上一章學(xué)習(xí)了STM32MP1內(nèi)置RTC外設(shè)，了解了Linux系統(tǒng)下RTC驅(qū)動(dòng)框架。一般的應(yīng)用場(chǎng)合使用SOC內(nèi)置的RTC就可以了，而且成本也低，但是在一些對(duì)于時(shí)間精度要求比較高的場(chǎng)合，SOC內(nèi)置的RTC就不適用了。這個(gè)時(shí)候需要根據(jù)自己的應(yīng)用要求選擇合適的外置RTC芯片，正點(diǎn)原子STM32MP1開發(fā)板上板載了一個(gè)RTC芯片：PCF8563，這是一個(gè)IIC接口的外置RTC芯片，本章就來(lái)學(xué)習(xí)一 下如何驅(qū)動(dòng)外置RTC芯片。

PCF8563簡(jiǎn)介

PCF8563簡(jiǎn)介

PCF8563是一個(gè)CMOS RTC芯片，支持時(shí)間和日歷功能，支持可編程的時(shí)鐘輸出、中斷輸出以及低電壓檢測(cè)。PCF8563提供了兩線IIC接口來(lái)傳輸時(shí)間信息，最大傳輸速度為400Kbit/S，在讀寫寄存器的時(shí)候地址自增，PCF8563相關(guān)特性如下：

1. 提供年、月、日、星期，時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)，使用外置32.768Khz晶振。
2. 低后備電流：0.25uA，VDD=3.0V，溫度25℃。
3. IIC接口，速度最高400KHz。
4. 可編程時(shí)鐘輸出，可以供其他設(shè)備使用，可輸出的時(shí)鐘頻率有32.768kHz、1.024kHz、32Hz和1Hz。
5. 支持鬧鐘和定時(shí)功能。
6. IIC讀地址為0XA3，寫地址為0XA2，也就是IIC器件地址為：0X51。
7. 有一個(gè)開漏輸出的中斷引腳。

PCF8563框圖如下圖所示：

簡(jiǎn)單分析一下上圖中的框圖：

1. 這是PCF8563的32.768kHz晶振引腳，PCF8563必選要外接32.768kHz晶振。
2. 這是PCF8563的IIC引腳，PCF8563通過(guò)IIC接口與主控進(jìn)行通信，因此PCF8563本質(zhì)是個(gè)IIC器件。
3. 時(shí)鐘輸出引腳。
4. 中斷引腳。
5. 前面說(shuō)了，PCF8563是個(gè)IIC器件，因此內(nèi)部就有很多寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)RTC功能，比如配置芯片，讀取時(shí)間信息等。這部分就PCF8563的內(nèi)部寄存器。

PCF8563寄存器詳解

PCF8563有16個(gè)內(nèi)部寄存器，這些寄存器都是8位的。前兩個(gè)寄存器(0x00和0x01)為控
制/狀態(tài)寄存器。0X02-0X08為時(shí)間和日期寄存器，這些寄存器保存著秒、分、時(shí)、日、星期、月和年信息。0X09-0X0C為鬧鐘寄存器，保存鬧鐘信息。0X0D為時(shí)鐘輸出頻率寄存器，0X0E和0X0F這兩個(gè)寄存器時(shí)鐘控制寄存器。注意、時(shí)分秒、年月日、鬧鐘等時(shí)間信息為BCD格式。

接下來(lái)看一下這些寄存器如何使用：

控制狀態(tài)寄存器1(0X00)

寄存器結(jié)構(gòu)如下圖所示：

上圖是控制狀態(tài)寄存器 1，相應(yīng)的位含義如下：

• TEST1(bit7)：0，正常模式；1，測(cè)試模式。
• N(bit6,bit4,bit2-0)：未使用。
• STOP(bit5)：0，RTC時(shí)鐘運(yùn)行；1，RTC時(shí)鐘停止。
• TESTC(bit3)：0，正常模式，關(guān)閉POR覆寫；1，使能POR覆寫。

