【正点原子Linux连载】第三十一章 外置RTC芯片AT8563T实验 摘自【正点原子】ATK-DLRK3568嵌入式Linux驱动开发指南_8563t芯片功能

1）实验平台：正点原子ATK-DLRK3568开发板
2）平台购买地址：https://detail.tmall.com/item.htm?id=731866264428
3）全套实验源码+手册+视频下载地址： http://www.openedv.com/docs/boards/xiaoxitongban

第三十一章 外置RTC芯片AT8563T实验

上一章我们学习了ATK-DLRK3568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。我们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ATK-DLRK3568开发板上板载了一个RTC芯片：AT8563T，这是一个IIC接口的外置RTC芯片，本章我们就来学习一下如何驱动外置RTC芯片。

31.1 AT8563芯片
31.1.1 AT8563简介
AT8563是一个CMOS实时时钟/日历芯片，针对低功耗进行了优化。计时计数器由世纪、年、月、日、日、时、分、秒位组成。系统可以设置或读取AT8563中存放的时间，从而对数据进行相应的处理。可以通过I2C总线接口与系统之前串行传输数据，比起采用并行总线的方案，可以减少电路板上的线路布线数目，非常适合于复杂的系统。
该芯片具有以下特点：
◎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：0.25uA ，VDD=3.0V，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IC读地址为0XA3，写地址为0XA2
◎内部集成震荡电容，片内电源复位功能
◎封装形式：DIP8、SO8、SSO8、MSOP8。
由下图31.1.1.1得知ATK-DLRK3568开发板板载的封装为SO8，对应就是AT8563T芯片。

图31.1.1.1 封装表格
AT8563框架如图31.1.1.2所示

图31.1.1.2 AT8563框图
简单分析一下图31.1.1.2中的框图：
图标2这是AT8563的32.768kHz晶振引脚，AT8563必选要外接32.768kHz晶振。
图标5、6这是AT8563的IIC引脚，AT8563通过IIC接口与主控进行通信，因此AT8563本质是个IIC器件。
图标3这是中断引脚。
31.1.2 AT8563寄存器详解
AT8563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。
接下来我们看一下这些寄存器如何使用：
1、控制/状态寄存器（0X00和0X01）
寄存器结构体如图31.1.2.1所示：

图31.1.2.1 控制状态寄存器
首先看寄存器0X00，相应的位含义如下：
TEST1(bit7)：0代表正常模式，1代表测试模式。
N(bit6,bit4,bit2-0)：未使用。
STOP(bit5)：0代表RTC时钟运行，1代表RTC时钟停止。
TESTC(bit3)：0代表正常模式，关闭上电复位覆写；1代表使能上电复位覆写。
接下来看寄存器0X01，相应的位含义如下：
N(bit7-5)：未使用。
TI_TP(bit4)：0代表INT引脚取决于TF位，1代表INT引脚输出指定频率的脉冲。
AF(bit3)：闹钟标志位，1代表闹钟发生，写0清除，写1保持状态不变。
TF(bit2)：定时器标志位，1代表定时发生，写0清除，写1保持状态不变。
AIE(bit1)：闹钟中断使能位，0代表关闭闹钟中断；1代表使能闹钟中断。
TIE(bit0)：定时器中断使能位，0代表关闭定时器中断；1代表使能定时器中断。
2、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，结构如图31.1.2.2所示：

图31.1.2.2 时间和日期寄存器
我们依次来看一下这些寄存器：
0X02：此寄存器为秒钟寄存器，AT8563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。
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，表示具体年份，范围0}99。
3、闹钟寄存器（0X09-0X0C）
接下来看一下闹钟寄存器，一共4个寄存器，如下图31.1.2.3所示：

图31.1.2.3 闹钟寄存器
我们依次来看一下这些寄存器：
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：此寄存器为闹钟日期寄存器，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)，这里我们不用AT8563的时钟输出和定时器功能，这里就不讲解了，感兴趣的可以参考AT8563数据手册。
总体来说，AT8563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AT8563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，这些我们前面都有相应的实验讲解。所以AT8563的Linux驱动并不复杂，而且重点是Linux系统默认就已经集成了AT8563驱动，我们使用起来非常简单，直接修改设备树，添加AT8563节点信息，然后使能内核的AT8563驱动即可。

31.2 硬件原理图分析
AT8563原理图如图31.2.1所示：

图31.2.1 AT8563原理图
从图31.2.1可以看出，AT8563连接到了ATK-DLRK3568的I2C5接口上，引脚为GPIO3_B3和GPIO3_B4。另外，AT8563的INT引脚连接到了GPIO0_D3引脚上。
31.3 实验驱动编写
31.3.1 修改设备树
1、添加或者查找AT8563所使用的IO的pinmux配置
AT8563的IIC接口连接到了I2C5上，对应的引脚GPIO3_B3和GPIO3_B4。在设备树中添加这2个引脚对应的配置信息。打开rk3568-pinctrl.dtsi文件，查找一下有没有I2C5的引脚配置信息，默认是有的，内容如下：
示例代码31.3.1.1 i2c5引脚节点

