Linux clock子系统及驱动实例

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Linux clock子系统及驱动实例。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

基本概念


晶振:晶源振荡器
PLL:Phase lock loop,锁相环。用于提升频率
OSC:oscillator的简写,振荡器

CLK子系统


Linux的时钟子系统由CCF(common clock framework)框架管理,CCF向上给用户提供了通用的时钟接口,向下给驱动开发者提供硬件操作的接口。各结构体关系如下:

devm_clk_get,Linux驱动,# ——内核子系统篇,linux,驱动开发
CCF框架比较简单,只有这几个结构体。CCF框架分为了consumer、ccf和provider三部分。

consumer

​ 时钟的使用者,clock子系统向consumer的提供通用的时钟API接口,使其可以屏蔽底层硬件差异。提供给consumer操作的API如下:

struct clk *clk_get(struct device *dev, const char *id);
struct clk *devm_clk_get(struct device *dev, const char *id);
int clk_enable(struct clk *clk);//使能时钟,不会睡眠
void clk_disable(struct clk *clk);//使能时钟,不会睡眠
unsigned long clk_get_rate(struct clk *clk);
void clk_put(struct clk *clk);
long clk_round_rate(struct clk *clk, unsigned long rate);
int clk_set_rate(struct clk *clk, unsigned long rate);
int clk_set_parent(struct clk *clk, struct clk *parent);
struct clk *clk_get_parent(struct clk *clk);
int clk_prepare(struct clk *clk);
void clk_unprepare(struct clk *clk);
int clk_prepare_enable(struct clk *clk) //使能时钟,可能会睡眠
void clk_disable_unprepare(struct clk *clk) //禁止时钟,可能会睡眠
unsigned long clk_get_rate(struct clk *clk) //获取时钟频率

consumer在使用这些API时,必须先调用devm_clk_get()clk_get()获取一个struct clk *指针句柄,后续都通过传入该句柄来操作,struct clk相当于实例化一个时钟。

ccf

​ clock子系统的核心,用一个struct clk_core结构体表示,每个注册设备都对应一个struct clk_core

provider(时钟的提供者)

struct clk_hw:表示一个具体的硬件时钟。

struct clk_init_data:struct clk_hw结构体成员,用于表示该时钟下的初始化数据,如时钟名字name、操作函数ops等。

// include/linux/clk-provider.h
struct clk_hw{
	struct clk_core *core;
	struct clk *clk;
	const struct clk_init_data *init;
}

struct clk_init_data{
	const char *name;					//时钟名字
	const struct clk_ops *ops;			//时钟硬件操作函数集合
	const char *const *parent_names;	//父时钟名字
	const struct clk_parent_data *parent_data;
	const struct clk_hw	**parent_hws;
	u8 num_parents;
	unsigned long flags;
}

struct clk_ops:时钟硬件操作的函数集合,定义了操作硬件的回调函数,consumer在调用clk_set_rate()等API时会调用到struct clk_ops具体指向的函数,这个需要芯片厂商开发clock驱动时去实现。

