混沌鸿蒙网站建设,公司网站建设维护及使用管理办法,wordpress4.7.2卡,电子产品外包加工项目上一章学习了STM32MP1内置RTC外设#xff0c;了解了Linux系统下RTC驱动框架。一般的应用场合使用SOC内置的RTC就可以了#xff0c;而且成本也低#xff0c;但是在一些对于时间精度要求比较高的场合#xff0c;SOC内置的RTC就不适用了。这个时候需要根据自己的应用要求选择合…上一章学习了STM32MP1内置RTC外设了解了Linux系统下RTC驱动框架。一般的应用场合使用SOC内置的RTC就可以了而且成本也低但是在一些对于时间精度要求比较高的场合SOC内置的RTC就不适用了。这个时候需要根据自己的应用要求选择合适的外置RTC芯片正点原子STM32MP1开发板上板载了一个RTC芯片PCF8563这是一个IIC接口的外置RTC芯片本章就来学习一 下如何驱动外置RTC芯片。 PCF8563简介 PCF8563简介 PCF8563是一个CMOS RTC芯片支持时间和日历功能支持可编程的时钟输出、中断输出以及低电压检测。PCF8563提供了两线IIC接口来传输时间信息最大传输速度为400Kbit/S在读写寄存器的时候地址自增PCF8563相关特性如下 提供年、月、日、星期时、分、秒计时使用外置32.768Khz晶振。低后备电流0.25uAVDD3.0V温度25℃。IIC接口速度最高400KHz。可编程时钟输出可以供其他设备使用可输出的时钟频率有32.768kHz、1.024kHz、32Hz和1Hz。支持闹钟和定时功能。IIC读地址为0XA3写地址为0XA2也就是IIC器件地址为0X51。有一个开漏输出的中断引脚。 PCF8563框图如下图所示 简单分析一下上图中的框图 这是PCF8563的32.768kHz晶振引脚PCF8563必选要外接32.768kHz晶振。这是PCF8563的IIC引脚PCF8563通过IIC接口与主控进行通信因此PCF8563本质是个IIC器件。时钟输出引脚。中断引脚。前面说了PCF8563是个IIC器件因此内部就有很多寄存器来实现RTC功能比如配置芯片读取时间信息等。这部分就PCF8563的内部寄存器。 PCF8563寄存器详解 PCF8563有16个内部寄存器这些寄存器都是8位的。前两个寄存器(0x00和0x01)为控 制/状态寄存器。0X02-0X08为时间和日期寄存器这些寄存器保存着秒、分、时、日、星期、月和年信息。0X09-0X0C为闹钟寄存器保存闹钟信息。0X0D为时钟输出频率寄存器0X0E和0X0F这两个寄存器时钟控制寄存器。注意、时分秒、年月日、闹钟等时间信息为BCD格式。 接下来看一下这些寄存器如何使用 控制状态寄存器1(0X00) 寄存器结构如下图所示 上图是控制状态寄存器 1相应的位含义如下 TEST1(bit7)0正常模式1测试模式。N(bit6,bit4,bit2-0)未使用。STOP(bit5)0RTC时钟运行1RTC时钟停止。TESTC(bit3)0正常模式关闭POR覆写1使能POR覆写。 控制状态寄存器2(0X01) 寄存器结构如下图所示 上图是控制状态寄存器2相应的位含义如下 N(bit7-5)未使用。TI_TP(bit4)为0的时候INT引脚取决于TF位为1的时候INT引脚输出指定频率的脉冲。AF(bit3)闹钟标志位为1的话表示闹钟发生写0清除写1无效。TF(bit2)定时器标志位为1的话表示定时发生写0清除写1无效。AIE(bit1)闹钟中断使能位0关闭闹钟中断1使能闹钟中断。TIE(bit0)定时器中断使能位0关闭定时器中断1使能定时器中断。 时间和日期寄存器(0X02-0X08) 接下来看一下时间和日期相关寄存器一共7个寄存器结构如下图所示 依次来看一下上图中的这些寄存器 0X02此寄存器为秒钟寄存器PCF8563是有低电压检测的当VDD电压低于最小允许电压的时候VL(bit)位就会置1表示时钟异常如果电压正常的话就为0。SECONDS(bit6-0)这7位表示具体的秒数范围0~59为BCD格式。0X03此寄存器为分钟寄存器MINUTES(bit6-0)这7位有效表示具体的分钟数范围0-59为BCD格式。0X04此寄存器为小时寄存器HOURS(bit5-0)这6位有效表示具体的小时数范围0-23为BCD格式。0X05此寄存器为日期寄存器DAYS(bit5-0)这6位有效表示具体的小时数范围1-31为BCD格式。0X06此寄存器为星期寄存器WEEKDAYS(bit2-0)这3位有效表示具体的星期范围0-6为BCD格式。0为星期日 1为星期一以此类推6就是星期六。0X07此寄存器为月份寄存器其中C(bit7)为世纪标志位如果为1的话表示20xx年为 0的话表示19xx年。