嵌入式Linux系统中实时时钟驱动的设计
冯豪，李瑞
（天地（常州）自动化股份有限公司，江苏常州 213015）
摘要：提出了嵌入式Linux系统下实时时钟驱动的设计方法，介绍了字符设备驱动开发架构和实时时钟芯片X1226,阐述了该芯片驱动的实现过程。实际应用中取得良好的效果。
关键词：Linux； 实时时钟； 驱动程序
中图分类号： 文献标识码：
Design of Real-time Clock Driver under Embedded Linux System
Li Rui
(Tiandi (Changzhou) Automation Co. , Ltd. , Changzhou 213015, China)
Abstract：The paper proposed a design method of real-time clock driver under embedded Linux system, introduced character device driver framework and real-time clock chip X1226, and described the chip driver realization process. The application showed good results.
Key words: Linux, real-time clock, driver
0 引言
嵌入式Linux操作系统为实时时钟开发提供了方便。Linux系统具有开源、稳定、可移植等优点，其驱动程序是一个个独立并且完全隐藏了设备的工作细节，向应用程序提供了一组独立于驱动程序的标准化的调用［１］。
1 驱动程序数据结构
应用程序通过下列数据结构实现系统调用［１］［2］：
struct file_operations {
struct module *owner;
ssize_t (*read) (struct file *,char *,size_t, loff_t *);
ssize_t (*write) (struct file *,const char *,size_t, loff_t *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
…}
open()
在Linux或应用程序使用设备前都会调用驱动程序的这个方法。
release()
当Linux或应用程序不再使用设备时会调用驱动程序的这个方法。
read()
Linux或应用程序会调用驱动程序的read()方法从字符设备中读取数据。
write()
Linux或应用程序会调用驱动程序的write()方法写多个字节数据到字符设备中。
2 硬件电路
实时时钟硬件电路如图所示。
图1 实时时钟硬件电路
控制芯片采用PXA270，该芯片基于ARMV5TE架构［3］，便于Linux系统的移植。PXA270与X1226两线通信。B1提供后备电源。OSC提供精准的32.768kHz的时钟。
3 实时时钟芯片介绍
实时时钟芯片X1226［4］带有时钟、 日历、两路查询报警、振荡器补偿和后备电池切换。芯片上集成了补偿和调整元件，节省了空间和成本。振荡器采用一个外部、低成本的32.768kHz晶振。时钟控制寄存器（CCR）有SR（状态寄存器）、Y2K（世纪）、DW（周）、YR（年）、MO（月）、DT（日）、HR（时）、MN（分）、SC（秒）等。
X1226支持双向总线协议，采用两线接口：串行时钟（SCL）、串行数据（SDA）。该协议有4种形式的信号：
数据 当SCL为低电平时，SDA上的数据才能改变。
开始 当SCL为高电平时，SDA由高电平变为低电平。
停止 当SCL为高电平时，SDA由低电平变为高电平。
应答 应答用来表示数据传送成功。X1226将SDA拉为低电平。
以这4种信号为基础，可以组成两种功能：写操作和读操作。
写操作 向CCR写入一个字节数据时，先发送开始信号，再发送数据信号0xDE、CCR地址高位、低位、写入的一个字节数据，分别会收到应答信号，然后发送停止信号。
读操作 向CCR读取一个字节数据时，先发送开始信号，再发送数据信号0xDE、CCR地址高位、低位，分别会收到应答信号，再次发送开始信号，发送数据信号0xDF，会收到应答信号，接着读取一个字节数据，然后发送停止信号。
4 驱动程序实现过程
（1）控制芯片的寄存器映射 寄存器GPDR3、GPSR3、GPCR3、GPLR3的物理地址通过函数ioremap()映射到操作系统内核虚拟地址。
（2）实现4种信号的程序：数据信号程序、开始信号程序、停止信号程序、应答信号程序。
（3）写操作功能程序和读操作功能程序。
（4）基于Linux字符驱动程序框架，完成以下程序：
open和release分别调用宏MOD_INC_USE_COUNT和MOD_DEC_USE_COUNT增加和减少驱动程序的使用计数。
read调用读操作功能程序，读取秒、分、时、日、月、年、周、世纪到内核数据区，再传递给用户数据区。
write程序流程图如图2所示。
（5）驱动程序的初始化函数module_init()用来注册主设备号、设备名称、file_operations结构指针。
图2 write程序流程图
（6）module_exit卸载注册的驱动程序。
以上过程中要注意总线时序关系和GPIO118输入输出方向的改变。如SDA上的信号改变之后延时300nS，SCL上的信号再改变。
5 结语
本文介绍了实时时钟X1226在嵌入式Linux系统中驱动程序设计，给出了硬件电路图和驱动程序的实现过程，并成功移植到了嵌入式系统中。该驱动在实际应用中取得了良好的效果。
参考文献：
[1] Jonathan Corbet, Greg Kroah-Hartman, Alessandro Rubini. Linux Device Drivers［M］. 3rd Edition. O'Reilly，2005.1，49-53.
[2] 周立功，陈明计，陈渝.ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2006.112-122.
[3] Marvell Semiconductor, Inc. Marvell® PXA27x Processor Family Developer’s Manual[EB/OL]. [2010—09—10]. http://www.marvell.com/application-processors/pxa-family/assets/pxa_27x_dev_man.pdf.
[4]Intersil Corporation. X1226 Datasheet[EB/OL]. [2010—09—10]. http://www.intersil.com/data/fn/fn8098.pdf.
作者简介：冯豪（1982－），男，助理工程师，2005年毕业于河南理工大学,现主要从事煤矿电气产品的设计与开发工作。