//include/linux/clk-provider.h

struct clk_ops {
	int		(*prepare)(struct clk_hw *hw);
	void		(*unprepare)(struct clk_hw *hw);
	int		(*is_prepared)(struct clk_hw *hw);
	void		(*unprepare_unused)(struct clk_hw *hw);
	int		(*enable)(struct clk_hw *hw);
	void		(*disable)(struct clk_hw *hw);
	int		(*is_enabled)(struct clk_hw *hw);
	void		(*disable_unused)(struct clk_hw *hw);
	int		(*save_context)(struct clk_hw *hw);
	void		(*restore_context)(struct clk_hw *hw);
	unsigned long	(*recalc_rate)(struct clk_hw *hw,
					unsigned long parent_rate);
	long		(*round_rate)(struct clk_hw *hw, unsigned long rate,
					unsigned long *parent_rate);
	int		(*determine_rate)(struct clk_hw *hw,
					  struct clk_rate_request *req);
	int		(*set_parent)(struct clk_hw *hw, u8 index);
	u8		(*get_parent)(struct clk_hw *hw);
	int		(*set_rate)(struct clk_hw *hw, unsigned long rate,
				    unsigned long parent_rate);
	int		(*set_rate_and_parent)(struct clk_hw *hw,
				    unsigned long rate,
				    unsigned long parent_rate, u8 index);
	unsigned long	(*recalc_accuracy)(struct clk_hw *hw,
					   unsigned long parent_accuracy);
	int		(*get_phase)(struct clk_hw *hw);
	int		(*set_phase)(struct clk_hw *hw, int degrees);
	int		(*get_duty_cycle)(struct clk_hw *hw,
					  struct clk_duty *duty);
	int		(*set_duty_cycle)(struct clk_hw *hw,
					  struct clk_duty *duty);
	int		(*init)(struct clk_hw *hw);
	void		(*terminate)(struct clk_hw *hw);
	void		(*debug_init)(struct clk_hw *hw, struct dentry *dentry);
};

struct clk_ops中每个函数功能在include/linux/clk-provider.h都有具体的说明,在开发clock驱动时,这些函数并不需要全部实现。下面列举几个最常用,也是经常需要实现的函数。

函数 说明
recalc_rate 通过查询硬件,重新计算此时钟的速率。可选,但建议——如果未设置此操作,则时钟速率初始化为0。
round_rate 给定目标速率作为输入,返回时钟实际支持的最接近速率。
set_rate 更改此时钟的速率。请求的速率由第二个参数指定,该参数通常应该是调用.round_rate返回。第三个参数给出了父速率,这对大多数.set_rate实现有帮助。成功返回0,否则返回-EERROR
enable 时钟enable
disable 时钟disable

时钟API的使用


对于一般的驱动开发(非clock驱动),我们只需要在dts中配置时钟,然后在驱动调用通用的时钟API接口即可。
1、设备树中配置时钟

	mmc0:mmc0@0x12345678{
		compatible = "xx,xx-mmc0";
		......
		clocks = <&peri PERI_MCI0>;//指定mmc0的时钟来自PERI_MCI0,PERI_MCI0的父时钟是peri
		clocks-names = "mmc0";	//时钟名,调用devm_clk_get获取时钟时,可以传入该名字
        ......
	};

以mmc的设备节点为例,上述mmc0指定了时钟来自PERI_MCI0,PERI_MCI0的父时钟是peri,并将所指定的时钟给它命名为"mmc0"。

2、驱动中使用API接口

简单的使用:

/* 1、获取时钟 */
host->clk = devm_clk_get(&pdev->dev, NULL);	//或者devm_clk_get(&pdev->dev, "mmc0")
	if (IS_ERR(host->clk)) {
		dev_err(dev, "failed to find clock source\n");
		ret = PTR_ERR(host->clk);
		goto probe_out_free_dev;
	}

/* 2、使能时钟 */
ret = clk_prepare_enable(host->clk);
if (ret) {
	dev_err(dev, "failed to enable clock source.\n");
	goto probe_out_free_dev;
}

probe_out_free_dev:
	kfree(host);

在驱动中操作时钟,第一步需要获取struct clk指针句柄,后续都通过该指针进行操作,例如:
设置频率:

ret = clk_set_rate(host->clk, 300000);

获得频率:

ret = clk_get_rate(host->clk);

注意:devm_clk_get()的两个参数是二选一,可以都传入,也可以只传入一个参数。

像i2c、mmc等这些外设驱动,通常只需要使能门控即可,因为这些外设并不是时钟源,它们只有开关。如果直接调用clk_ser_rate函数设置频率,clk_set_rate会向上传递,即设置它的父时钟频率。例如在该例子中直接调用clk_set_rate函数,最终设置的是时钟源peri的频率。

clock驱动实例


clock驱动在时钟子系统中属于provider,provider是时钟的提供者,即具体的clock驱动。clock驱动在Linux刚启动的时候就要完成,比initcall都要早期,因此clock驱动是在内核中进行实现。在内核的drivers/clk目录下,可以看到各个芯片厂商对各自芯片clock驱动的实现:

devm_clk_get,Linux驱动,# ——内核子系统篇,linux,驱动开发

下面以一个简单的时钟树,举例说明一个芯片的时钟驱动的大致实现过程:

