Linux时钟管理clk

硬件资源越来越庞大和复杂，内核的另一个挑战就是要便捷的管理这些资源。同时，面对如此之多的平台不同的CPU，管理机制需要统一适用，这就需要对资源的管理抽象到更加通用的层次。CPU中各个模块都需要时钟驱动，内核需要一种机制能通用所有的平台，方便的管理CPU上所有的clk资源。这里分析Linux对clk的管理。
1. clk通用接口

内核定义了一套标准的接口(include/linux/clk.h)，用于所有的平台之上。每个时钟源对象使用一个struct clk结构来表示。而struct clk结构的具体内容由各平台自己定义。clk.h头文件定义了操作一个clk对象的所有接口。内核的其他地方可以也只能使用clk.h中提供的这些接口函数来操作clk。

struct clk *clk_get(struct device *dev, const char *id);
int clk_enable(struct clk *clk);
void clk_disable(struct clk *clk);
unsigned long clk_get_rate(struct clk *clk);
void clk_put(struct clk *clk);
long clk_round_rate(struct clk *clk, unsigned long rate);
int clk_set_rate(struct clk *clk, unsigned long rate);
int clk_set_parent(struct clk *clk, struct clk *parent);
struct clk *clk_get_parent(struct clk *clk);
struct clk *clk_get_sys(const char *dev_id, const char *con_id);
int clk_add_alias(const char *alias, const char *alias_dev_name, char *id,
struct device *dev);

struct clk

clk结构体是平台相关的。在arch/arm/mach-mx5/clock.c中会预先描述CPU中所有的clk对象。

parent - clk是由parent分出来的。那么如果parent关闭了，当前clk也就没有了。
secondary - 第二时钟源，用于enable/disable当前clk。
usecount - 引用计数。
get_rate, set_rate, enable, disable, set_parent - 很显然，这些函数指针指到实际操作的函数。clk.h中的各接口函数最后都会调用到这里的函数指针。函数指针是隔离变化的最好办法，在这里一下就把层次抽象出来了。

2. clocks链表

arch/arm/mach-mx5/clock.c中不仅定义了所有的clk对象，而且每个clk对象还要对应一个struct clk_lookup结构。在初始化时，会将所有的clk_loopup结构添加进入clocks链表中。

struct clk_lookup {
struct list_head node;
const char *dev_id;
const char *con_id;
struct clk *clk;
};

clk_lookup，顾名思义就知道它是用来查找struct clk结构的。有了它，就可以通过设备名或时钟源的名字来找到相应的struct clk结构。链表操作位于drivers/clk/clkdev.c

3. clk平台通用操作

arch/arm/plat-mxc/clock.c源文件中定义了mxc平台clock的通用操作接口。

enable/disable函数中可以看到引用计数usecount的作用。一个clk只有当其usecount为0的时候才会做实际的打开动作，也只有usecount为0时才能确认没有被任何其他设备使用，可以禁止了。层次关系被递归调用和引用计数巧妙的实现。

static void __clk_disable(struct clk *clk)
{
if (clk == NULL || IS_ERR(clk))
return;
WARN_ON(!clk->usecount);
if (!(--clk->usecount)) {
if (clk->disable)
clk->disable(clk);
__clk_disable(clk->secondary);
__clk_disable(clk->parent);
}
}
static int __clk_enable(struct clk *clk)
{
if (clk == NULL || IS_ERR(clk))
return -EINVAL;
if (clk->usecount++ == 0) {
__clk_enable(clk->parent);
__clk_enable(clk->secondary);
if (clk->enable)
clk->enable(clk);
}
return 0;
}

4. clk与pm

为了省电，当不需要clk时将其关闭，上面的clk_enable/clk_disable实现了此功能。除了关闭clk省电，还可以降低clk频率以达到省电的目的。当系统当前负载较轻，不需要clk跑在那么高的频率时，就可以对该clk降频了。从这些关系可以看到，clk与电源管理，cpufreq等都可能有关联。

5.使用

1.定义struct clk *clk;

2.获取需要操作的clock结构体 clk=clk_get(&pdev->dev, "pclk"); /* 第一个参数一般取NULL */
3.设置频率 clk_set_rate(clk); /* 返回时钟频率 */
4.产生时钟 clk_enable(clk);

5.停止时钟clk_disable(clk);

clk_get从一个时钟list链表中以字符id名称来查找一个时钟clk结构体并且返回，最后调用clk.enable()，来时能对应的外设时钟源。

clk_get_rate函数可以从clk_get得到的某设备结构体中获得该设备的时钟频率。

诸如watchdog等设备可以在类似arch/arm/plat-s3c24xx/S3c2410-clock.c 中找到。

static struct clk init_clocks[] = {{.name       = "lcd",.parent      = &clk_h,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_LCDC,}, {.name        = "gpio",.parent     = &clk_p,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_GPIO,}, {.name        = "usb-host",.parent     = &clk_h,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_USBH,}, {.name        = "usb-device",.parent       = &clk_h,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_USBD,}, {.name        = "timers",.parent       = &clk_p,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_PWMT,}, {.name        = "uart",.devname    = "s3c2410-uart.0",.parent       = &clk_p,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_UART0,}, {.name       = "uart",.devname    = "s3c2410-uart.1",.parent       = &clk_p,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_UART1,}, {.name       = "uart",.devname    = "s3c2410-uart.2",.parent       = &clk_p,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_UART2,}, {.name       = "rtc",.parent      = &clk_p,.enable       = s3c2410_clkcon_enable,.ctrlbit   = S3C2410_CLKCON_RTC,}, {.name     = "watchdog",.parent     = &clk_p,.ctrlbit  = 0,}, {.name      = "usb-bus-host",.parent     = &clk_usb_bus,}, {.name       = "usb-bus-gadget",.parent       = &clk_usb_bus,},
};

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