MONTHS(bit4-0)这5位有效表示具体的月份范围1-12分别为1-12月为BCD格式。0X08此寄存器为年寄存器YEARS(bit7-0)这8位有效表示具体的年份范围0-99。 闹钟寄存器(0X09-0X0C) 接下来看一下闹钟相关寄存器一共4个寄存器结构如下图所示 依次来看一下上图中的这些寄存器 0X09此寄存器为闹钟分钟寄存器AE_M(bit7)为分钟闹钟使能位为0的话使能分钟闹钟为1的话关闭。MINUTE_ALARM(bit6-0)这7位表示具体的闹钟分钟范围0-59为BCD格式。0X0A此寄存器为闹钟小时寄存器含义和0X09寄存器类似。0X0B此寄存器为闹钟日期寄存器含义和0X09寄存器类似。0X0C此寄存器为闹钟星期寄存器含义和0X09寄存器类似。 另外还有时钟输出寄存(0X0D)以及定时器寄存器(0X0E和0X0F)这里不用PFC8563的时钟输出和定时器功能就不讲解了。 总体来说PCF8563还是很简单的这是一个IIC接口的RTC芯片因此在Linux系统下 就涉及到两类驱动 IIC驱动需要IIC驱动框架来读写PCF8563芯片。RTC驱动因为这是一个RTC芯片因此要用到RTC驱动框架。 如果要用到中断功能的话还需要用到Linux系统中的中断子系统这些前面都有相应的实验讲解。所以PCF8563的Linux驱动并不复杂而且重点是Linux系统默认就已经集了PCF8563驱动使用起来非常简单直接修改设备树添加PCF8563节点信息然后使能内核的PCF8563驱动即可。 硬件原理图分析 PCF8563原理图如下图所示 从上图可以看出PCF8563连接到了STM32MP157的I2C4接口上引脚为PZ5、 PZ4。另外 PCF8563的INT引脚连接到了STM32MP157的PI3引脚上。 实验驱动编写 修改设备树 添加/查找PCF8563使用IO的pinmux配置 PCF8563的IIC接口连接到了STM32MP157的I2C4上对应的引脚为PZ4和PZ5。另外还有一个中断引脚PI3首先需要在设备树中添加这3个引脚对应的配置信息。 首先添加PZ4和PZ5打开stm32mp15-pincrtl.dtsi文件查找一下有没有I2C4的引脚配置信息默认是有的内容如下 示例代码44.3.1.1 i2c4引脚节点 1 i2c4_pins_a: i2c4-0 { 2 pins { 3 pinmux STM32_PINMUX(Z, 4, AF6), /* I2C4_SCL */ 4 STM32_PINMUX(Z, 5, AF6); /* I2C4_SDA */ 5 bias-disable; 6 drive-open-drain; 7 slew-rate 0; 8 }; 9 }; 10 11 i2c4_pins_sleep_a: i2c4-1 { 12 pins { 13 pinmux STM32_PINMUX(Z, 4, ANALOG), /* I2C4_SCL */ 14 STM32_PINMUX(Z, 5, ANALOG); /* I2C4_SDA */ 15 }; 16 };从第3、4行可以看出I2C4默认引脚就是PZ4和PZ5和本实验一样所以I2C4的引脚不需要修改直接使用i2c4_pins_a即可。接下来还需要定义中断引脚PI3的引脚信息前面讲过了如果一个引脚作为GPIO功能的话可以不用添加此引脚pinctrl信息。 在I2C4节点下添加pinmux并追加pcf8563子节点 前面说了Linux内核内部已经集成了PCF8563驱动所以肯定有文档描述如何使用这个驱动。打开Documentation/devicetree/bindings/rtc/pcf8563.txt此文档描述了如何使用Linux内核自带的pcf8563驱动也给出了参考设备节点参考此文档即可。 在stm32mp157d-atk.dts文件追加I2C4节点追加如下所示内容 示例代码 44. 3.1.3 追加 pcf 8563 节点 1 i2c4 { 2 pinctrl-names default, sleep; 3 pinctrl-0 i2c4_pins_a; 4 pinctrl-1 i2c4_pins_sleep_a; 5 status okay; 6 7 pcf856351{ 8 compatible nxp,pcf8563; 9 irq_gpio gpioi 3 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING; 10 reg 0x51; 11 }; 12 };第2-4行设置IO要使用的pinmux配置。 第7-10行pcf8563设备子节点第8行设置compatible为“nxp,pcf8563”这个是必须的否则无法匹配Linux内核自带的pcf8563驱动。