控制狀態(tài)寄存器2(0X01)

寄存器結(jié)構(gòu)如下圖所示：

上圖是控制狀態(tài)寄存器2，相應(yīng)的位含義如下：

• N(bit7-5)：未使用。
• TI_TP(bit4)：為0的時(shí)候INT引腳取決于TF位，為1的時(shí)候INT引腳輸出指定頻率的脈沖。
• AF(bit3)：鬧鐘標(biāo)志位，為1的話表示鬧鐘發(fā)生，寫0清除，寫1無(wú)效。
• TF(bit2)：定時(shí)器標(biāo)志位，為1的話表示定時(shí)發(fā)生，寫0清除，寫1無(wú)效。
• AIE(bit1)：鬧鐘中斷使能位0，關(guān)閉鬧鐘中斷；1，使能鬧鐘中斷。
• TIE(bit0)：定時(shí)器中斷使能位0，關(guān)閉定時(shí)器中斷；1，使能定時(shí)器中斷。

時(shí)間和日期寄存器(0X02-0X08)

接下來(lái)看一下時(shí)間和日期相關(guān)寄存器，一共7個(gè)寄存器，結(jié)構(gòu)如下圖所示：

依次來(lái)看一下上圖中的這些寄存器：

• 0X02：此寄存器為秒鐘寄存器，PCF8563是有低電壓檢測(cè)的，當(dāng)VDD電壓低于最小允許電壓的時(shí)候VL(bit)位就會(huì)置1，表示時(shí)鐘異常，如果電壓正常的話就為0。SECONDS(bit6-0)：這7位表示具體的秒數(shù)，范圍0~59，為BCD格式。
• 0X03：此寄存器為分鐘寄存器，MINUTES(bit6-0)這7位有效，表示具體的分鐘數(shù)，范圍0-59，為BCD格式。
• 0X04：此寄存器為小時(shí)寄存器，HOURS(bit5-0)這6位有效，表示具體的小時(shí)數(shù)，范圍0-23，為BCD格式。
• 0X05：此寄存器為日期寄存器，DAYS(bit5-0)這6位有效，表示具體的小時(shí)數(shù)，范圍1-31，為BCD格式。
• 0X06：此寄存器為星期寄存器，WEEKDAYS(bit2-0)這3位有效，表示具體的星期，范圍0-6，為BCD格式。0為星期日， ，1為星期一，以此類推，6就是星期六。
• 0X07：此寄存器為月份寄存器，其中C(bit7)為世紀(jì)標(biāo)志位，如果為1的話表示20xx年，為 0的話表示19xx年。MONTHS(bit4-0)這5位有效，表示具體的月份，范圍1-12，分別為1-12月，為BCD格式。
• 0X08：此寄存器為年寄存器，YEARS(bit7-0)這8位有效，表示具體的年份，范圍0-99。

鬧鐘寄存器(0X09-0X0C)

接下來(lái)看一下鬧鐘相關(guān)寄存器，一共4個(gè)寄存器，結(jié)構(gòu)如下圖所示：

依次來(lái)看一下上圖中的這些寄存器：

• 0X09：此寄存器為鬧鐘分鐘寄存器，AE_M(bit7)為分鐘鬧鐘使能位，為0的話使能分鐘鬧鐘，為1的話關(guān)閉。MINUTE_ALARM(bit6-0)這7位表示具體的鬧鐘分鐘，范圍0-59，為BCD格式。
• 0X0A：此寄存器為鬧鐘小時(shí)寄存器，含義和0X09寄存器類似。
• 0X0B：此寄存器為鬧鐘日期寄存器，含義和0X09寄存器類似。
• 0X0C：此寄存器為鬧鐘星期寄存器，含義和0X09寄存器類似。

另外還有時(shí)鐘輸出寄存(0X0D)以及定時(shí)器寄存器(0X0E和0X0F)，這里不用PFC8563的時(shí)鐘輸出和定時(shí)器功能，就不講解了。