1、时钟树

通常来说,一个芯片的时钟树是比较固定的,例如,以下时钟树:

devm_clk_get,Linux驱动,# ——内核子系统篇,linux,驱动开发

时钟树的根节点一般是晶振时钟,上图根节点为24M晶振时钟。根节点下面是PLL,PLL用于提升频率。PPL0下又分频给PERI、DSP和ISP。PLL1分频给DDR和ENC。

对于PLL来说,PLL的频率可以通过寄存器设置,但通常是固定的,所以PLL属于固定时钟。

对PERI、DSP等模块来说,它们的频率来自于PLL的分频,因此这些模块的时钟属于分频时钟。

2、设备树

设备树中表示一个时钟源,应有如下属性,例如24Mosc:

clocks{
	osc24M:osc24M{
		compatible = "fixed-clock";
		#clock-cells = <0>;
		clock-output-name = "osc24M";
		clock-frequency = <24000000>;
	};
};
属性 说明
compatible 驱动匹配名字
#clock-cells 提供输出时钟的路数。#clock-cells为0时,代表输出一路时钟
#clock-cells为1时,代表输出2路时钟。
#clock-output-names 输出时钟的名字
#clock-frequency 输出时钟的频率

3、驱动实现

clock驱动编写的基本步骤:

  1. 实现struct clk_ops相关成员函数
  2. 定义分配struct clk_onecell_data结构体,初始化相关数据
  3. 定义分配struct clk_init_data结构体,初始化相关数据
  4. 调用clk_register将时钟注册进框架
  5. 调用clk_register_clkdev注册时钟设备
  6. 调用of_clk_add_provider,将clk provider存放到of_clk_provider链表中管理
  7. 调用CLK_OF_DECLARE声明驱动
fixed_clk固定时钟实现

fixed_clk针对像PLL这种具有固定频率的时钟,对于PLL,我们只需要实现.recalc_rate函数
设备树:

#define PLL0_CLK 0

clocks{
	osc24M:osc24M{
		compatible = "fixed-clock";
		#clock-cells = <0>;
		clock-output-names = "osc24M";
		clock-frequency = <24000000>;
	};
	pll0:pll0{
		compatible = "xx, choogle-fixed-clk";
		#clock-cells = <0>;
		clock-id = <PLL0_CLK>;
		clock-frequency = <1000000000>;
		clock-output-names = "pll0";
		clocks = <&osc24M>;
	};
};

驱动:

#include <linux/clk-provier.h>
#include <linux/clkdev.h>
#include <linux/clk.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/delay.h>

#define CLOCK_BASE 0X12340000
#define CLOCK_SIZE	0X1000

struct xx_fixed_clk{
    void __iomem *reg;//保存映射后寄存器基址
    unsigned long fixed_rate;//频率
    int id;//clock id
    struct clk_hw*;
}static unsigned long xx_pll0_fixed_clk_recalc_rate(struct clk_hw *hw, unsigned long parent_rate)
{
	unsigned long recalc_rate;
	//硬件操作:查询寄存器,获得分频系数,计算频率然后返回
	return recalc_rate;
}

static struct clk_ops xx_pll0_fixed_clk_ops = {
	.recalc_rate		= 		xx_pll0_fixed_clk_recalc_rate,
};

struct clk_ops *xx_fixed_clk_ops[] = {
	&xx_pll0_fixed_clk_ops,
};

struct clk * __init xx_register_fixed_clk(const char *name, const char *parent_name,
							void __iomem *res_reg, u32 fixed_rate, int id, 
							const struct clk_ops *ops)
{
	struct xx_fixed_clk *fixed_clk;
	struct clk *clk;
	struct clk_init_data init = {};

	fixed_clk = kzalloc(sizeof(*fixed_clk), GFP_KERNEL);
	if (!fixed_clk)
		return ERR_PTR(-ENOMEM);