1   i2c5 {
2       /omit-if-no-ref/
3       i2c5m0_xfer: i2c5m0-xfer {
4           rockchip,pins =
5               /* i2c5_sclm0 */
6               <3 RK_PB3 4 &pcfg_pull_none_smt>,
7               /* i2c5_sdam0 */
8               <3 RK_PB4 4 &pcfg_pull_none_smt>;
9       };
10
11      /omit-if-no-ref/
12      i2c5m1_xfer: i2c5m1-xfer {
13          rockchip,pins =
14              /* i2c5_sclm1 */
15              <4 RK_PC7 2 &pcfg_pull_none_smt>,
16              /* i2c5_sdam1 */
17              <4 RK_PD0 2 &pcfg_pull_none_smt>;
18      };
19  };
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从第6、8行可以看出，I2C5默认就是GPIO3_B3和GPIO_B4，所以I2C5的引脚是不需要我们去修改的，直接使用i2c5m0_xfer即可。如果一个引脚作为GPIO功能的话可以不用添加pinctrl信息，因此，重点引脚GPIO0_D3就不操作了。
2、在I2C5节点追加AT8563子节点
接着我们在rk3568-atk-evb1-ddr4-v10.dtsi文件，通过节点内容追加的方式，向I2C5节点中添加“rtc@51”子节点，节点如下所示：
示例代码31.3.1.2 追加at8563子节点

1   &i2c5 {
2       rtc@51 {
3           compatible = "nxp,pcf8563";
4           reg = <0x51>;
5           interrupt-parent = <&gpio0>;
6           interrupts = <RK_PD3 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
7           #clock-cells = <0>;
8       };
9   }
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第2行，rtc子节点，@后面的“51”是AT8563的器件地址。
第3行，设置compatible值为“nxp,pcf8563”。
第4行，reg属性也是设置AT8563器件地址的，因此reg设置为0x51。
第5行，interrupt-parent属性设置中断控制器，因为GPIO0_D3数据在GPIO0组，所以这里设置中断控制器为GPIO0。
第6行，interrupts设置中断信息，RK_PD3表示GPIO0_D3，IRQ_TYPE_LEVEL_LOW表示下降沿触发。
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31.3.2 AT8563驱动使能
1、使用Linux内核自带的PCF8563驱动
这里为什么要使用PCF8563驱动呢？原因很简单，AT8563与PCF8563的驱动兼容。输入如下命令打开Linux配置菜单：
make ARCH=arm64 menuconfig
配置路径如下：
-> Device Drivers
-> Real Time Clock
-> <*> Philips PCF8563/Epson RTC8564 //选中PCF8563
如图31.3.2.1所示：

图31.3.2.1 使能PCF8563驱动
选择并保存后，重新编译内核源码使用新的boot.img文件启动开发板。
31.4 运行测试
当配置好AT8563驱动的时候，启动过程会提示如图31.4.1.1所示信息：

图31.4.1 AT8563启动过程
也可以在系统查看，如图31.4.2所示信息：

图31.4.2 查看AT8563设备
这里介绍一下，rtc0就是核心板上的RK809内部硬件RTC时钟，rtc1则是AT8563。系统已经识别出了AT8563，说明驱动没有问题。
将当前时间写入RTC1，注意读RTC之前需要写一次RTC才能读。
date +%T //查看系统时间并输出24小时制
hwclock -w -f /dev/rtc1 //将当前时间写入RTC1
hwclock -f /dev/rtc1 –show //读取RTC1的时间

图31.4.3 操作结果
从图31.4.3可以看出，正确的读出了时间信息，整个开发板掉电以后AT8563也会继续计时，因为有一个纽扣电池供电。
31.5 AT8563驱动分析
上一节我们已经测试了AT8563，本小节我们来简单看一下AT8563驱动源码，根据示例代码31.3.1.2中的第3行的compatible属性值可以找到相对应到驱动文件，在Linux源码中搜索字符串“nxp,pcf8563”即可找到驱动文件，路径为drivers/rtc/rtc-pcf8563.c。
AT8563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：
示例代码31.5.1 pcf8563 I2C驱动框架

