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分类: 嵌入式

2019-04-28 21:22:47

1. 前言

common clock framework是用来管理系统clock资源的子系统,根据职能,可分为三个部分:

1)向其它driver提供操作clocks的通用API。

2)实现clock控制的通用逻辑,这部分和硬件无关。

3)将和硬件相关的clock控制逻辑封装成操作函数集,交由底层的platform开发者实现,由通用逻辑调用。

因此,蜗蜗会将clock framework的分析文章分为3篇:

第一篇为概述和通用API的使用说明,面向的读者是使用clock的driver开发者,目的是掌握怎么使用clock framework(就是本文);

第二篇为底层操作函数集的解析和使用说明,面向的读者是platform clock driver的开发者,目的是掌握怎么借助clock framework管理系统的时钟资源;

第三篇为clock framework的内部逻辑解析,面向的读者是linux kernel爱好者,目的是理解怎么实现clock framework。

注1:任何framework的职能分类都是如此,因此都可以按照这个模式分析。

2. 概述

如今,可运行Linux的主流处理器平台,都有非常复杂的clock tree,我们随便拿一个处理器的spec,查看clock相关的章节,一定会有一个非常庞大和复杂的树状图,这个图由clock相关的器件,以及这些器件输出的clock组成。下图是一个示例:

clock

clock相关的器件包括:用于产生clock的Oscillator(有源振荡器,也称作谐振荡器)或者Crystal(无源振荡器,也称晶振);用于倍频的PLL(锁相环,Phase Locked Loop);用于分频的divider;用于多路选择的Mux;用于clock enable控制的与门;使用clock的硬件模块(可称作consumer);等等。

common clock framework的管理对象,就是上图蓝色字体描述的clock(在软件中用struct clk抽象,以后就简称clk),主要内容包括(不需要所有clk都支持):

1)enable/disable clk。

2)设置clk的频率。

3)选择clk的parent,例如hw3_clk可以选择osc_clk、pll2_clk或者pll3_clk作为输入源。

3. common clock framework提供的通用API

管理clock的最终目的,是让device driver可以方便的使用,这些是通过include/linux/clk.h中的通用API实现的,如下:

1)struct clk结构

一个系统的clock tree是固定的,因此clock的数目和用途也是固定的。假设上面图片所描述的是一个系统,它的clock包括osc_clk、pll1_clk、pll2_clk、pll3_clk、hw1_clk、hw2_clk和hw3_clk。我们完全可以通过名字,抽象这7个clock,进行开/关、rate调整等操作。但这样做有一个缺点:不能很好的处理clock之间的级联关系,如hw2_clk和hw3_clk都关闭后,pll2_clk才能关闭。因此就引入struct clk结构,以链表的形式维护这种关系。

同样的道理,系统的struct clk,也是固定的,由clock driver在系统启动时初始化完毕,需要访问某个clock时,只要获取它对应的struct clk结构即可。怎么获取呢?可以通过名字索引啊!很长一段时间内,kernel及driver就是使用这种方式管理和使用clock的。

最后,设备(由struct device表示)对应的clock(由struct clk表示)也是固定的啊,可不可以找到设备就能找到clock?可以,不过需要借助device tree。

注2:对使用者(device driver)来说,struct clk只是访问clock的一个句柄,不用关心它内部的具体形态。

2)clock获取有关的API

device driver在操作设备的clock之前,需要先获取和该clock关联的struct clk指针,获取的接口如下:

 1: struct clk *clk_get(struct device *dev, const char *id);
 2: struct clk *devm_clk_get(struct device *dev, const char *id);
 3: void clk_put(struct clk *clk);
 4: void devm_clk_put(struct device *dev, struct clk *clk);
 5: struct clk *clk_get_sys(const char *dev_id, const char *con_id);
 6:  
 7: struct clk *of_clk_get(struct device_node *np, int index);
 8: struct clk *of_clk_get_by_name(struct device_node *np, const char *name);
 9: struct clk *of_clk_get_from_provider(struct of_phandle_args *clkspec);

a)clk_get,以device指针或者id字符串(可以看作name)为参数,查找clock。

        a1)dev和id的任意一个可以为空。如果id为空,则必须有device tree的支持才能获得device对应的clk; 
        a2)根据具体的平台实现,id可以是一个简单的名称,也可以 是一个预先定义的、唯一的标识(一般在平台提供的头文件中定义,如mach/clk.h); 
        a3)不可以在中断上下文调用。

b)devm_clk_get,和clk_get一样,只是使用了device resource management,可以自动释放。

c)clk_put、devm_clk_put,get的反向操作,一般和对应的get API成对调用。

d)clk_get_sys,类似clk_get,不过使用device的name替代device结构。

e)of_clk_get、of_clk_get_by_name、of_clk_get_from_provider,device tree相关的接口,直接从相应的DTS node中,以index、name等为索引,获取clk,后面会详细说明。