    //初始化struct clk_init_data数据
	init.name = name;
	init.flags = CLK_IS_BASIC;
	init.parent_names = parent_name ? &parent_name : NULL;
	init.num_parents = parent_name ? 1 : 0;

	fixed_clk->reg = res_reg;//保存映射后的基址
	fixed_clk->fixed_rate = fixed_rate;//保存频率
	fixed_clk->id = id;//保存clock id

	fixed_clk->hw.init = &init;

    //时钟注册
	clk = clk_register(NULL, &fixed_clk->hw);
	if (IS_ERR(clk))
		kfree(fixed_clk);

	return clk;
}

static void __init of_xx_fixed_clk_init(struct device_node *np)
{
	struct clk_onecell_data *clk_data;
	const char *clk_name = np->name;
	
	const char *parent_name = of_clk_get_parent_name(np, 0);
	void __iomem *res_reg = ioremap(CLOCK_BASE, CLOCK_SIZE);//寄存器基址映射

	u32 rate = -1;
	int clock_id, index, number;

	clk_data = kmalloc(sizeof(struct clk_onecell_data), GFP_KERNEL);
	if (!clk_data )
		return;

	number = of_property_count_u32_elems(np, "clock-id");
	clk_data->clks = kcalloc(number, sizeof(struct clk*), GFP_KERNEL);
	if (!clk_data->clks)
		goto err_free_data;

	of_property_read_u32(np, "clock-frequency", &rate);


	/**
	* 操作寄存器:初始化PLL时钟频率
	* ......
	*/

	for (index=0; index<number; index++) {
		of_property_read_string_index(np, "clock-output-names", index, &clk_name);
		of_property_read_u32_index(np, "clock-id", index, &clock_id);

		clk_data->clks[index] = xx_register_fixed_clk(clk_name, parent_name, 
							res_reg, rate, clock_id, ak_fixed_clk_ops[pll_id]);
		if (IS_ERR(clk_data->clks[index])) {
			pr_err("%s register fixed clk failed: clk_name:%s, index = %d\n",
					__func__, clk_name, index);
			WARN_ON(true);
			continue;
		}
		clk_register_clkdev(clk_data->clks[index], clk_name, NULL);//注册时钟设备
	}

	clk_data->clk_num = number;
	if (number == 1) {
		of_clk_add_provider(np, of_clk_src_simple_get, clk_data->clks[0]);
	} else {
		of_clk_add_provider(np, of_clk_src_onecell_get, clk_data);
	}
	return;

err_free_data:
	kfree(clk_data);

}

CLK_OF_DECLARE(xx_fixed_clk, "xx,xx-fixed-clk", of_xx_fixed_clk_init);
factor_clk分频时钟实现

peri的时钟来自于Pll的分频,对于这类时钟,需要实现.round_rate.set_rate.recalc_rate

设备树:

#define PLL0_CLK 0
#defeine PLL0_FACTOR_PERI 0

clocks{
	osc24M:osc24M{//晶振时钟
		compatible = "fixed-clock";
		#clock-cells = <0>;
		clock-output-names = "osc24M";
		clock-frequency = <24000000>;
	};
	pll0:pll0{//pll倍频时钟
		compatible = "xx, xx-fixed-clk";
		#clock-cells = <0>;
		clock-id = <PLL0_CLK>;
		clock-frequency = <1000000000>;
		clock-output-names = "pll0";
		clocks = <&osc24M>;//pll的父时钟为24M晶振
	};

	factor_pll0_clk:factor_pll0_clk{//pll分频时钟
		compatible = "xx,xx-pll0-factor-clk";
		#clock-cells = <1>;
		clock-id = <PLL0_FACTOR_PERI>;
		clock-output-names = "pll0_peri";
		clocks = <&pll0 PLL0_CLK>;//PERI子系统的父时钟为pll0
	};
};