从第9行设置pcf8563中断引脚为PI3下降沿触发。pcf8563的I2C地址为0X51因此reg为0X51。 PCF8563驱动使能 上一个实验使能了STM32MP157内部RTC为了防止干扰所以要先关闭内部RTC配置路径为 - Device Drivers - Real Time Clock - STM32 RTC //取消选中 如下图所示 使能Linux内核自带的PCF8563驱动 接下来需要使能Linux内核自带的PCF8563驱动配置路径如下 - Device Drivers - Real Time Clock - * Philips PCF8563/Epson RTC8564 //选中 PCF8563 如下图所示 配置完成后重新编译内核和设备树得到新的uImage以及stm32mp157d-atk.dtb。 运行测试 使用上面编译得到的内核和设备树启动开发板。当系统第一次启动没有设置PCF8563时间的时候启动过程会提示如下图所示信息 从上图可以看出系统已经识别出了PCF8563说明驱动没问题。但是这里提示检测到低电压日期和时间无效。这是因为没有设置时间等系统启动成功然后参考上一篇笔记内部RTC的设置方法设置RTC时间比如这里设置时间为2021年5月21号下午15:52:00输入如下命令 date -s 2021-05-21 15:52:00 //设置时间 hwclock -w //保存 时间设置好以后重启系统此时系统log信息如下图所示 从上图可以看出此时PCF8563再没有提示电压低的错误而且正确的读出了时间信 息整个开发板掉电以后PCF8563也会继续计时因为有一个纽扣电池供电。 PCF8563驱动分析 上一小节已经测试了PCF8563本小节来简单看一下PCF8563驱动源码根据示例代码44.3.1.3中的第8行的compatible属性值可以找到对应到驱动文件在Linux源码中搜索字符串“nxp,pcf8563”即可找到对应的驱动文件驱动文件为drivers/rtc/rtc-pcf8563.c。 PCF8563是个I2C器件因此基础驱动框架是I2C在rtc-pcf8563.c文件中找到如下所示内容 上述示例代码就是个标准的I2C驱动框架第9-14行的pcf8563_of_match结构体数组就是设备树匹配数组第10行的compatible属性为“nxp,pcf8563”和设备树相匹配。匹配以后第23行的pcf8563_probe函数就会执行。 接下来看一下pcf8563_probe函数函数源码如下(有缩略) 示例代码44.5.2 pcf8563_probe 函数 1 static int pcf8563_probe(struct i2c_client *client, 2 const struct i2c_device_id *id) 3 { 4 struct pcf8563 *pcf8563; 5 int err; 6 unsigned char buf; ...... 13 pcf8563 devm_kzalloc(client-dev, sizeof(struct pcf8563), 14 GFP_KERNEL); 15 if (!pcf8563) 16 return -ENOMEM; 17 18 i2c_set_clientdata(client, pcf8563); 19 pcf8563-client client; 20 device_set_wakeup_capable(client-dev, 1); 21 22 /* Set timer to lowest frequency to save power */ 23 buf PCF8563_TMRC_1_60; 24 err pcf8563_write_block_data(client, PCF8563_REG_TMRC, 1, buf); 25 if (err 0) { 26 dev_err(client-dev, %s: write error\n, __func__); 27 return err; 28 } 29 30 /* Clear flags and disable interrupts */ 31 buf 0; 32 err pcf8563_write_block_data(client, PCF8563_REG_ST2, 1, buf); 33 if (err 0) { 34 dev_err(client-dev, %s: write error\n, __func__); 35 return err; 36 } 37 38 pcf8563-rtc devm_rtc_allocate_device(client-dev); 