1  static const struct i2c_device_id pcf8563_id[] = {
2   	{ "pcf8563", 0 },
3   	{ "rtc8564", 0 },
4   	{ }
5  };
6  MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, pcf8563_id);
7  
8  #ifdef CONFIG_OF
9  static const struct of_device_id pcf8563_of_match[] = {
10  	{ .compatible = "nxp,pcf8563" },
11  	{ .compatible = "epson,rtc8564" },
12  	{ .compatible = "microcrystal,rv8564" },
13 	 	{}
14 };
15 MODULE_DEVICE_TABLE(of, pcf8563_of_match);
16 #endif
17 
18 static struct i2c_driver pcf8563_driver = {
19  	.driver     = {
20      	.name   = "rtc-pcf8563",
21      	.of_match_table = of_match_ptr(pcf8563_of_match),
22  	},
23  	.probe      = pcf8563_probe,
24  	.id_table   = pcf8563_id,
25 };
26 
27 module_i2c_driver(pcf8563_driver);
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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”，和我们的设备树向匹配。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31.5.2 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_device_register(&client->dev,
39              pcf8563_driver.driver.name,
40              &pcf8563_rtc_ops, THIS_MODULE);
41
42  if (IS_ERR(pcf8563->rtc))
43      if (IS_ERR(pcf8563->rtc))
44  if (client->irq > 0) {
45      err = devm_request_threaded_irq(&client->dev, client->irq,
46              NULL, pcf8563_irq,
47              IRQF_SHARED | IRQF_ONESHOT | IRQF_TRIGGER_LOW,
48              pcf8563_driver.driver.name, client);
49      if (err) {
50          dev_err(&client->dev, "unable to request IRQ %d\n",
51                              client->irq);
52          return err;
53      }
54
55  }
56
57#if defined(CONFIG_COMMON_CLK) && !defined(CONFIG_ROCKCHIP_THUNDER_BOOT)
58  /* register clk in common clk framework */
59  pcf8563_clkout_register_clk(pcf8563);
60#endif
61
62  /* the pcf8563 alarm only supports a minute accuracy */
63  pcf8563->rtc->uie_unsupported = 1;
64
65  return 0;
66}
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第13行，申请内存内存，rtc-pcf8563.c定义了一个pcf8563结构体来描述AT8563芯片，所以这里就是申请一个AT8563实例。
第23~36行，初始化AT8563。
第38~40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。看到这里，大家应该很熟悉了，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。设置rtc_device的ops成员变量为pcf8563_rtc_ops，pcf8563_rtc_ops包含了AT8563的具体操作，包括设置时间、读取时间、设置闹钟等。
第44~55行，中断初始化，AT8563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。
总结一下，pcf8563_probe函数的核心就是初始化AT8563，然后使用上一章讲的RTC驱动框架来设置AT8563，然后向内核注册。
接下来我们看一下AT8563的核心：pcf8563_rtc_ops，内容如下：
示例代码31.5.3 pcf8563_rtc_ops

1 static const struct rtc_class_ops pcf8563_rtc_ops = {
2   	.ioctl      	= pcf8563_rtc_ioctl,
3   	.read_time  	= pcf8563_rtc_read_time,
4   	.set_time   	= pcf8563_rtc_set_time,
5   	.read_alarm 	= pcf8563_rtc_read_alarm,
6   	.set_alarm  	= pcf8563_rtc_set_alarm,
7   	.alarm_irq_enable = pcf8563_irq_enable,
8 };
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pcf8563_rtc_ops提供了AT8563的时间以及闹钟读写操作函数，应用程序对AT8563的所有操作最终都是通过这些函数来完成的。我们以读时间为例，当应用程序读取AT8563当前时间的时候，.read_time就会执行，在这里就是pcf8563_rtc_read_time函数，此函数又封装了一层函数函数pcf8563_get_datetime源码如下(有省略)：
1

示例代码31.5.4 pcf8563_get_datetime函数

1  static int pcf8563_get_datetime(struct i2c_client *client, 
struct rtc_time *tm)
2  {
3   	
4   	struct pcf8563 *pcf8563 = i2c_get_clientdata(client);
5  	 	unsigned char buf[9];
6   	int err;
7  
8   	err = pcf8563_read_block_data(client, PCF8563_REG_ST1, 9, buf);
9   	if (err)
10     		return err;
11 
12  	if (buf[PCF8563_REG_SC] & PCF8563_SC_LV) {
13      	pcf8563->voltage_low = 1;
14      	dev_err(&client->dev,
15          		"low voltage detected, date/time is not reliable.\n");
16      	return -EINVAL;
17  	}
......
28  	tm->tm_sec = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_SC] & 0x7F);
29  	tm->tm_min = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_MN] & 0x7F);
30  	tm->tm_hour = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_HR] & 0x3F); 
31  	tm->tm_mday = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_DM] & 0x3F);
32  	tm->tm_wday = buf[PCF8563_REG_DW] & 0x07;
33  	tm->tm_mon = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_MO] & 0x1F) - 1; 、
34  	tm->tm_year = bcd2bin(buf[PCF8563_REG_YR]) + 100;
35  	/* detect the polarity heuristically. see note above. */
36  	pcf8563->c_polarity = (buf[PCF8563_REG_MO] & PCF8563_MO_C) ?
37      	(tm->tm_year >= 100) : (tm->tm_year < 100);
......
45  	return 0;
46 }
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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AT8563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AT8563的0X02寄存器VL位是否为1，也就是检查AT8563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AT8563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AT8563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，大家可以自行分析一下，这里就不讲解了。
至此，AT8563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，大家可以在实际项目开发中选择合适的RTC芯片。
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