總體來(lái)說(shuō)，PCF8563還是很簡(jiǎn)單的，這是一個(gè)IIC接口的RTC芯片，因此在Linux系統(tǒng)下
就涉及到兩類驅(qū)動(dòng)：

1. IIC驅(qū)動(dòng)，需要IIC驅(qū)動(dòng)框架來(lái)讀寫PCF8563芯片。
2. RTC驅(qū)動(dòng)，因?yàn)檫@是一個(gè)RTC芯片，因此要用到RTC驅(qū)動(dòng)框架。

如果要用到中斷功能的話，還需要用到Linux系統(tǒng)中的中斷子系統(tǒng)，這些前面都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)講解。所以PCF8563的Linux驅(qū)動(dòng)并不復(fù)雜，而且重點(diǎn)是Linux系統(tǒng)默認(rèn)就已經(jīng)集了PCF8563驅(qū)動(dòng)，使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，直接修改設(shè)備樹，添加PCF8563節(jié)點(diǎn)信息，然后使能內(nèi)核的PCF8563驅(qū)動(dòng)即可。

硬件原理圖分析

PCF8563原理圖如下圖所示：

從上圖可以看出，PCF8563連接到了STM32MP157的I2C4接口上，引腳為PZ5、 PZ4。另外， PCF8563的INT引腳連接到了STM32MP157的PI3引腳上。

實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)編寫

修改設(shè)備樹

添加/查找PCF8563使用IO的pinmux配置

PCF8563的IIC接口連接到了STM32MP157的I2C4上，對(duì)應(yīng)的引腳為PZ4和PZ5。另外還有一個(gè)中斷引腳PI3，首先需要在設(shè)備樹中添加這3個(gè)引腳對(duì)應(yīng)的配置信息。

首先添加PZ4和PZ5，打開stm32mp15-pincrtl.dtsi文件，查找一下有沒(méi)有I2C4的引腳配置信息，默認(rèn)是有的，內(nèi)容如下：

示例代碼44.3.1.1 i2c4引腳節(jié)點(diǎn)
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 };

從第3、4行可以看出，I2C4默認(rèn)引腳就是PZ4和PZ5，和本實(shí)驗(yàn)一樣，所以I2C4的引腳不需要修改，直接使用i2c4_pins_a即可。接下來(lái)還需要定義中斷引腳PI3的引腳信息，前面講過(guò)了，如果一個(gè)引腳作為GPIO功能的話可以不用添加此引腳pinctrl信息。

在I2C4節(jié)點(diǎn)下添加pinmux并追加pcf8563子節(jié)點(diǎn)

前面說(shuō)了Linux內(nèi)核內(nèi)部已經(jīng)集成了PCF8563驅(qū)動(dòng)，所以肯定有文檔描述如何使用這個(gè)驅(qū)動(dòng)。打開Documentation/devicetree/bindings/rtc/pcf8563.txt，此文檔描述了如何使用Linux內(nèi)核自帶的pcf8563驅(qū)動(dòng)，也給出了參考設(shè)備節(jié)點(diǎn)，參考此文檔即可。

在stm32mp157d-atk.dts文件，追加I2C4節(jié)點(diǎn)，追加如下所示內(nèi)容：

示例代碼 44. 3.1.3 追加 pcf 8563 節(jié)點(diǎn)
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      pcf8563@51{ 
8          compatible = "nxp,pcf8563"; 
9          irq_gpio = <&gpioi 3 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>; 
10          reg = <0x51>; 
11     }; 
12 };

第2-4行，設(shè)置IO要使用的pinmux配置。

第7-10行，pcf8563設(shè)備子節(jié)點(diǎn)，第8行設(shè)置compatible為“nxp,pcf8563”，這個(gè)是必須的，否則無(wú)法匹配Linux內(nèi)核自帶的pcf8563驅(qū)動(dòng)。從第9行設(shè)置pcf8563中斷引腳為PI3，下降沿觸發(fā)。pcf8563的I2C地址為0X51，因此reg為0X51。

