}
 } while (!ready);

set_current_state(TASK_RUNNING);
remove_wait_queue();
copy_to_user();
return n;

　　在rtc_dev_read中readable其实就是irq_data这个值是否非零，访问它时要注意互斥保护。最后，代码中尝试调用read_callback，这个逻辑可以分析具体驱动的时候再看。

　　rtc_dev_poll主要是调用了poll_wait()具体的逻辑等之后再学习，这里需要留心的是，上层可读取的条件依然是检查irq_data。

　　rtc_dev_fasync()调用fasync_helper()，具体逻辑之后学习。

　　rtc_dev_ioctl()中处理的命令如下表所示，处理过程基本都是调用interface.c中实现的接口，这些接口的实现和功能，后面会分析。

命令	处理
RTC_ALM_READ	调用rtc_read_alarm()，返回给调用者。
RTC_ALM_SET	一番计算后最后调用rtc_set_alarm()
RTC_RD_TIME	调用rtc_read_time()获取RTC时间，这就是最基本的功能了，最后就调用到了具体驱动中注册的获取时间的函数。
RTC_SET_TIME	调用rtc_set_time()设置RTC时间，属于基本功能。
RTC_PIE_ON	调用rtc_irq_set_state()，使能
RTC_PIE_OFF	调用rtc_irq_set_state()，禁止
RTC_AIE_ON	调用rtc_alarm_irq_enable()使能闹钟中断
RTC_AIE_OFF	调用rtc_alarm_irq_enable()关闭闹钟中断
RTC_UIE_ON	调用rtc_update_irq_enable()使能update中断。
RTC_UIE_OFF	调用rtc_update_irq_enable()关闭update中断。
RTC_IRQP_SET	调用rtc_set_irq_freq()设置中断频率，是什么中断？
RTC_IRQP_READ	通过put_user()将irq_freq返回给调用者。

　　rtc-dev.c有关字符设备驱动相关的代码就基本分析完了，未得到解决的问题依赖于后续代码的分析。

 

　　class.c不仅初始化了rtc class，而且提供了rtc设备注册和注销的接口，其入口函数如下所示。调用class_create()创建一个类，因此文件系统中会存在文件夹/sys/class/rtc/。接着，还设置了suspend和resume函数，每个设备都有自己的suspend和resume方法，这里怎么在class中直接设置了呢？存疑。rtc_dev_init()我们已经分析过了，rtc_sysfs_init()属于rtc_sysfs.c中的内容。

 

 　　向rtc class中注册设备的接口是rtc_device_register()，原型如下所示，调用者需要提供设备的名称，rtc_class_ops等信息，该函数内部的操作主要包括三个步骤：1. 初始化rtc_device。2 初始化锁、timer、queue、task。3. 向sysfs、procfs系统中注册设备。

 

 　　初始化rtc_device的过程如下所示，注意dev.release方法是在class中提供的，工作就是根据struct device知道对应的rtc device，然后kfree掉。

 

 　　初始化各种锁、timer的过程如下所示，ops_lock是用来对rtc设备的操作进行互斥保护的，比如说读rtc的时候不允许同时写，这里是用mutex来保护的；irq_lock用于保护rtc_device中的irq_data成员