39 if (IS_ERR(pcf8563-rtc)) 40 return PTR_ERR(pcf8563-rtc); 41 42 pcf8563-rtc-ops pcf8563_rtc_ops; 43 /* the pcf8563 alarm only supports a minute accuracy */ 44 pcf8563-rtc-uie_unsupported 1; 45 pcf8563-rtc-range_min RTC_TIMESTAMP_BEGIN_2000; 46 pcf8563-rtc-range_max RTC_TIMESTAMP_END_2099; 47 pcf8563-rtc-set_start_time true; 48 49 if (client-irq 0) { 50 err devm_request_threaded_irq(client-dev, client-irq, 51 NULL, pcf8563_irq, 52 IRQF_SHARED | IRQF_ONESHOT | IRQF_TRIGGER_LOW, 53 pcf8563_driver.driver.name, client); 54 if (err) { 55 dev_err(client-dev, unable to request IRQ %d\n, 56 client-irq); 57 return err; 58 } 59 } 60 61 err rtc_register_device(pcf8563-rtc); 62 if (err) 63 return err; ...... 70 return 0; 71 }第13行申请内存内存rtc-pcf8563.c定义了一个pcf8563结构体来描述PCF8563芯片所以这里就是申请一个pcf8563实例。 第23-36行初始化PCF8563。 第38行pcf8563结构体里面有个rtc成员变量此成员变量是个rtc_device结构体指针。 这个就是上一章讲解的RTC驱动框架最核心的rtc_device。这里需要对这个rtc指针分配内存。 第42行设置rtc_device的ops成员变量为pcf8563_rtc_opspcf8563_rtc_ops包含了PCF8563的具体操作包括设置时间、读取时间、设置闹钟等。 第44-47行继续初始化rtc的其他成员变量。 第49-59行中断初始化PCF8563有个中断引脚INT因此可以使用中断功能。这里使用devm_request_threaded_irq函数完成中断申请已经初始化中断函数为pcf8563_irq。 第61行调用rtc_register_device函数向系统注册rtc_device也就是pcf8563。 总结 一下pcf8563_probe函数的核心就是初始化PCF8563然后使用上一章讲的RTC驱动框架来设置PCF8563然后向内核注册。 接下来看一下PCF8563的核心pcf8563_rtc_ops内容如下 pcf8563_rtc_ops提供了PCF8563的时间以及闹钟读写操作函数应用程序对PCF8563的所有操作最终都是通过这些函数来完成的。以读时间为例当应用程序读取PCF8563当前时间的时候.read_time就会执行在这里就是pcf8563_rtc_read_time函数源码如下(有省略) 第8行使用pcf8563_read_block_data函数从PCF8563_REG_ST1寄存器(地址为0X00)开始连续读取9个寄存器的数据。这样就可以得到PCF8563的控制与状态寄存器1和2以及事件与日期寄存器的值。 第12行判断PCF8563的0X02寄存器VL位是否为1也就是检查PCF8563是否处于低电压模式事件和日期是否有效。 第28-34行依次获取PCF8563中的时间和日期值这里使用bcd2bin函数将原始的BCD值转换为时间值。将获取到的时间和日期打包到参数tm中tm是个rtc_time结构体指针变量。 第36行判断0X07寄存器的C位(bit7)的值此位为1的话表示20xx年为0的话就是19xx年。 可以看出pcf8563_rtc_read_time函数很简单就是读取PCF8563内部的时间和日期值然后将其打包进rtc_time里面。其他的函数大同小异可以自行分析一下。 至此PCF8563驱动就简单分析完成了其他IIC接口的RTC芯片驱动基本都是类似的可以在实际项目开发中选择合适的RTC芯片。 总结 这里的驱动PCF8563还是比较简单的因为Linux内核是已经写好了相关驱动的只要自己在Linux内核配置开启然后在设备树中添加相应的对应的i2c节点以及GPIO对应的子节点就可以使用了。