PCF8563驅(qū)動(dòng)使能

上一個(gè)實(shí)驗(yàn)使能了STM32MP157內(nèi)部RTC，為了防止干擾，所以要先關(guān)閉內(nèi)部RTC！配置路徑為：

如下圖所示：

使能Linux內(nèi)核自帶的PCF8563驅(qū)動(dòng)

接下來(lái)需要使能Linux內(nèi)核自帶的PCF8563驅(qū)動(dòng)，配置路徑如下：

如下圖所示：

配置完成后重新編譯內(nèi)核和設(shè)備樹，得到新的uImage以及stm32mp157d-atk.dtb。

運(yùn)行測(cè)試

使用上面編譯得到的內(nèi)核和設(shè)備樹啟動(dòng)開發(fā)板。當(dāng)系統(tǒng)第一次啟動(dòng)，沒(méi)有設(shè)置PCF8563時(shí)間的時(shí)候，啟動(dòng)過(guò)程會(huì)提示如下圖所示信息：

從上圖可以看出，系統(tǒng)已經(jīng)識(shí)別出了PCF8563，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)沒(méi)問(wèn)題。但是，這里提示檢測(cè)到低電壓，日期和時(shí)間無(wú)效。這是因?yàn)闆](méi)有設(shè)置時(shí)間，等系統(tǒng)啟動(dòng)成功，然后參考上一篇筆記內(nèi)部RTC的設(shè)置方法設(shè)置RTC時(shí)間，比如這里設(shè)置時(shí)間為2021年5月21號(hào)，下午15:52:00，輸入如下命令：

時(shí)間設(shè)置好以后重啟系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)log信息如下圖所示：

從上圖可以看出，此時(shí)PCF8563再?zèng)]有提示電壓低的錯(cuò)誤，而且正確的讀出了時(shí)間信
息，整個(gè)開發(fā)板掉電以后PCF8563也會(huì)繼續(xù)計(jì)時(shí)，因?yàn)橛幸粋€(gè)紐扣電池供電。

PCF8563驅(qū)動(dòng)分析

上一小節(jié)已經(jīng)測(cè)試了PCF8563，本小節(jié)來(lái)簡(jiǎn)單看一下PCF8563驅(qū)動(dòng)源碼，根據(jù)示例代碼44.3.1.3中的第8行的compatible屬性值可以找到對(duì)應(yīng)到驅(qū)動(dòng)文件，在Linux源碼中搜索字符串“nxp,pcf8563”即可找到對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)文件，驅(qū)動(dòng)文件為drivers/rtc/rtc-pcf8563.c。

PCF8563是個(gè)I2C器件，因此基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)框架是I2C，在rtc-pcf8563.c文件中找到如下所示內(nèi)容：

上述示例代碼就是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C驅(qū)動(dòng)框架，第9-14行的pcf8563_of_match結(jié)構(gòu)體數(shù)組就是設(shè)備樹匹配數(shù)組，第10行的compatible屬性為“nxp,pcf8563”，和設(shè)備樹相匹配。匹配以后第23行的pcf8563_probe函數(shù)就會(huì)執(zhí)行。

接下來(lái)看一下pcf8563_probe函數(shù)，函數(shù)源碼如下(有縮略)：

示例代碼44.5.2 pcf8563_probe 函數(shù) 
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，申請(qǐng)內(nèi)存內(nèi)存，rtc-pcf8563.c定義了一個(gè)pcf8563結(jié)構(gòu)體來(lái)描述PCF8563芯片，所以這里就是申請(qǐng)一個(gè)pcf8563實(shí)例。