3)clock控制有关的API

 1: int clk_prepare(struct clk *clk)
 2: void clk_unprepare(struct clk *clk)
 3: 
 4: static inline int clk_enable(struct clk *clk)
 5: static inline void clk_disable(struct clk *clk)
 6: 
 7: static inline unsigned long clk_get_rate(struct clk *clk)
 8: static inline int clk_set_rate(struct clk *clk, unsigned long rate)
 9: static inline long clk_round_rate(struct clk *clk, unsigned long rate)
 10: 
 11: static inline int clk_set_parent(struct clk *clk, struct clk *parent)
 12: static inline struct clk *clk_get_parent(struct clk *clk)
 13: 
 14: static inline int clk_prepare_enable(struct clk *clk)
 15: static inline void clk_disable_unprepare(struct clk *clk)

a)clk_enable/clk_disable,启动/停止clock。不会睡眠。

b)clk_prepare/clk_unprepare,启动clock前的准备工作/停止clock后的善后工作。可能会睡眠。

c)clk_get_rate/clk_set_rate/clk_round_rate,clock频率的获取和设置,其中clk_set_rate可能会不成功(例如没有对应的分频比),此时会返回错误。如果要确保设置成功,则需要先调用clk_round_rate接口,得到和需要设置的rate比较接近的那个值。

d)获取/选择clock的parent clock。

e)clk_prepare_enable,将clk_prepare和clk_enable组合起来,一起调用。clk_disable_unprepare,将clk_disable和clk_unprepare组合起来,一起调用。

注2:prepare/unprepare,enable/disable的说明。

这两套API的本质,是把clock的启动/停止分为atomic和non-atomic两个阶段,以方便实现和调用。因此上面所说的“不会睡眠/可能会睡眠”,有两个角度的含义:一是告诉底层的clock driver,请把可能引起睡眠的操作,放到prepare/unprepare中实现,一定不能放到enable/disable中;二是提醒上层使用clock的driver,调用prepare/unprepare接口时可能会睡眠哦,千万不能在atomic上下文(例如中断处理中)调用哦,而调用enable/disable接口则可放心。

另外,clock的开关为什么需要睡眠呢?这里举个例子,例如enable PLL clk,在启动PLL后,需要等待它稳定。而PLL的稳定时间是很长的,这段时间要把CPU交出(进程睡眠),不然就会浪费CPU。

最后,为什么会有合在一起的clk_prepare_enable/clk_disable_unprepare接口呢?如果调用者能确保是在non-atomic上下文中调用,就可以顺序调用prepare/enable、disable/unprepared,为了简单,framework就帮忙封装了这两个接口。

4)其它接口

 1: int clk_notifier_register(struct clk *clk, struct notifier_block *nb);
 2: int clk_notifier_unregister(struct clk *clk, struct notifier_block *nb);

这两个notify接口,用于注册/注销 clock rate改变的通知。例如某个driver关心某个clock,期望这个clock的rate改变时,通知到自己,就可以注册一个notify。后面会举个例子详细说明。

 1: int clk_add_alias(const char *alias, const char *alias_dev_name, char *id,
 2: struct device *dev);

这是一个非主流接口,用于给某个clk起个别名。无论出于何种原因,尽量不要它,保持代码的简洁,是最高原则!

4. 通用API的使用说明

结合一个例子(摘录自“Documentation/devicetree/bindings/clock/clock-bindings.txt”),说明driver怎么使用clock通用API。

1)首先,在DTS(device tree source)中,指定device需要使用的clock,如下:

 1: /* DTS */
 2: device {
 3: clocks = <&osc 1>, <&ref 0>;
 4: clock-names = "baud", "register";
 5: };

该DTS的含义是:

device需要使用两个clock,“baud”和“regitser”,由clock-names关键字指定;

baud取自“osc”的输出1,register取自“ref”的输出0,由clocks关键字指定。

那么问题来了,clocks关键字中,<&osc 1>样式的字段是怎么来的?是由clock的provider,也就是底层clock driver规定的(具体会在下一篇文章讲述)。所以使用clock时,一定要找clock driver拿相关的信息(一般会放在“Documentation/devicetree/bindings/clock/”目录下)。

2)系统启动后,device tree会解析clock有关的关键字,并将解析后的信息放在platform_device相关的字段中。

3)具体的driver可以在probe时,以clock的名称(不提供也行)为参数,调用clk get接口,获取clock的句柄,然后利用该句柄,可直接进行enable、set rate等操作,如下:

 1: /* driver */
 2: int xxx_probe(struct platform_device *pdev)
 3: {
 4: struct clk *baud_clk;
 5: int ret; 
 6:  
 7: baud_clk = devm_clk_get(&pdev->dev, “baud”);
 8: if (IS_ERR(clk)) {
 9:
 10: } 
 11:  
 12: ret = clk_prepare_enable(baud_clk);
 13: if (ret) {
 14:
 15: } 
 16: }

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