驱动:

static long xx_factor_pll0_clk_round_rate(struct  clk_hw *hw, unsigned long rate,
									unsigned long *parent_rate)
{
	unsigned long round_rate;
		//返回时钟实际支持的最接近速率
	return round_rate;
}
static int xx_factor_pll0_clk_set_rate(struct clk_hw *hw, unsigned long rate, unsigned long parent_rate)
{
	int ret = 0;
	//操作寄存器,设置频率
	return ret;
}

static unsigned long xx_factor_pll0_clk_recalc_rate(struct clk_hw *hw, unsigned long parent_rate)
{
	unsigned long recalc_rate;
	//查询寄存器,获得分频系数,计算频率然后返回
	return recalc_rate;

}

const struct clk_ops xx_factor_clk_ops = {
	.round_rate = xx_factor_pll0_clk_round_rate,//给定目标速率作为输入,返回时钟
	.set_rate = xx_factor_pll0_clk_set_rate,
	.recalc_rate = xx_factor_pll0_clk_recalc_rate,
}

static void __init of_xx_factor_clk_init(struct device_node *np)
{
	//驱动入口
	//参考上述pll的注册,唯一不同的就是struct clk_ops的成员函数实现
}

CLK_OF_DECLARE(xx_factor_clk, "xx,xx-factor-clk", of_xx_facotr_clk_init);
gate_clk门控时钟实现

门控就是开关,对于门控而言,我们只需要实现struct clk_ops的.enable和.disable
设备树:

#define PLL0_CLK 0
#defeine PLL0_FACTOR_PERI 0
#define PERI_MCI0 0

mmc0:mmc0@0x12345678{
		compatible = "xx,xx-mmc0";
		......
		clocks = <&peri PERI_MCI0>;
		clocks-names = "mmc0";
		......
	};

clocks{
	osc24M:osc24M{
		compatible = "fixed-clock";
		#clock-cells = <0>;
		clock-output-names = "osc24M";
		clock-frequency = <24000000>;
	};
	pll0:pll0{
		compatible = "xx, xx-fixed-clk";
		#clock-cells = <0>;
		clock-id = <PLL0_CLK>;
		clock-frequency = <1000000000>;
		clock-output-names = "pll0";
		clocks = <&osc24M>;
	};

    factor_pll0_clk:factor_pll0_clk{
		compatible = "xx,xx-pll0-factor-clk";
		#clock-cells = <1>;
		clock-id = <PLL0_FACTOR_PERI>;
		clock-output-names = "pll0_peri";
		clocks = <&pll0 PLL0_CLK>;
	};
    
	peri:peri{
		compatible = "xx,xx-gate-clk";
		#clock-cells = <1>;
		/*peri gate*/
		clock-id = <PERI_MCI0>;
		clock-output-names = "mci0_peri";
		clocks = <&factor_pll0_clk PLL0_FACTOR_PERI>;
	};
};
	

驱动:

static int xx_gate_clk_enable(struct clk_hw *hw)
{
	//寄存器操作,打开门控
	return 0;
}

static int xx_gate_clk_disable(struct clk_hw *hw)
{
	//寄存器操作,门控关
	return 0;
}

const struct clk_ops ak_gate_clk_ops = {
	.enable = xx_gate_clk_enable,
	.disable = xx_gate_clk_disable,
}

static void __init of_xx_gate_clk_init(struct device_node *np)
{
	//参考上述fixed_clk的注册,几乎相同,只不过操作函数clk_ops的实现不一样
}

CLK_OF_DECLARE(xx_gate_clk, "xx,xx-gate-clk", of_xx_gate_clk_init);

上述只是对clock驱动实现的简单举例,每个芯片厂商在clock驱动的实现上都有很大的差异。对于一般的驱动,只需要会简单的使用内核提供的时钟API接口即可。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-783937.html

到了这里,关于Linux clock子系统及驱动实例的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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