第23-36行，初始化PCF8563。

第38行，pcf8563結(jié)構(gòu)體里面有個(gè)rtc成員變量，此成員變量是個(gè)rtc_device結(jié)構(gòu)體指針。
這個(gè)就是上一章講解的RTC驅(qū)動(dòng)框架最核心的rtc_device。這里需要對(duì)這個(gè)rtc指針?lè)峙鋬?nèi)存。

第42行，設(shè)置rtc_device的ops成員變量為pcf8563_rtc_ops，pcf8563_rtc_ops包含了PCF8563的具體操作，包括設(shè)置時(shí)間、讀取時(shí)間、設(shè)置鬧鐘等。

第44-47行，繼續(xù)初始化rtc的其他成員變量。

第49-59行，中斷初始化，PCF8563有個(gè)中斷引腳INT，因此可以使用中斷功能。這里使用devm_request_threaded_irq函數(shù)完成中斷申請(qǐng)已經(jīng)初始化，中斷函數(shù)為pcf8563_irq。

第61行，調(diào)用rtc_register_device函數(shù)向系統(tǒng)注冊(cè)rtc_device，也就是pcf8563。

總結(jié) 一下，pcf8563_probe函數(shù)的核心就是初始化PCF8563，然后使用上一章講的RTC驅(qū)動(dòng)框架來(lái)設(shè)置PCF8563，然后向內(nèi)核注冊(cè)。

接下來(lái)看一下PCF8563的核心：pcf8563_rtc_ops，內(nèi)容如下：

pcf8563_rtc_ops提供了PCF8563的時(shí)間以及鬧鐘讀寫操作函數(shù)，應(yīng)用程序?qū)CF8563的所有操作最終都是通過(guò)這些函數(shù)來(lái)完成的。以讀時(shí)間為例，當(dāng)應(yīng)用程序讀取PCF8563當(dāng)前時(shí)間的時(shí)候，.read_time就會(huì)執(zhí)行，在這里就是pcf8563_rtc_read_time，函數(shù)源碼如下(有省略)：

第8行，使用pcf8563_read_block_data函數(shù)從PCF8563_REG_ST1寄存器(地址為0X00)開始，連續(xù)讀取9個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)。這樣就可以得到PCF8563的控制與狀態(tài)寄存器1和2，以及事件與日期寄存器的值。

第12行，判斷PCF8563的0X02寄存器VL位是否為1，也就是檢查PCF8563是否處于低電壓模式，事件和日期是否有效。

第28-34行，依次獲取PCF8563中的時(shí)間和日期值，這里使用bcd2bin函數(shù)將原始的BCD值轉(zhuǎn)換為時(shí)間值。將獲取到的時(shí)間和日期打包到參數(shù)tm中，tm是個(gè)rtc_time結(jié)構(gòu)體指針變量。

第36行，判斷0X07寄存器的C位(bit7)的值，此位為1的話表示20xx年，為0的話就是19xx年。

可以看出pcf8563_rtc_read_time函數(shù)很簡(jiǎn)單，就是讀取PCF8563內(nèi)部的時(shí)間和日期值，然后將其打包進(jìn)rtc_time里面。其他的函數(shù)大同小異，可以自行分析一下。

至此，PCF8563驅(qū)動(dòng)就簡(jiǎn)單分析完成了，其他IIC接口的RTC芯片驅(qū)動(dòng)基本都是類似的，可以在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中選擇合適的RTC芯片。

總結(jié)

這里的驅(qū)動(dòng)PCF8563還是比較簡(jiǎn)單的，因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核是已經(jīng)寫好了相關(guān)驅(qū)動(dòng)的，只要自己在Linux內(nèi)核配置開啟，然后在設(shè)備樹中添加相應(yīng)的對(duì)應(yīng)的i2c節(jié)點(diǎn)以及GPIO對(duì)應(yīng)的子節(jié)點(diǎn)就可以使用了。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-735237.html

到了這里，關(guān)于正點(diǎn)原子嵌入式linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)——外置RTC芯片PCF8563的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！